DE4432688C2

DE4432688C2 - Rotationskolbenmotor

Info

Publication number: DE4432688C2
Application number: DE4432688A
Authority: DE
Inventors: Josef Schmidt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-09-24
Filing date: 1994-09-14
Publication date: 1995-08-24
Anticipated expiration: 2014-09-15
Also published as: DE4432688A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotationskolbenmotor mit einem in einem Gehäuse rotierenden Kolben, der auf einer in dem Gehäuse gelagerten und in einer Bohrung desselben dicht geführten Welle sitzt, wobei der Kolben einen als Segment ausgebildeten Profilansatz aufweist, der ebenfalls in der Bohrung des Gehäuses dicht geführt ist und sich zentrisch in der Bohrung dreht, wobei das Gehäuse eine Verbrennungskammer, ein Einlaßventil und eine Auslaßöffnung aufweist.

Aus der DE 41 40 316 A1 ist ein gattungsgemäßer Kreiskolbenmotor bekannt, der zwei Schieber aufweist, die im Gehäuse und an dem Kolben in geschlossener Stellung dicht geführt sind und am Umfang der Bohrung radial beweglich angeordnet sind, und zwar der eine Schieber je nach Drehrichtung des Kolbens vor und der andere Schieber hinter der Brennkammer.

Bei den allgemein bekannten Kreiskolbenmotoren handelt es sich zumeist um Epitrochoidenmaschinen. Durch das Abrollen eines Hohlrades mit einem daran im Abstand befindlichen kurvenerzeugenden Punkt auf einem feststehenden Ritzel entsteht die äußere Arbeitsraumkontur. Beim Wankelmotor erhält man eine zweibogige Trochoide mit kurvenerzeugenden Punkten, die die gleiche Kontur beschreiben und die Eckpunkte des Innenläufers darstellen. Entsprechend dieser Kinematik trägt ein auf einem Exzenter einer Welle gelagerter Kolben ein als Zahnrad ausgebildetes Hohlrad, das mit einem an einer Seitenscheibe befestigten Zahnritzel kämmt.

Der Motor arbeitet mit zwei Ladungswechseltakten, wobei pro Exzenterwellendrehung als Viertaktmotor ein Arbeitsspiel erfolgt. Dabei erstreckt sich der Arbeitstakt in einer Kammer über 270° Exzenterwinkel, also das gesamte Arbeitsspiel über 4 · 270° = 1080°, was pro Kammer 3 · 360° = 3 Umdrehungen ausmacht.

Der langgestreckte Verbrennungsraum, einschließlich der Kolbenmulde, besitzt ein großes Oberflächen-Volumenverhältnis und läßt nur den Betrieb als Ottomotor mit relativ schleppender Verbrennung mit ungünstigem Verbrauch und erhöhter Abgas-Emission zu. Dazu ist die Fertigung der sehr komplizierten Kontur des Arbeitsraumes sehr aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotationskolbenmotor derart zu verbessern, daß eine höchstmögliche Energieausnutzung und somit eine Kraftstoffeinsparung erreicht wird, wobei die Arbeitsraum kontur relativ einfach und somit der Fertigungsaufwand gering ist.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die Kennzeichnungsmerkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die besonderen Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der zum Teil schematischen Zeichnung. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch den Rotationskolbenmotor,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 1 bei geschlossener Verbrennungskammer bzw. Verbrennungskammerklappe,

Fig. 4 einen Schnitt wie Fig. 3, jedoch bei geöffneter Verbrennungskammer bzw. Verbrennungskammerklappe,

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V in Fig. 3 und

Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI in Fig. 4.

Bei dem dargestellten Rotationskolbenmotor 1 ist in einem Gehäuse 2 ein rotierender Kolben 3, der auf einer nach außen abgedichteten Welle 4 sitzt, gelagert und in einer Bohrung 5 dicht geführt. Der Kolben 3 weist einen als Segment 6 ausgebildeten Profilansatz 7 auf, der ebenfalls mittels in dem Profilansatz 7 eingelagerter Dichtungsbänder 8 in der Bohrung 5 des Gehäuses 2 dicht geführt ist und sich zentrisch in der Bohrung 5 dreht.

Das Gehäuse 2 ist durch eine parallel zu einer Seitenfläche 9 des Kolbens 3 verlaufende Zwischenwand 10 in einen Ansaug- 11 bzw. Verdichtungsraum 12 und in eine Verbrennungs- 13 bzw. Arbeitskammer 14 aufgeteilt, wobei zwischen Verdichtungsraum 12 und Verbrennungskammer 13 ein Einlaßventil 15 und in der Arbeitskammer 14 eine Auslaßöffnung 16 vorgesehen ist.

In dem Ansaug- 11 bzw. Verdichtungsraum 12 ist ein über eine Pleuelstange 17 mit der als Kurbelwelle ausgebildeten und einen Kurbelzapfen 18 zur Aufnahme und Bewegung der Pleuelstange 17 aufweisenden Welle 4 verbundener Hubkolben 19 in einer entsprechenden radialen Bohrung 20 des Gehäuses 2 dicht geführt. Der Hubkolben 19 ist in der Bohrung 20 parallel zur Seitenfläche 9 des Kolbens 3 bewegbar.

Am oberen Ende der Bohrung 20 ist zur Verbindung von Verdichtungsraum 12 und Verbrennungskammer 13 in einer Öffnung 21 der Zwischenwand 10 das Einlaßventil 15 vorgesehen. Das Einlaßventil 15 weist einen Ventilstößel 22 auf, der während des Ansaugvorgangs durch den Hubkolben 19 mittels einer Druckfeder 23 mit seinem konischen Stößelkopf 24 in die entsprechende konische Öffnung 21 gedrückt wird. Beim Verdichtungsvorgang wird der Ventilstößel 22 durch die vom Hubkolben 19 erzeugte Kompression aus der Öffnung 21 gedrückt, wobei das komprimierte Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Verbrennungskammer 13 gelangt.

Zur Bildung der Verbrennungskammer 13 ist zwischen dem Einlaßventil 15 und der zwischen der Bohrung 5 und dem Kolben 3 gebildeten Arbeitskammer 14 eine Verbrennungskammerklappe 25 vorgesehen, die um einen am Gehäuse 2 angeordneten Zapfen 26 um einen begrenzten Winkel α drehbar ist. Dazu weist die Verbrennungskammerklappe 25 einen Anschlagzapfen 27 auf, der sich in einer kreisringabschnittsförmigen Ausnehmung 28 des Gehäuses 2 bewegt und sich in der geöffneten Stellung der Verbrennungskammerklappe 25 an einem Ende der Ausnehmung 28 abstützt. Der Anschlagzapfen 27 weist an mindestens einer seiner Anschlagseiten 29 einen Anschlagdämpfer 30 auf.

Für die Klappenspitze 31 der Verbrennungskammerklappe 25 ist zur Abdichtung der Verbrennungskammer 13 ein Dichtungsband 32a und zur Abdichtung der Arbeitskammer 14 ein Dichtungsband 32b vorgesehen.

Der Anschlagdämpfer 30 der Verbrennungskammerklappe 25 verhindert ein hartes Aufschlagen der Klappensitze 31 und ein damit verbundenes Klopfgeräusch. Außerdem wird durch den Anschlagdämpfer 30 verhindert, daß die Klappenspitze 31 einem hohen Abriebdruck ausgesetzt ist, wozu auch das Dichtungsband 32 der Klappenspitze 31 dient.

Die Arbeitskammer 14 bzw. die Arbeitsraumlänge erstreckt sich über einen Winkel von 320°, wobei eine konstante Größe der Arbeitskammer 14 über einen Winkel von 280° vorliegt.

Bei dem Rotationskolbenmotor 1 entspricht jede Umdrehung einem Arbeitstakt, wobei ein herkömmlicher Kolbenmotor zwei Umdrehungen für einen Arbeitstakt benötigt. Außerdem erfolgt die Energieausnutzung beim herkömmlichen Kolbenmotor bis zu einem Winkel von 180°. Dagegen erfolgt die Energieausnutzung bei dem Rotationskolbenmotor 1 über einen Winkel von (360° - 40° =) 320° bei konstanter Hebelarmlänge. Dadurch werden eine höhere Energieausnutzung und somit eine Kraftstoffeinsparung erreicht.

Der Rotationskolbenmotor 1 kann sowohl als Benzin- wie auch als Dieselmotor ausgeführt werden, wobei auch eine Reihenausführung oder V-Ausführung des Motors 1 möglich ist.

Nachfolgend ist die Arbeitsweise des Rotationskolbenmotors 1 beschrieben:

Durch die Abwärtsbewegung des Hubkolbens 19 wird aus der Einlaßöffnung 33 im Gehäuse 2 das Kraftstoff-Luftgemisch in den Ansaugraum 11 gesaugt. Über einen Kanal 34 zur Bohrung 20 gelangt das Kraftstoff-Luftgemisch in den Verdichtungsraum 12 und wird durch die Aufwärtsbewegung des Hubkolbens 19 in dem Verdichtungsraum 12 komprimiert. Das Einlaßventil 15 öffnet bei einem Druck von 10 bar, wobei das Kraftstoff- Luftgemisch in die von der Verbrennungskammerklappe 25 verschlossenen Verbrennungskammer 13 (Fig. 3) gelangt. Nachdem das Einlaßventil 15 geschlossen ist, kommt es in der Verbrennungskammer 13 zur Zündung. Anschließend gibt der Profilansatz 7 des Kolbens 3 die Verbrennungskammerklappe 25 frei. Die Verbrennungskammerklappe 25 öffnet und legt sich am Umfang des Kolbens 3 an (Fig. 4). Danach beginnt der Arbeitsvorgang der Arbeitskammer 14 und das Ausstoßen aus der Auslaßöffnung 16.

Bezugszeichenliste

1 Rotationskolbenmotor
2 Gehäuse von 1
3 rotierender Kolben in 2
4 Welle in 3
5 Bohrung in 2 für 3
6 Segment
7 Profilansatz an 3
8 Dichtungsbänder in 7
9 Seitenfläche von 3
10 Zwischenwand in 2
11 Ansaugraum
12 Verdichtungsraum
13 Verbrennungskammer
14 Arbeitskammer
15 Einlaßventil
16 Auslaßöffnung
17 Pleuelstange
18 Kurbelzapfen an 4
19 Hubkolben
20 Bohrung für 19
21 Öffnung in 10
22 Ventilstößel von 15
23 Druckfeder von 15
24 Stößelkopf an 22
25 Verbrennungskammerklappe
26 Zapfen in 2
27 Anschlagzapfen an 25
28 Ausnehmung in 2
29 Anschlagseiten von 27
30 Anschlagdämpfer in 27
31 Klappenspitze von 25
32a Dichtungsband in 2z32b Dichtungsband in 31
33 Einlaßöffnung in 2
34 Kanal in 11 nach 12
α Schwenkwinkel von 25

Claims

1. Rotationskolbenmotor mit einem in einem Gehäuse rotierenden Kolben, der auf einer in dem Gehäuse gelagerten und in einer Bohrung desselben dicht geführten Welle sitzt, wobei der Kolben einen als Segment ausgebildeten Profilansatz aufweist, der ebenfalls in der Bohrung des Gehäuses dicht geführt ist und sich zentrisch in der Bohrung dreht, wobei das Gehäuse eine Verbrennungskammer, ein Einlaßventil und eine Auslaßöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) durch eine parallel zu einer Seitenfläche (9) des Kolbens (3) verlaufende Zwischenwand (10) in einen Ansaug- (11) bzw. Verdichtungsraum (12) und in eine Verbrennungs- (13) bzw. Arbeitskammer (14) aufgeteilt ist, daß in dem Ansaug- (11) bzw. Verdichtungsraum (12) ein über eine Pleuelstange (17) mit der als Kurbelwelle ausgebildeten und einen Kurbelzapfen (18) zur Aufnahme und Bewegung der Pleuelstange (17) aufweisen Welle (4) verbundener Hubkolben (19) in einer entsprechenden radialen Bohrung (20) des Gehäuses (2) dicht geführt und parallel zur Seitenfläche (9) des Kolbens (3) bewegbar ist, daß am oberen Ende der Bohrung (20) zur Verbindung von Verdichtungsraum (12) und Verbrennungskammer (13) in einer Öffnung (21) der Zwischenwand (10) das Einlaßventil (15) vorgesehen ist und daß zur Bildung der Verbrennungskammer (13) zwischen dem Einlaßventil (15) und der zwischen der Bohrung (5) und dem Kolben (3) gebildeten Arbeitskammer (14) eine Verbrennungskammerklappe (25) vorgesehen ist, die um einen am Gehäuse (2) angeordneten Zapfen (26) über einen begrenzten Winkel (α) drehbar ist.

2. Rotationskolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßventil (15) einen Ventilstößel (22) aufweist, der während des Ansaugvorgangs durch den Hubkolben (19) mittels einer Druckfeder (23) mit seinem konischen Stößelkopf (24) in die entsprechend konische Öffnung (21) gedrückt ist und beim Verdichtungsvorgang durch die vom Hubkolben (19) erzeugte Kompression geöffnet wird.

3. Rotationskolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskammerklappe (25) einen Anschlagzapfen (27) aufweist, der sich in einer kreisringabschnittsförmigen Ausnehmung (28) des Gehäuses (2) bewegt.

4. Rotationskolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlagzapfen (27) an mindestens einer seiner Anschlagseiten (29) einen Anschlagdämpfer (30) aufweist.

5. Rotationskolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappenspitze (31) der Verbrennungskammerklappe (25) einerseits zur Abdichtung der Arbeitskammer (14) ein Dichtungsband (32a) aufweist und andererseits zur Abdichtung der Verbrennungskammer (13) ein Dichtungsband (32b) im Gehäuse (2) angeordnet ist.

6. Rotationskolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskammer (14) sich über einen Winkel von 320° erstreckt und eine konstante Größe über einen Winkel von 280° aufweist.

7. Rotationskolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilansatz (7) des Kolbens (3) mittels Dichtungsbänder (8) an der Bohrung (5) abgedichtet ist.