DE3205207C2

DE3205207C2 - Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit exzentrisch gelagertem Kolben

Info

Publication number: DE3205207C2
Application number: DE19823205207
Authority: DE
Inventors: Walter 7033 Herrenberg Neuffer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-02-13
Filing date: 1982-02-13
Publication date: 1986-02-06
Also published as: DE3205207A1

Abstract

Die Rotationskolben-Brennkraftmaschine weist einen im Gehäuse (1) exzentrisch gelagerten Kolben (10) mit radial beweglich geführten Dichtleisten (12) auf, die ständig gegen die Innenwand einer konzentrisch und drehbar im Gehäuse (1) geführten Zylinderbuchse (8) anliegen. Das Drehzahlverhältnis zwischen dem Kolben (10) und der Zylinderbuchse (8) ist durch eine Getriebeverbindung (26, 27) bestimmt. Im Gehäusemantel befinden sich der Einlaßkanal (18) und der Auslaßkanal (20), die sich, einander gegenüberliegend, um jeweils mindestens 120 ° über den Umfangsbereich des Gehäusemantels erstrecken, wobei die Einlaß- und den Auslaßkanal (18, 20) voneinander trennenden Gehäusemantelbereiche (21, 22) nahe dem Bereich des kleinsten und des größten Radius der durch den Kolben (10) und die Dichtleisten (12) gebildeten Kammern befinden. In der Zylinderbuchse (8) sind eine Anzahl Durchlaßöffnungen (23-25) angeordnet, die den Einlaß und den Auslaß der einzelnen, volumenveränderlichen Kammern steuern. Beträgt n die Anzahl der Kammern und Dichtleisten (12), wobei n eine ungerade Zahl ist, so sind ↑n ↑+ ↑1 / ↓2 Durchlaßöffnungen vorgesehen, und die Getriebeübersetzung zwischen dem Kolben (10) und der Zylinderbuchse (8) beträgt ↑n ↑+ ↑1 / ↓n . zum Schaltventil führenden Leitung ermöglicht wird, soll das Steuerventil (30)

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit einem von einem Gehäusemantel und zwei Seitenteilen gebildeten Gehäuse, einer im Gehäuse drehbar angeordneten Zylinderbuchse mit Durchlaßöffnungen, je einem als Schlitz im Gehäcsemantel ausgebildeten Einlaßkanal und Auslaßkanal, einem im Gehäuse exzentrisch und drehbar gelagerten Kolben mit in gleichmäßiger Teilung angeordneten radialen Nuten, in denen eine ungerade Anzahl η Dichtleisten beweglich geführt sind, die an der Innenfläche der Zylinderbuchse anliegen und im Verlauf der Kolbendrehung π periodisch volumenveränderliche Arbeitskammern bilden, wobei zwischen Kolben und Zylinderbuchse eine Getriebeverbindung angeordnet ist und die Zylinderbuchse Durchlaßöffnungen für wechselndes Kommunizieren zwischen der jeweiligen Arbeitskammer und dem Einlaß- und Auslaßkanal aufweist.

Durch die US-PS 35 11 584 ist eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit je einem als Schlitz im Gehäusemantel ausgebildeten Einlaßkanal und Auslaßkanal und mit einer im Gehäuse drehbar angeordneten Zylinderbuchse mit Durchlaßöffnungen bekannt, die einen im Gehäuse exzentrisch und drehbar gelagerten Kolben mit einer ungeraden Anzahl in gleichmäßiger Teilung angeordneten radialen Nuten aufweist, in denen an der Innenfläche der Zylinderbuchse anliegende Dichtleisten beweglich geführt sind, die im Verlauf der Kolbendrehung eine mit der Zahl der Nuten und Dichtleisten übereinstimmende Anzahl periodisch volumenveränderlicher Arbeitskammern bilden. Bei dieser bekannten Anordnung ist zwischen Kolben und Zylinderbuchse eine Mitnehmerverbindung wirksam, und sie weist weiterhin Durchlaßöffnungen in der Zylinderbuchse auf, die für wechselndes Kommunizieren zwischen der jeweiligen Arbeitskammer und dem Einlaß- und Auslaßkanal wirksam sind. Bei dieser bekannten Rotationskolbenmaschine ist jedoch der Kolben drehbar auf einem umlaufenden Exzenter-Lagerbolzen gelagert, so daß er somit eine Planetenbewegung ausführt; außerdem laufen Kolben und Zylinderbuchse mittels der Mitnehmer-Getriebeverbindung mit gleicher Drehzahl um. Weiterhin besteht bei der bekannten Ausführung zwischen der den Exzenter-Lagerbolzen tragenden exzentrischen Welle und dem Kolben mit Zylinderbuchse eine Getriebeverbindung mit dem Drehzahlverhältnis 3 :1, wenn nach dem Ausführungsbeispiel drei Dichtleisten und Kammern angeordnet sind. Die Zahl der Ein-/Auslaßkanalpaare ist abhängig von der Zahl der Dichtleisten und Kammern und beträgt bei π Dichtleisten und Kammern jeweils (λ— l)/2.

Aus der Differenz der Drehzahlen von Exzenter-Lagerbolzen und Kolben für einen Arbeitszyklus ergibt sich bei der bekannten Rotationskolben-Brennkraftmaschine die Relativdrehzahl zwischen Exzenter-Lagerbolzen und Kolben, und daraus wiederum die Zahl der Ein-/ Auslaßkanalpaare.

Eine Drehkolbenmaschine, bei der eine mit dem Kolben umlaufende Hülse mit diesem so getriebeverbunden ist, daß Hülse und Kolben mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit umlaufen, ist aus der DE-PS 4 47 701 bekannt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine der in der US-PS 35 11 584 beschriebenen Bauart, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 enthalten ist, bei einfacherem Aufbau und ohne daß ein Massenausgleich erforderlich ist als Viertaktmotor auszubilden. Diese Aufgabe ist durch die im Patentanspruch 1 angegebene Bauart gelöst worden.

Gegenüber der Ausführung nach der genannten US-PS ist somit erfindungsgemäß der Kolben drehbar auf einer exzentrischen, stationär im Gehäuse geführten Welle gelagert, er rotiert also um eine feste geometrisehe Achse. Weiterhin ist der Kolben mit der Zylinderbuchse so getriebeverbunden, daß diese gegenseitig eine Relativdrehung mit definierter Übersetzung ausführen, und unabhängig von der Zahl der Kammern und Dichtleisten ist nur ein einziges Einlaß-/Auslaßkanalpaar angeordnet.

Das Gehäuse der erfindungsgemäßen Maschine ist somit hinsichtlich der diametralen Anordnung je eines Ein- und Auslaßkanals unabhängig von der Anzahl der Dichtleisten und Kammern. Maßgeblich für das Verständnis der Funktion der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist, daß die umlaufende Zylinderbuchse als Steuerelement zwischen den Arbeitkammern und dem Einlaß- und dem Auslaßkanal wirksam ist.

Auslaßkanal 20 erstrecken sich über den größten Teil des inneren Umfangsbereiches des Cehäusemantels 2 und sind durch Gehäusemantelbereiche 21 und 22 getrennt. Wie F i g. 1 zeigt, erstreckt sich der EinlaBkanal 5 18 über einen etwas geringeren Winkel als der Auslaßkanal 20. Die genaue Bemessung und Lage des Einlaßkanals 18 und des Auslaßkanals 20 sind durch die optimale Steuerung der beschriebenen Maschine bestimmt In der Zylinderbuchse 8 befinden sich drei Durchlaß

bzw. Verbrennungsgas jeweils so lange ausgestoßen werden, wie sich die betreffende Durchlaßöffnung sowohl im Winkelbereich des Ein- bzw. Auslaßkanals als auch zwischen den Dichtleisten der gerade geöffneten Arbeitskammer befindet Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Brennkraftmaschine arbeitet somit mit »gestrecktem« Auslaßtakt und benötigt keine besonderen zusätzlichen Schalldämpfungseinrichtungen.

Beim Betrieb der Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach der Erfindung bewirkt die Zylinderbuchse,
daß allein in der Folge ihrer vorgegebenen Relativdrehbewegung und somit infolge der jeweiligen Lage zwischen den Durchlaßöffnungen und den Einlaß- und Auslaßkanälen die Arbeitskammern über den Ansaugtakt
vollständig mit Gemisch gefüllt und während des Ausstoßtaktes völlig oder nahezu völlig entleert werden.
Denn dadurch, daß der Einlaß- und der Auslzßkanal sich
über einen beträchtlichen Winkelbereich der Gehäuse- io öffnungen 23,24 und 25, die um je 120° gegeneinander mantelinnenwand erstrecken, kann Gemisch zugeführt versetzt sind. Die Pfeile in den Durchlaßöffnungen 23

und 25 zeigen an, daß die Durchlaßöffnungen 23—25 periodisch abwechselnd als Einlaß- bzw. Auslaßöffnung wirken, je nachdem, welche der Durchlaßöffnungen sich gerade im Bereich des Einlaßkanals 18 und des Auslaßkanals 20 befindet

Gemäß den F i g. 1 und 2 befinden sich am Umfang des Kolbens 10 gleichmäßig verteilt fünf Zähne 26, die in Abhängigkeit von der Winkelposition des Kolbens 10

Die Getriebeverbindung zwischen dem Kolben und 20 temporär in entsprechende Ausnehmungen 27 in der der Zylinderbuchse kann auf unterschiedliche Weise ge- Zylinderbuchse 8 eingreifen. Im dargestellten Beispiel staltet werden. Eine Möglichkeit besteht darin, am Kolbenumfang eine entsprechende Anzahl Zähne anzuordnen, die in entsprechende Ausnehmungen in der Zylinderbuchse formschlüssig eingreifen; oder man ordnet 25
die Verzahnung außerhalb der Gehäusekammer an, indem ein auf der Kolbenwelle drehfest befestigtes Stirnrad sich im Eingriff mit einem Innenzahnkranz in der
verlängerten ausgebildeten Zylinderbuchse befindet

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausfüh- 30 beverbindung zwischen dem Kolben 10 und der Zylinrungsbeispiel, mit zwei Varianten für die Getriebever- derbuchse, die hier mit 30 bezeichnet ist Die Zylinderbuchse 30 ragt in einen Bereich außerhalb der Kammer und ist hier mit einem Innenzahnkranz 31 versehen, in den die Zähne 33 eines Stirnrades 32 eingreifen, und 35 zwar infolge der exzentrischen Lage der Welle in entsprechender Weise wie in F i g. 1 dargestellt. Die Zahnteilung des Innenzahnkranzes 31 und des Stirnrades 32 sind gleich, das Verhältnis der Zähnezahlen beträgt auch hier 6:5.

40 Nachfolgend wird die Wirkungsweise der beschriebenen Brennkraftmaschine erläutert Bei einer Drehbewegung des Kolbens 10 mit der Welle 9 und den Dichtleisten 12 läuft die Zylinderbuchse 8 infolge der beschriebenen Getriebeverbindung in gleicher Drehrichtung, jemantel 2 und zwei parallelen Seitenteilen 3 und 4 zusam- 45 doch mit einer entsprechend der Getriebeübersetzung mengesetzt ist An der zylindrischen Innenfläche 5 des verringerten Winkelgeschwindigkeit um. Die in F i g. 1 Gehäusemantels 2 und den ebenen Innenflächen 6 und 7 links oben dargestellte Kammer vergrößert dabei stetig der Seitenteile 3 bzw. 4 liegt eine Zylinderbuchse 8 an ihr Volumen und saugt, da die Durchlaßöffnung 23 mit und ist zwischen diesen Teilen gleitend geführt Eine dem Einlaßkanal 18 kommuniziert, Verbrennungsge-WeIIe 9 ist exzentrisch in den Seitenteilen 3 und 4 gela- 50 misch an. Dieser Ansaugtakt dauert solange, bis die gert und trägt einen Kolben 10, in dem sich fünf radiale Durchlaßöffnung 23 das untere Ende des Einlaßkanals

weist der Kolben 10 fünf Zähne auf, während sich in der Zylinderbuchse 8 sechs Ausnehmungen 27 befinden. Daraus ergibt sich ein Übersetzungsverhältnis zwischen Kolben 10 und Zylinderbuchse 8 von 6:5, oder, mit anderen Worten, wenn der Kolben 10 insgesamt sechs Umdrehungen ausgeführt hat, hat sich die Zylinderbuchse 8 genau fünfmal gedreht.
F i g. 3 zeigt eine Alternativausführung für die Getrie-

bindung zwischen Kolben und Zylinderbuchse, anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Rotationskolben-Viertakt-Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung,

Fig.2 einen Schnitt durch die Maschine gemäß Fig. 1, mit einer ersten Alternativausbildung der Getriebeverbindung zwischen Kolben und Zylinderbuchse, und

Fig.3 einen Schnitt durch die Maschine gemäß F i g. 1, mit einer zweiten Alternativausbildung der Getriebeverbindung zwischen Kolben und Zylinderbuchse.

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Brennkraftmaschine weist ein Gehäuse 1 auf, das aus einem Gehäuse-

Nuten 11 befinden. In den Nuten 11 des Kolbens 10 ruhen Dichtleisten 12, die normalerweise unter der Wirkung der Zentrifugalkraft an der Innenfläche der Zylinderbuchse 8 anliegen. Zwei elastische Druckringe 13, von denen einer in F i g. 1 gestrichelt dargestellt ist, bewirken, daß die Dichtleisten 12 auch bei geringen Drehzahlen an der Innenfläche der Zylinderbuchse 8 anliegen.

Im Seitenteil 3 ist eine Zündkerze 14 angeordnet die in das Gehäuseinnere ragt. Lagerbohrungen 15 und 16 in den Seitenteilen 3 und 4 dienen zur Lagerung der Welle 9. Weiterhin befinden sich, wie F i g. 1 zeigt, im Gehäusemantel 2 eine radiale Einlaßöffnung 17, die zu einem Einlaßkanal 18 führt, und eine radiale Auslaßöffnung 19, die zu einem Auslaßkanal 20 führt. Einlaß- und Auslaßöffnungen sowie -kanäle sind durch entsprechende Pfeile gekennzeichnet. Der Einlaßkanal 18 und der

18 erreicht Etwa zur gleichen Zeit erreicht diejenige Dichtleiste 12, die in der Ausgangslage gemäß Fig. 1 oben links stand, die Winkellage der Durchlaßöffnung 23 am unteren Ende des Einlaßkanals 18. Damit ist der Ansaugtakt beendet, und es beginnt für diese Kammer der Verdichtungstakt Denn die Dichtleiste 12 hat inzwischen die Durchlaßöffnung 23 überholt, so daß nun die betrachtete Kammer keine Verbindung zum Auslaßkanal 20 hat.

Nach Beendigung des Verdichtungstaktes, etwa zum Zeitpunkt des oberen Totpunktes bei Hubkolbenmotoren, wird die Zündung ausgelöst, und der Arbeitstakt beginnt. Auch jetzt besteht keine Verbindung zwischen der Arbeitskammer und dem Einlaßkanal, bis die in Drehrichtung vordere Dichtleiste 12 der Kammer das untere Ende des Einlaßkanals 18 erreicht. Zu diesem Zeitpunkt hat sie die entgegen dem Uhrzeigersinn nach-

ste Durchlaßöffnung 24 erreicht, und sobald diese in den Bereich des unteren Endes des Auslaßkanals 20 gelangt, wird die Auslaßverbindung zwischen der Kammer und dem Auslaßkanal 20 hergestellt Damit wird der Ausstoßtakt eingeleitet, und infolge der kontinuierlichen Volumenverringerung der betrachteten Arbeitskammer erfolgt das Ausstoßen der Verbrennungsgase so lange, bis die Durchlaßöffnung 24 das obere Ende des Auslaßkanals 20 überstreicht Für kurze Zeit ist nun diese Kammer sowohl vom Auslaßkanal 20 als auch vom Ein-Iaßkanal 18 getrennt und sobald der Gehäusemantelbereich 21 passiert ist, beginnt mit einem neuen Ansaugtakt der nächste Arbeitszyklus.

Der gleiche Ablauf gilt für die anderen vier Kammern, so daß bei jeweils zwei Umdrehungen des KoI-bens 10 mit der Welle 9 fünf Arbeitstakte ablaufen.

Die Anzahl der Dichtleisten 12 und der dadurch gebildeten Kammern kann anstelle von fünf auch in anderer Anzahl gewählt werden, nämlich drei, sieben, neun usw, — es muß lediglich eine ungerade Zahl sein. Dadurch ist auch die jeweils zu wählende Zahl der Durchlaßöffnungen sowie das Getriebeverhältnis zwischen Kolben und Zylinderbuchse bestimmt In allgemeiner Form gilt wenn η die Anzahl der Dichtleisten und Arbeitskammern kennzeichnet wobei es sich, wie erwähnt um eine ungerade Zahl größer als Eins handeln muß, dann beträgt die Anzahl der Durchlaßöffnungen —r— ^unc* das Übersetzungsverhältnis zwischen Kolben und Zylinderbuchse —-—. Wählt man beispielsweise neun Arbeitskammern und Dichtleisten, so sind fünf Durchlaßöffnungen erforderlich, und das Übersetzungsverhältnis für die Verzahnung zwischen Kolben und Zylinderbuchse beträgt 10:9.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

45

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Claims

Patentansprüche:

1. Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit einem von einem Gehäusemantel und zwei Seitenteilen gebildeten Gehäuse, einer im Gehäuse drehbar angeordneten Zylinderbuchse mit Durchlaßöffnungen, je einem als Schlitz im Gehäusemantel ausgebildeten Einlaßkanal und Auslaßkanal, einem im Gehäuse exzentrisch und drehbar gelagerten Kolben mit in gleichmäßiger Teilung angeordneten radialen Nuten, in denen eine ungerade Anzahl π Dichtleisten beweglich geführt sind, die an der Innenfläche der Zylinderbuchse anliegen und im Verlauf der Kolbendrehung π periodisch volumenveränderliche Arbeitskammern bilden, wobei zwischen Kolben und Zylinderbuchse eine Getriebeverbindung angeordnet ist und die Zylinderbuchse Durchlaßöffnungen für wechselndes Kommunizieren zwischen der jeweiligen Arbeitskammer und dem Einlaß- und Auslaßkanal aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (10) auf einer im Gehäuse (1) exzentrisch gelagerten Welle (9) befestigt ist, und daß zwischen Kolben (10) und Zylinderbuchse (8; 30) ein Übersetzungsgetriebe mit der Übersetzung

— angeordnet ist und die Zylinderbuchse (8; 30)

n+l

Durchlaßöffnungen (23,24,25) aufweist

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (10) und die Zylinderbuchse (8) mittels am Koibenumfang befindlicher, in entsprechende Ausnehmungen (27) in der Zylinderbuchse (8) formschlüssig eingreifender Zähne (26) oder Ansätze miteinander getriebeverbunden sind.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (10) und die Zylinderbuchse (30) mittels einer außerhalb der Gehäusekammer angeordneten Verzahnung (31 —33) miteinander getriebeverbunden sind, bestehend aus einem auf der Kolbenwelle drehfest befestigten Zahnrad (32), das sich im Eingriff mit einem mit der Zylinderbuchse (30) drehfest verbundenen Innenzahnkranz (31) befindet.