DE102006001158A1

DE102006001158A1 - Brennstoffrotationsmotor

Info

Publication number: DE102006001158A1
Application number: DE200610001158
Authority: DE
Inventors: Garri Alexandrow
Original assignee: Alexandrow Garri Dr Ing
Current assignee: Alexandrow Garri Dr Ing
Priority date: 2005-08-11
Filing date: 2006-01-06
Publication date: 2007-07-12

Abstract

Es besteht die technische Aufgabe, einen gattungsgemäßen Brennstoffrotationsmotor mit einem höheren Wirkungsgrad zu entwickeln. DOLLAR A Dazu wird vorgeschlagen, dass der Hohlraum des Stators (1) zylindrisch ausgebildet ist und der Rotationskolben (2) koaxial und drehfest mit der Abtriebswelle (3) verbunden und koaxial in den zylindrischen Hohlraum des Stators (1) eingesetzt ist. Dabei besitzt der Rotationskolben (2) eine konvex gebogene und sich mit dem Umfangswinkel des Rotationskolbens (2) kontinuierlich in Drehrichtung verändernde Außenkontur mit einer radial ausgerichteten Druckfläche (30, 30') und mit einer Dichtkante zum Stator (1). Im Stator (1) sind zwei radial bewegliche und steuerbare Trennschieber (12, 12', 13, 13') vorgesehen, die wechselweise in den Arbeitsraum zwischen dem Stator (1) und dem Rotationskolben (2) eingreifen und den Arbeitsraum in eine sich mit der Drehbewegung des Rotationskolbens (2) vergrößernde und eine sich verkleinernde Arbeitskammer (14, 14a, 14', 14'a) aufteilen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Brennstoffrotationsmotor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Derartige Brennstoffrotationsmotoren werden im mehrere Bereiche der Maschinenbau eingesetzt, insbesondere im Kraftfahrzeugbau.
Brennstoffmotoren in der Ausführung als Benzinmotor oder als Dieselmotor wandeln durch die Verbrennung eines Brennstoff-Oxidanz-Gemisches in einem Brennstoff gespeicherte Energie in mechanische Energie um. Die in der Praxis überwiegend verwendete Brennstoffmotoren nach Hubkolben-Konstruktionsprinzip haben ein gesamte Wirkungsgrad der Energieumwandelung bis ca. 50%, der trotzdem viel besser als für eine Gasturbine und einen Elektromotor ist. Es ändert nicht auch die Verwendung den Brennzellen.
Darum bleibt die Nachbesserung der Brennstoffmotoren aktuell.
Das Konstruktionsprinzip der Hubkolbenmotoren mit einem Triebwerk für der Umwandlung einer lineare Bewegung der Kolben in eine drehende Bewegung einer Arbeitswelle, trotz ihrer Hochentwicklung, lässt nicht den Nutzungsgrad von 50 % zu überschreiten.
Das Entwicklungspotential der Hubkolbenmotoren ist nach fast 200 jähriger Geschichte der Forschung und Produktion fast voll ausgenutzt.

In den sechziger Jahren des vergangenen Jahrhunderts wurde ein Brennstoffrotationsmotor entwickelt, der nach Rotationskolbenprinzip arbeitet und als Wankel-Motor bekannt ist.

Dieser Wankel-Motor besteht aus einem Stator mit einem im Querschnitt unrunden Hohlraum und einem im Querschnitt dreieckigen und dreispitzigen Rotationskolben mit drei trochoidenformigen Konturen, die beide zwischen sich einen Arbeitsraum des Brennstoffmotors ausbildden. Das Triebwerk des Motors ist ein Getriebe mit einem Planetarmechanismus mit einer zentrisch zur Hohlraum angeordneten Arbeitswelle. Die Bewegung des Rotationskolbens in dem Arbeitsraum ist durch diese Planetargetriebe gesteuert. Durch einen ständigen Kontakt den Spitzen des Rotationskolbens mit dem Hohlraum des Stators beiden sich im Arbeitsraum des Wankel-Motors drei durch die Planetar-Bewegung des Rotationskolben volumenveränderlichen Arbeitskammer. In jede Arbeitskammer nach 360° Umdrehung der Rotationskolben verläuft der Viertakt-Arbeitsverfahren: – Takt 1, Ansaugen; – Takt 2, Verdichten und Zünden; – Takt 3, Verbrennen und Expandieren; – Takt 4, Ausschieben.

Bei der Verbrennung des Brennstoffes in entsprechende Arbeitskammer erfolgt die Übertragung den Druckkräfte von dem Rotationskolben durch der Planetarmechanismus der Getriebe an der Arbeitswelle.

Dieser Wankel-Motor zeichnet sich gegenüber Hubkolbenmotoren durch ein höheres Drehemoment und durch eine höhere Laufruhe aus.

Er hat in seinem Konstruktionsprinzip weitere Vorteile gegen konventionellen Hubkolbenmotor, aber er hat einen sehr hohen Verbrauch an Brennstoff und Öl, der die schwierige Dichtungsprobleme bei der Planetarbewegung der Rotationskolben verursachten und der Ein ähnlicher Brennstoffrotationsmotor wurde durch die DE 103 61 618 A1 bekannt.

Dieser Brennstoffrotationsmotor besteht aus einem Stator mit einem im Querschnitt trochoiden Arbeitsraum und einen im Querschnitt elipsenförmigen Rotationskolben mit einer trochoideförmigen Außenkontur. Auch die Bewegung dieser Rotationskolben im Arbeitsraum ist durch Planetargetriebe mit einer zentrisch angeordneten Arbeitswelle gesteuert. Durch die Planetarbewegung des Rotationskolbens bilden sich zwei volumenveränderliche Arbeitskammer.

Sowohl dieser Brennstoffrotationsmotor als auch Wankel-Motor haben wesentliche Nachteile, die überwiegend der Triebwerk mit dem Planetarmechanismus und die Planetarbewegung der Rotationskolben verursachten.

Sehr nachteilig ist aber auch, dass die abgerundeten Druckfläche am Rotationskolben nicht senkrecht zur Umfangsrichtung des Rotationskolben ausgerichtet sind, sodass nur eine Teil der Kraftkomponenten den sich aus dem Gasdruck entwickelnden Kräfte in Drehrichtung des Rotationskolbens wirken, während die andern Kraftkomponenten vom Lager der Arbeitswelle aufgenommen werden. Weil dafür einen Massenausgleich gegen Unwuchten nötig ist und die Dreharm des Rotationskolben nicht konstant ist, geht viel Energie verloren, das den das Wirkungsgrad verschlechtert.

Es besteht daher die technische Aufgabe, einen gattungsgemäßen Brennstoffrotationsmotor mit einem höheren Wirkungsgrad zu entwickeln.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 9.

Der neue Brennstoffrotationsmotor beseitigt die genannten Nachteile des Standes der Technik.

Der neue Brennstoffrotationsmotor hat der Stator mit einer einfachen zylindrischen Form des Hohlraumes und besitzt nur wenige sich bewegende Einzelteile und ist damit einfach im Aufbau und günstig in der Herstellung. In Stator ist an der koaxial angeordneten Arbeitswelle einen massenausgegliechenen Hohlraum-Rotationskolben eingesetzt.

Der neue Brennstoffrotationsmotor ist auch sehr wirkungsvoll, weil er sein erzeugtes Drehmoment ohne Triebwerk, sondern direkt auf die Arbeitswelle überträgt, weil die wirksamen Druckflächen des Rotationskolbens weitmöglichst von der Drehachse angeordnet, senkrecht zur Drehrichtung ausgerichtet sind und so für den vollen Kraftangriff zur Verfügung stehen, weil Dreharm der Kraftübertragung konstant ist, weil die Arbeitswelle nur mit Drehkraft belastet ist, weil alle Reibungspaar nur mit der für der Dichtung erforderlichen Zusammenbaukraft belastet sind, weil er sehr hohen Verdichtungsgrad ermöglicht.

Außerdem lässt sich der neue Brennstoffrotationsmotor auf Grund seiner geringen Ausmaße leicht in jeden Motorraum einbauen. Dabei kann der neue Brennstoffrotationsmotor in herkömmlicher Einbaulage, also mit einer horizontalen Ausrichtung der Arbeitswelle ausgerichtet sein. Es ist auch möglich diesen Motor mit seiner Arbeitswelle vertikal ausrichten und einzubauen. Das vereinfacht den Einbau und die Wartung des neuen Brennstoffrotationsmotors.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.
Dazu zeigen:
1: ein Brennstoffrotationsmotor im Querschnitt,
2 der Brennstoffrotationsmotor im Längsschnitt,
3 der Brennstoffrotationsmotor nach 1 mit einer Luftkühlung,
4 der Rotationskolben des Brennstoffrotationsmotors in einer einfachspitzigen Ausführung,
5 der Rotationskolben des Brennstoffrotationsmotors in einer doppelspitzigen Ausführung,
5a der Rotationskolben des Brennstoffrotationsmotors in einer vierspitzigen Ausführung,
6 der Rotationskolben des Brennstoffrotationsmotors in einer doppelspitzigen Ausführung in einer perspektivischen Ansicht,
7 ein Ventilsegment des Stators des Brennstoffrotationsmotors im Querschnitt,
8 eine Darstellung der aufeinander folgenden Arbeitstakte des Brennstoffrotationsmotors.
Der neue Brennstoffrotationsmotor besteht gemäß 1 und 2 im Wesentlichen aus einem Stator 1, einem Rotationskolben 2 und einer Arbeitswelle 3.
Der Stator 1 ist mehrteilig und druckdicht ausgeführt und besteht aus Mantelsegmenten 5, 5'und Ventilsegmenten 6, 6', die nach dem Zusammenbau einen zylindrischen Hohlkörper 4 ausbilden, und aus Stirnplatten 7, 8, die zylindrischen Hohlkörper 4 beidseitig schließen. Die Mantelsegmente 5, 5' sind für die Abkühlung der Brennstoffrotationsmotors bestimmt und die Ventilsegmente 6, 6' für die Auf-nahme der verschiedensten Funktionselemente und Ventile ausgelegt.
In den Mantelsegmenten 5, 5' befinden sich herkömmliche Kühlelemente 10 in den Form von Kühlkanälen für entsprechende Kühlflüssigkeit.
Stirnplatten 7, 8 und Rotationskolben 2 sind mit der in Holraum durchgeblasenen Luft gekühlt. Die 3 zeigt einen gleichen Brennstoffrotationsmotor in einer luftgekühlten Ausführung, bei dem die beiden Mantelsegmente 5 mit Kühlelementen 10' in form von freiliegenden Kühlrippen ausgestattet sind.
Mit desgleichen Kühlungskanälen bzw. Kühlungsrippen sind auch die Ventilsegmente gekühlt.
Der Hohlraum-Rotationskolben 2 ist koaxial drehfest mit der Arbeitswelle 3 verbunden und koaxial in den zylindrischen Holraum 4 des Stators 1 eingesetzt. Dabei besitzt der Hohlraum-Rotationskolben 2 eine konvex gebogene und sich mit dem Umfangswinkel des Hohlraum-Rotationskolben 2 kontinuierlich in Drehrichtung verändernde Außenkontur und die Backen, die mit den Stirnplatten 7, 8 druckdicht kontaktieren. Damit besitzt die Außenkontur der Rotationskolben 2 eine großen Radius und einen kleinen Radius, die aneinander stoßen und in diesem Bereich eine Spitze bilden, die aus radiale Druckfläche und eine, den Stator 1 kontaktierende, Dichtkante besteht. Somit bildet sich zwischen dem Stator 1 und Rotationskolben 2 ein Arbeitsraum 11, der durch der Spitze des Rotationskolben 2 und zwei steuerbare und wechselweise in den Arbeitsraum eingreifende Trennschieber 12, 13 in eine sich mit der Drehebewegung des Rotationskolbens 2 vergrößernde und eine sich verkleinernde Arbeitskammer 14, 14' aufteilen.
Der Rotationskolben 2 kann einspitzig ausgeführt sein, so wie es die 4 zeigt, bei dem sich die Außenkontur in einem Zuge über den ganzen Umfang abrollt. Der Rotationskolben 2 kann aber auch mehrspitzig ausgeführt sein, so wie es die 5 und 5a zeigt, bei dem sich mehrere gleiche Außenkonturen über den Umfang verteilen. Bei dieser mehrspitzigen Ausführung ist immer eine gerade Anzahl von Außenkonturen vorgesehen.
Der neue Brennstoffrotationsmotor wird im Folgenden in Ausführung als Benzinmotor und in der Variante mit einem zweispitzigen Rotationskolben 2 beschrieben, so wie er auch in der 1 bis 3 und 5 bis 8 gezeigt ist.
Durch der Einsatz zweispitziger Rotationskolben 2 sind im Hohlraum 4 des Stators 1 zwei mit dem Rotationskolben 2 zusammen drehenden Arbeitsräume 11, 11' ausgebildet.
Die Ventilsegmente 6, 6' können jeweils aus einem Teil bestehen oder aus mehreren Einzelsegmenten druckdicht zusammengesetzt sein. Gemäß der 7 sind in diesen beiden Ventilsegmenten 6, 6' die erforderlichen für den Viertakt-Arbeitsprozess des Brennstoffrotationsmotors Einrichtungen untergebracht, die über entsprechende Steuerleitungen mit einer Fremdsteuereinheit 15 verbunden sind. So befinden sich in jedem Ventilsegment 6, 6' des Stators 1 einen Brennraum 16, 16', der in der Abwechselung einem der beiden Arbeitsräume 11, 11' als Verdichtungs- und Zündkammer dient.
In jeder dieser beide Brennräumen 16, 16' ist eine Zündkerze 17, 17' eingesetzt, die über Zündleitung 18, 18' mit der Fremdsteuereinheit 15 verbunden ist.
Jedes der beiden Ventilsegmente 6, 6' des Stators 1 ist weiterhin mit einem ersten Trennschieber 12, 12' und einem zweiten Trennschieber 13, 13'ausgerüstet, wobei die beiden Trennschieber 12, 12', 13, 13' möglichst nahe und zu beiden Seiten der Brennräumen 16, 16' angeordnet sind. Trennschieber 12, 12', 13, 13' sind radial beweglich und von Fremdsteuereinheit 15 gesteuert in Abwechselung in den Arbeitsraum zwischen dem Stator (1) und dem Rotationskolben (2) eingreifen und jeder den beiden Arbeitsräume 11, 11' jeweils in Abwechselung mit der Drehbewegung in zwei Arbeitskammern 14, 14a, 14', 14'a mit veränderlichen Volumen aufteilen.
Jeder dieser Trennschieber 12, 12', 13, 13' ist radial ausgerichtet und besitzt einen Schieberweg, der der Differenz aus dem maximalen und minimalen Radius jeder Kolbenhälfte 19, 20 des Rotationskolbens 2 entspricht. Die Trennschieber 12, 12', 13, 13' sind in der Richtung zur Antriebswelle 3 jeweils durch eine Druckfeder 21 belastet und über eine Steuerleitung 22, 23 mit der Fremdsteuereinheit 15 verbunden. Die Trennschieber 12, 12', 13, 13' sind allseitig druckdicht ausgeführt.
Die Kraft der Druckfeder 21 sichert ständiger Kontakt zwischen den Trennschieber 12, 12', 13, 13' und der Rotationskolben 2.
Dabei schiebt der Rotationskolben 2 bei der Umdrehung die Trennschieber 12, 12', 13, 13' vollständig aus Arbeitsraum zurück. Im einem Höhepunkt ist Trennschieber 12, 12', 13, 13' durch die Fremdsteuereinheit 15 fixiert. Dann lässt die Fremdsteuereinheit 15 die Trennschieber 12, 12', 13, 13' in einem entsprechenden Moment frei.
Trennschieber 12 und 13, sowie 12' und 13' setzt die Fremdsteuereinheit 15 immer im Gegenposition und wechselt sie nach jedem Halbumdrehung durch Umschaltung.
Auf der in Urzeitdrehesinn vor dem ersten Trennschieber 12, 12' befindet sich ein Auslasskanal 24, 24' mit einem halbovalen Sattel 25, 25' zur Arbeitsraum geöffnet. Durch den Auslasskanal sind ausgenutzte Explosionsgase ausgeschoben (Takt 4). Der Auslasskanal schließt und öffnet eine an der Trennschieber 12, 12' angeordnete und zum halbovalen Sattel 25, 25' passende Teller 26, 26'.
Auf der in Urzeitdrehesinn nach dem zweiten Trennschieber 13, 13' befindet sich ein Einlasskanal 27, 27' mit einem halbovalen Sattel 28, 28' zur Arbeitsraum geöffnet. Durch den Einlasskanal ist in der Fremdsteuereinheit 15 vorbereitende Brennstoff-Luft-Gemisch eingesaugt (Takt 1). Der Einlasskanal schließt und öffnet eine an der Trennschieber 13, 13' angeordnete und zum halbovalen Sattel 28, 28' passende Teller 29, 29'.
Dabei ist jede Sattel-Teller-Paar: 25-26; 25'-26'; 28-29; 28'-29', als ein in Gasausstoßrichtung schließendes Sitzventil ausgeführt.
Der zweispitzige Rotationskoben 2 ist, wie es insbesondere die 5 und 6 zeigen, einteilig ausgeführt und rotationssymmetrisch aus einer ersten Kolbenhälfte 19 und aus einer zweiten Kolbenhälfte 20 zusammengesetzt. Dabei besitzt jede Kolbenhälfte 19, 20 an ihrer Außenkontur über ihre ganze axiale Länge einen maximalen Radius R_max und um 180° versetzt einem minimalen Radius R_min , wobei der maximale Radius R_max beider Kolbenhälften 19, 20 in einer entsprechende Spielpassung auf den Innenradius RS des zylindrischen Hohlkörpers 4 des Stators 1 abgestimmt ist und der minimale Radius R_min beider Kolbenhälften 19, 20 jeweils um einen vorbestimmten Betrag kleiner ausgelegt ist. Zwischen dem maximalen Radius R_max und dem minimalen Radius R_min besitzt jede Kolbenhälfte 19, 20 eine Außenkontur, die konvex gebogen ausgelegt ist und bei der sich der Radius der Bildungskurve der Außenkontur als Funktion des Umfangwinkels der Kolbenhälfte 19, 20 innerhalb seiner beiden Grenzwerte kontinuierlich verändert.
Beide Kolbenhälften 19, 20 sind so zueinander angeordnet, dass der minimale Radius R_min der einen Kolbenhälfte 19, 20 und der maximale Radius R_max der anderen Kolbenhälfte 19, 20 aneinander stoßen. Damit ergeben sich am Umfang des Rotationskolbens 2 zwei radiale und gegenüberliegende Abstufungen, die sich über die gesamte axiale Länge des Rotationskolbens 2 erstrecken. Diese beiden Abstufungen bilden zwei radiale und gegenüberliegende Druckflächen 30, 30' aus. Diese beiden Abstufungen bilden aber auch zwei gegenüberliegende Dichtkanten aus, die jeweils als eine radial verschiebbare und durch eine Druckfeder 31 nach außen belastete Dichtplatte 32, 32' ausgeführt sind. Dabei sind die Druckfeder 31 und die zugeordnete Dichtplatten 32, 32' so zueinander passend gestaltet, dass jede Druckfeder 31 nach einer vorbestimmten Einlaufzeit des Brennstoffrotationsmotors gegen ein die Dichtplatte 32, 32' fixierendes Passstück ausgetauscht werden kann.
Die Stärke der jeweiligen Dichtplatten 32, 32' des Rotationskolbens 2 ist so bemessen, dass sie die Stärke der Trennschieber 12, 12', 13, 13' sowie die Breite der Schlitze der Auslasskanals 24, 24' sowie Einlasskanals 27, 27' in den Axialenrichtung überschreitet. Das Brennraum 16, 16' ist in den Axialenrichtung kleiner, als Trennschieber 12, 12', 13, 13'. Das sichert einen reibungslosen Durchlauf des Rotationskolbens 2.
Aus dem zylindrischen Innenraum des Stators 1 und der gebogenen Außenkontur Rotationskolbens 2 ergeben sich gemäß der 1, 3 und 7 zwei Arbeitsräume 11, 11', die beide des gegenüber liegen und die nur durch die beiden Dichtplatten 32, 32' des Rotationskolbens 2 funktionell voneinander getrennt sind.
Durch den gesteuerten Einsatz der Trennschieber 12, 12', 13, 13' im Stator 1 und der trennenden Funktion der beiden Dichtkanten an den Dichtplatten 32, 32' des Rotationskolbens 2 werden die beiden Arbeitsäume 11, 11' in vier volumenveränderliche Arbeitskammern 14, 14a, 14', 14'a unterteilt, in denen im Zusammenspiel mit den in Gegenposition durch die Fremdsteuereinheit 15 eingesetzte Trennschieber 12 und 13 sowie 12' und 13' gleichzeitig alle vier Arbeitstakte ablaufen.
Nach der 8 mit seinen Einzelbildern 8a bis 8h ergibt sich bei einer Drehung des Rotationskolbens 2 um 360° folgende Wirkungsweise, wobei die 8a bis 8d den 1. Halbzyklus mit von 0 bis 180 ° Umdrehung und die 8e bis 8h den zweiten Halbzyklus mit von 180 bis 360° Umdrehung, zeigen.
In der Position gemäß der 8a befindet sich der Rotationskolben 2 in einer Position, wo sich die beiden gegenüberliegenden Dichtplatten 32, 32' in einer Ebene mit den beiden gegenüberliegenden Brennräumen 16, 16'. Dazu sind der in Drehrichtung erste Trennschieber 12 des oberen Ventilsegmentes 6 und der in Drehrichtung zweite Trennschieber 13' des unteren Ventilsegmentes 6' von der Fremdsteuereinheit 15 frei geschaltet, sodass beide Trennschieber 12, 13' von der Kraft ihrer jeweiligen Druckfeder 21 in der gezeigten Pfeilrichtung belastet und damit gegen die Außenkontur der zweiten Kolbenhälfte 20 des Rotationskolbens 2 gedrückt werden. Dadurch liegt der erste Trennschieber 12 des oberen Ventilsegmentes 6 auf der zweiten Kolbenhälfte 20 im Bereich des minimalen Radius auf und teilt den Arbeitsraum 11' in eine sich vergrößernde Arbeitskammer 14 und in eine sich verkleinernde Arbeitskammer 14'a. Dagegen befindet sich der zweite Trennschieber 13' des unteren Ventilsegmentes 6' auf Grund des maximalen Radius der zweiten Kolbenhälfte 20 in der heraus geschobenen Stellung. Der zweite Trennschieber 13 des oberen Ventilsegmentes 6 und der erste Trennschieber 12' des unteren Ventilsegmentes 6' sind durch die Fremdsteuereinheit 15 gegen die Kraft der Druckfedern 21 in der gezeigten Pfeilrichtung fixiert, sodass beide Trennschieber 13, 12' in einer aus dem Arbeitsraum 11 herausgezogenen Stellung gehalten werden. Dadurch ist das Auslasskanal 24 des oberen Ventilsegmentes 6 geöffnet, während das Auslasskanal 24' des unteren Ventilsegmentes 6' geschlossen gehalten wird, so wie es die Pfeilrichtungen ausdrücken.
Mit Beginn des ersten Halbzyklus nach der 8a werden gleichzeitig wie in die in der 8b gezeigte Stellung gezeigt in vier bei der Drehbewegung des Rotationskolben 2 volumenveränderliche Arbeitskammern 14, 14a, 14', 14'a folgende Takte des Arbeitsprozesses durchgeführt

– in den sich vergrößernde Arbeitskammer 14', die sich zwischen Rotationskolbenhälfte 19 und Trennschieber 13' befindet, wird durch geöffneten Einlasskanal 27' das in der Fremdsteuereinheit 15 vorbereiteten Brennstoff-Luft-Gemisch angesaugt (Takt 1);
– in den sich verkleinernde Arbeitskammer 14a, die sich zwischen Rotationskolbenhälfte 19 und Trennschieber 13' befindet, wird vorher angesaugten Brennstoff-Luft-Gemisch verdichtet und komprimiert in Brennraum 16' geschoben und anschließend für nächste Halbzyklus gezündet (Takt 2);
– in den Arbeitskammer 14, die sich zwischen Rotationskolbenhälfte 20 und Trennschieber 12 befindet, wird im aus der Verbrennung in Brennraum 16 bei dem vorigen Halbzyklus komprimierte Brennstoff-Luft-Gemisch's entstandenen Arbeitsgas ein Expansionsdruck entwickelt. Dieser Expansionsdruck stützt sich dort an dem ersten Trennschieber 12 ab und belastet so die radiale Druckfläche 30 am Rotationskolben 2, der dadurch einen Arbeitsvorgang einleitet und den Rotationskolben 2 befördert und in eine Drehbewegung versetzt (Takt 3);
– aus den sich verkleinernde Arbeitskammer 14'a, die sich zwischen Rotationskolbenhälfte 20 und Trennschieber 12 befindet, wird der bei dem vorigen Halbzyklus ausgenutzte Arbeitsgas durch den geöffneten Auslasskanal 26 ausgeschoben (Takt 4)

Am Ende 1. Halbzyklus sind die Trennschieber 12 und 13', wie in die in der 8c gezeigt, durch die Umdrehung des Rotationskolbens 2 in der Hochstellung geschoben. In diesem Moment werden die den Trennschieber 12 und 13' durch Fremdsteuereinheit 15 in diese Hochstellung fixiert und die Trennschieber 12' und 13 frei gelassen, sowie ihre Druckfeder 21.
Damit wird 2. Halbzyklus, wie in die in der 8c gezeigt ist, vorbereitet.
Mit Beginn des zweiten Halbzyklus nach der 8e werden gleichzeitig wie in die in der 8f gezeigte Stellung gezeigt in vier bei der Drehbewegung des Rotationskolben 2 volumenveränderliche Arbeitskammern 14, 14a, 14', 14'a folgende Takte des Arbeitsprozesses durchgeführt

– in den sich vergrößernde Arbeitskammer 14a, die sich zwischen Rotationskolbenhälfte 19 und Trennschieber 13 befindet, wird durch geöffneten Einlasskanal 27 das in der Fremdsteuereinheit 15 vorbereiteten Brennstoff-Luft-Gemisch angesaugt (Takt 1);
– in den sich verkleinernde Arbeitskammer 14', die sich zwischen Rotationskolbenhälfte 19 und Trennschieber 13 befindet, wird vorher angesaugten Brennstoff-Luft-Gemisch verdichtet und komprimiert in Brennraum 16 geschoben und anschließend für nächste Halbzyklus gezündet (Takt 2);
– in den Arbeitskammer 14a, die sich zwischen Rotationskolbenhälfte 20 und Trennschieber 12' befindet, wird im aus der Verbrennung in Brennraum 16' bei dem vorigen 1. Halbzyklus komprimierte Brennstoff-Luft-Gemisch's entstandenen Arbeitsgas ein Expansionsdruck entwickelt. Dieser Expansionsdruck stützt sich dort an dem ersten Trennschieber 12' ab und belastet so die radiale Druckfläche 30' am Rotationskolben 2, der dadurch einen Arbeitsvorgang einleitet und den Rotationskolben 2 befördert und in eine Drehbewegung versetzt (Takt 3);
– aus den sich verkleinernde Arbeitskammer 14, die sich zwischen Rotationskolbenhälfte 20 und Trennschieber 12' befindet, wird der bei dem vorigen Halbzyklus ausgenutzte Arbeitsgas durch den geöffneten Auslasskanal 26' ausgeschoben (Takt 4)

Am Ende 2. Halbzyklus sind die Trennschieber 12' und 13, wie in die in der 8g gezeigt, durch die Umdrehung des Rotationskolbens 2 in der Hochstellung geschoben. In diesem Moment werden die den Trennschieber 12' und 13 durch Fremdsteuereinheit 15 in diese Hochstellung fixiert und die Trennschieber 12 und 13' frei gelassen, sowie ihre Druckfeder 21. Damit wird neue 1. Halbzyklus, wie in die in der 8h und 8a gezeigt ist, vorbereitet.
Mit dem Abschluss einer vollen Umdrehung des Rotationskolbens 2 wird der aus vier Arbeitstakten bestehende Arbeitsprozess zweimal durchlaufen.
Der neue Brennstoffrotationsmotor kann auch in der Variante als Dieselmotor ausgeführt sein mit einer Selbstzündung eines Dieselbrennstoff in hochverdichteter und dadurch hochgehheizter Luft in Brennraum 16, 16'. Das Dieselbrennstoff wird direkt in Brennraum 16, 16' eingespritzten über eine entsprechende Einspritzdüse, die statt der Zündkerzen 17, 17' eingesetzt wird.
Der Einsatz der Trennschieber 12, 12', 13, 13' und der Verlauf des Vier-Takt-Verfahren in den volumenveränderlichen Arbeitskammern 14, 14a, 14', 14'a entspricht der Benzinmotorvariante.
Um die Reibungskräfte zu mindern sind in dem neuen Brennstoffrotationsmotor, wie in allen Motoren, entsprechende Schmieröl an die Reibungsfläche durch Fremdsteuereinheit 15 angebracht.
Der für die Kühlung des Rotationskolben 2 und Stirnplatten 7, 8 durch Ein- und Auslauf 34 in den Holraum des Stators durchgeblasenen Luft wird für die Vorbereitung des Brennstoff-Luft-Gemisch in der Fremdsteuereinheit 15 benutzt.

1: Stator
2: Rotationskolben
3: Abtriebswelle
4: zylindrischer Hohlkörper
5: Mantelsegment
6: Ventilsegment
7: erste Stirnplatte
8: zweite Stirnplatte
9: gefederte Druckplatte
10: Kühlelement bzw. Kühlrippen
11: Arbeitsraum des Motors
12: erster Trennschieber
13: zweiter Trennschieber
14: Arbeitskammer
15: Fremdsteuereinheit
16: Brennraum
17: Zündkerzen
18: Zündleitung
19: erste Kolbenhälfte
20: zweite Kolbenhälften
21: Druckfedern
22: Steuerleitung
23: Steuerleitung
24: Auslasskanal
25: Halbovale Teller an Trennschieber
26: Halbovale Sattel in der Auslasskanalmünde
27: Einlasskanal
28: Halbovale Teller an Trennschieber
29: Halbovale Sattel in der Einasskanalmünde
30: Druckfläche am Rotationskolben
31: Druckfeder
32: Dichtplatte
33: gefederter Dichtstreifen
34: Kühlluft Ein- und Auslauf

Claims

Brennstoffrotationsmotor, insbesondere zum Antrieb von Kraftfahrzeugen, bestehend aus einem Stator (1) mit einem Hohlraum und einem, mit einer Abtriebswelle (3) verbundenen Rotationskolben (2), die beide einen Arbeitsraum zwischen sich ausbilden, wobei der Arbeitsraum durch einen ständigen Kontakt einer umfänglichen Dichtkante und der Stirnflächen des Rotationskolbens (2) mit dem Hohlraum des Stators (1) begrenzt wird und über ein schaltbares Einlasskanal (27, 27') mit einer Versorgungseinrichtung für ein Brennstoff-Luftgemisch und über ein schaltbares Auslasskanal (24, 24') mit einer Entsorgungseinrichtung für das verbrauchte Brennstoff-Luftgemisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum des Stators (1) zylindrisch ausgebildet ist und der Rotationskolben (2) koaxial und drehfest mit der Abtriebswelle (3) verbunden und koaxial in den zylindrischen Hohlraum des Stators (1) eingesetzt ist, wobei der Rotationskolben (2) eine konvex gebogene und sich mit dem Umfangswinkel des Rotationskolbens (2) kontinuierlich in Drehrichtung verändernde Außenkontur mit einer radial ausgerichteten Druckfläche (30, 30') und mit einer Dichtkante zum Stator (1) besitzt und im Stator (1) zwei radial bewegliche und steuerbare Trennschieber (12, 12', 13, 13') vorgesehen sind, die wechselweise in den Arbeitsraum zwischen dem Stator (1) und dem Rotationskolben (2) eingreifen und den Arbeitsraum in eine sich mit der Drehbewegung des Rotationskolbens (2) vergrößernde und eine sich verkleinernde Arbeitskammer (14, 14') aufteilen.
Brennstoffrotationsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (1) mehrteilig und druckdicht ausgeführt ist und aus Mantelsegmenten (5, 5') und Ventilsegmenten (6, 6'), die einen zylindrischen Hohlkörper (4) ausbilden, und aus Stirnplatten (7, 8), die den zylindrischen Hohlkörper 4 beidseitig verschließen, gebildet ist, wobei die Mantelsegmente (5, 5') für die Abkühlung des Brennstoffrotationsmotors bestimmt sind und die Ventilsegmente (6, 6') für die Aufnahme der verschiedensten Funktionselemente und Ventile ausgelegt sind.
Brennstoffrotationsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskolben (2) als Hohlraumelement ausgebildet ist, eine oder mehrere in gerader Anzahl von Außenkonturen und eine oder mehrere in gerader Anzahl von Dichtkanten ausbildet und der Stator (1) in entsprechend gleicher Anzahl Mantelsegmente (5, 5') und Ventilsegmenten (6, 6') mit Brennraum (16, 16'), Einlasskanäle (27, 27'), Auslasskanäle (24, 24') und doppelte Anzahl Trennschieber (12, 12', 13, 13') besitzt.
Brennstoffrotationsmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Dichtkante zwischen dem Rotationskolben (2) und dem Stator (1) aus einer radial angeordneten Dichtplatte (32, 32') gebildet wird und die Stärke dieser Dichtplatte (32, 32') so bemessen ist, dass sie die Stärke der Trennschieber (12, 12', 13, 13') sowie die Breite der Schlitze der Auslasskanäle (24, 24') und Einlasskanäle (27, 27') sowie Brennraume (16, 16') überschreitet.
Brennstoffrotationsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass – jede Außenkontur des Rotationskolben (2) eine Bildungskurve ist, die einerseits einen maximalen Radius R_max und andererseits einen minimalen Radius R_min besitzt, zwischen denen sich die Außenkontur als Funktion des Umfangwinkels kontinuierlich verändert, – der maximale Radius R_max der Bildungskurve dem Innenradius des Stators RS entspricht und – der minimale Radius R_min der Bildungskurve so gewählt ist, dass das Verhältnis der beiden Radien zueinander ein für einen gewünschten Vorverdichtungsgrad ausreichendes Volumen ausbildet.
Brennstoffrotationsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Trennschieber im Stator (1) ein erster Trennschieber (11, 11') und ein zweiter Trennschieber (12, 12') sind, die in unmittelbarer Nähe und zu beiden Seiten der Brennraum (16) angeordnet und die jeweils von einer gegen den Rotationskolben (2) gerichteten Druckfeder (21) belastet sind.
Brennstoffrotationsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein schaltbare Auslasskanal (24, 24') im Drehsinn vor dem ersten Trennschieber (12, 12') angeordnet ist, dabei schließt und öffnet den Auslasskanal eine an der Trennschieber 12, 12' angeordnete und zum an den Münde des Auslasskanals 24, 24' angeordneten halbovalen Sattel 25, 25' passende Teller 26, 26'.
Brennstoffrotationsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein schaltbares Einlasskanal (27, 27') für die Ansaugen einen Brennstoff-Luft-Gemisch im Drehsinn hinter dem zweiten Trennschieber (13, 13') zugeordnet ist, dabei schließt und öffnet das Einlasskanal (27, 27') eine an der Trennschieber 13, 13' angeordnete und zum an den Münde des Einlasskanals (27, 27') angeordneten halbovalen Sattel 28, 28' passende Teller 29, 29'.
Brennstoffrotationsmotor nach den Ansprüchen 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündkerzen (17, 17'), die Einspritzdüsen (17, 17'), die Trennschieber (12, 12', 13, 13') über entsprechende Leitungen (18, 21, 22, 23,) mit einer Fremdsteuereinheit (15) verbunden sind.