DE4208747A1 - Rotationskolbenmotor - Google Patents

Description

Herkömmliche Verbrennungsmotoren nach dem Hubkolbenprinzip bedingen eine aufwendige Mechanik zur Bewegungsumsetzung und Brennstoffver- sowie Gasentsorgung. Hierfür ermöglicht der Rotationskolbenmotor Lösungen, die kinematisch wesentlich günstiger sind und weniger Reibungsverluste und Verschleiß mit sich bringen.

Auch gegenüber dem Wankel-Motor (Kreiskolbenmotor) bestehen grundsätzliche Unterschiede und Vorteile, die sich vor allem aus der Existenz von zwei zentral gelagerten Kolbenpaaren gegenüber einem exzentrisch gelagerten Kolben ergeben.

Der Rotationskolbenmotor unterscheidet sich dadurch von herkömmlichen Verbrennungsmotoren, daß alle vier Takte gleichzeitig in einer ringförmigen Arbeitskammer ablaufen, die durch 4 Kolben in 4 Abschnitte geteilt wird.

Die Versorgung mit Brennstoff kann über Schlitze oder Ventile erfolgen. Da Komprimierung bzw. Expansion des Gases in anderen Abschnitten der Ringkammer stattfinden als Ein- und Auslaß, sind vom Prinzip her Ventile nicht zwingend erforderlich.

Die Steuerung des Bewegungsablaufes und der Drehzahl sowie die Übertragung des Drehmomentes sind mit einigen noch zu lösenden mechanischen (möglicherweise auch hydraulischen) und thermodynamischen Problemen verbunden:

Die Drehbewegung der Kolbenpaare muß sich in der Weise vollziehen, daß (beginnend mit der Zündung) zunächst Kolbenpaar A durch Explosion und Expansion um ca. 170 Grad gedreht wird (bei einem angenommenen Verdichtungsverhältnis von 1 : 10 und einer angenommenen Kolbenstärke von 1 Grad) (Phase I), anschließend beide Paare unter Ausnutzung des soeben gewonnenen Drehmomentes um ca. 40 Grad (Phase II); nun ist Kolbenpaar B in dieselbe Position gerückt wie zu Beginn Paar A, das nun (ebenso wie vorhin Paar B) für die Zeit der Explosion und Expansion (Phase III) arretiert werden muß. Nach neuerlicher Absolvierung der Phase II ist anschließend die Ausgangsstellung wieder erreicht.

Daraus ergeben sich folgende Einzelaufgaben:

• 1. Entnahme eines resultierenden Drehmomentes aus den Drehmomenten der beiden konzentrischen Halbachsen in den Phasen I und III (möglicherweise mit Hilfe eines hydraulischen Drehmomentwandlers).
• 2. Übertragung von Drehmoment auf beide Halbachsen (möglicherweise durch eine Schwungscheibe) für Phase II.
• 3. Arretierung des jeweils anderen Kolbenpaares bei Explosion und Expansion (möglicherweise durch eine Steuerscheibe).

Anwendungsmöglichkeiten des Rotationskolbenmotors werden überall dort gesehen, wo bereits gegenwärtig Verbrennungsmotoren zum Einsatz kommen. Es ist zu erwarten, daß er mit allen bekannten Brennstoffen gute Ausnutzungsgrade erreicht. Eine "mehrzylindrige" Ausführung ist durch Anordnung mehrerer Arbeitskammern hintereinander leicht möglich.

Claims (2)

1. Rotationskolben-Motor
   Der Rotationskolben-Motor ist ein nach dem Viertaktprinzip arbeitender Verbrennungsmotor.
   Er ist gekennzeichnet durch einen rotationssymmetrischen Aufbau. Dadurch wird unmittelbar an einer Achse ein Drehmoment erzeugt. In einer ringförmigen Arbeitskammer sind zwei Kolbenpaare mit je zwei Kolben zentral gelagert. Die Paare sind gegeneinander beweglich, während ihre je beiden Kolben im Winkel von 180 Grad starr miteinander verbunden sind. Diese Verbindung läuft über eine Achse, die die Drehmomente der Gasexpansion nach außen überträgt. Da die beiden Kolbenpaare über Kreuz miteinander verbunden und gegeneinander beweglich sind, handelt es sich um eine Doppelachse: Zentralachse und Außenachse für je ein Kolbenpaar. Die variable Größe der Abschnitte der Ringkammer für die 4 Takte wird durch die gegenseitige Beweglichkeit der beiden Kolbenpaare gewährleistet.
   In bestimmten Abschnitten (s. Zeichnung 5) der Ringkammer wird

   • - Luft oder Gasgemisch angesaugt (I),
   • - komprimiert (II)
   • - Brennstoff eingespritzt und) gezündet (III-1) und expandiert (III-2),
   • - ausgestoßen (IV).
2. Die Lage dieser Abschnitte wird durch Einlaßöffnungen oder -ventil(e), ggf. Einspritzdüse, Zünd- oder Glühkerze sowie Auslaßöffnung(en) oder -ventil(e) gekennzeichnet. Das Gas selbst wird durch die Drehbewegung der Kolben von einem zum nächsten Abschnitt befördert, wobei Komprimierung/Ausstoß bzw. Expansion/Ansaugen durch die Verringerung bzw. Vergrößerung des Abstandes zwischen den Kolben der beiden verschiedenen Kolbenpaare bewirkt werden.
   Der Bewegungsablauf der Arbeitstakte ist folgender:
   Während durch die Zündung und Expansion eine Kammer sich durch die Bewegung des im Drehsinn liegenden Kolbens vergrößert (der "dahinter" liegende ist arretiert), ergeben sich daraus unmittelbar (über die feste Verbindung dieser beiden Kolben als Kolbenpaare mit den gegenüberliegenden Kolben) eine entsprechende Vergrößerung des gegenüberliegenden Kammerabschnittes (Ansaugen) sowie entsprechende Verkleinerungen der dazwischen liegenden Abschnitte ("davor": Verdichtung, "danach": Ausstoß).
   Nach Abschluß dieser Expansionsphase wird die Arretierung gelöst und das vorhandene Drehmoment so auf beide Kolben übertragen, daß sie sich soweit in konstantem Winkel zueinander drehen, bis das verdichtete Gas den Zündpunkt erreicht hat und der "hintere" Kolben wieder arretiert werden kann. Zugleich hat damit das soeben verbrannte Gas das Auslaßventil erreicht; der "davor" liegende Abschnitt das Einlaßventil, und der wiederum "davor" liegende Abschnitt ist bereit zur Komprimierung.
   Jedem der vier Takte steht also ein variabler Teil der Ringkammer zur Verfügung. Diese werden jeweils begrenzt durch zwei Kolben, die den beiden verschiedenen Kolbenpaaren angehören.
   An ihrem Schnittpunkt, d. h. in der Mitte des ringförmigen Kammer, sind beide an je einer nur in derselben Richtung drehbaren Welle befestigt. Die beiden Kolbenpaare stehen somit X-förmig zueinander.
   Das Patent wird für die Idee (das Prinzip) eines neuartigen Viertakt-Verbrennungsmotors mit rotierenden Kolben beansprucht.