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(11) | EP 3 783 194 A1 |
| (12) | EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG |
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| (54) | ROTATIONSKOLBENMASCHINE |
| (57) Bei der Erfindung handelt es sich um eine Viertakt-Verbrennungsmaschine. Die Maschine
benötigt keine Ventile, ist einfach aufgebaut, besteht aus wenigen Teilen, mindestens
einer kompakten Brennkammer (5) und kann mit mehreren Brennkammern ohne konstruktive
Unwucht aufgebaut werden. Die Maschine setzt sich aus einem feststehenden Gehäuseteil mit allen Anschlussvorrichtungen und dem Brennkammergehäuse (18) sowie einem drehbar gelagerten Maschinenteil mit den Rotationskolben (2 und 3) zusammen. In der axialen Ausführung besteht das drehbare Teil aus zwei Rotationskolben, die das feststehende Gehäuseteil abschliessen und fest über die Drehachse (7) miteinander verbundenen sind. In der radialen Ausführung besteht das drehbare Teil aus zwei konzentrischen, zylinderförmigen Rotationskolben, Abschlussdeckel (39) und Arbeitskolbenmantel (38), die starr untereinander und mit der Drehachse verbunden sind. Die Rotationskolben haben vom Rotationswinkel abhängige Querschnittsflächen und bilden zusammen mit den Oberflächen des Brennkammergehäuses die Arbeitsvolumina. Im Brennkammergehäuse können eine oder mehrere kompakte Brennkammern vorhanden sein, die vorzugsweise symmetrisch um die Drehachse angeordnet sind. Für jede Brennkammer existiert in der Außenwand des feststehenden Gehäuseteiles eine Einlass- (8) und eine Auslassöffnung (9) mit jeweils einer in das Brennkammergehäuse versenkbaren Absperreinrichtung (11), die auf der Einlassseite ein Arbeitsvolumen in Ansaugvolumen (30) und Verdichtungsvolumen (34) und auf der Auslassseite in Expansionsvolumen (4) und Abgasvolumen (31) funktional trennt. |
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt senkrecht zur Drehachse in der Mitte der radialen Ausführung der Maschine mit zwei Brennkammern.
Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt entlang der Drehachse der radialen Ausführung der Maschine mit zwei Brennkammern.
Fig. 3 zeigt oben das rotierende Maschinenteil, in der Mitte die Innenwand (14) und die Rotationskolben (2 und 3) sowie unten das feststehende Maschinenteil (1) der radialen Ausführung der Maschine mit zwei Brennkammern. Die Brennkammern sind zur Vereinfachung separat gezeichnet und befinden sich zwischen den Schieberpaaren.
Fig. 4a bis 4d zeigen die charakteristischen Phasen eines Maschinenzyklus in der radialen Ausführung. Fig. 4a zeigt unten auf der linken Seite die Einlassphase und auf der rechten Seite die Kompressionsphase. Fig. 4b zeigt den Zeitpunkt kurz nach der Zündung, Fig. 4c zeigt oben die beginnende Expansionsphase und Fig. 4d oben auf der linken Seite das Ende der Expansionsphase und auf der rechten Seite das Ende der Auslassphase.
Fig. 5 zeigt die perspektivische Ansicht der axialen Ausführung der Maschine mit dem feststehenden Teil in der Mitte und den beiden Rotationskolben oben und unten.
Fig. 6 zeigt die Detailansicht einer Absperreinrichtung in der Ausführung als Schieber.
Fig. 7 zeigt die Detailansicht einer Absperreinrichtung in der Ausführung als Klappe.
Fig. 8 zeigt die Absperreinrichtungen an einer Brennkammer der radialen Maschine in der Ausführung als schräg gestellte Schieber.
Fig. 9 zeigt einen Querschnitt senkrecht zur Drehachse in der radialen Ausführung der Maschine mit vier Brennkammern.
a) die Viertakt-Verbrennungsmaschine mit zwei Rotationskolben und getrennten Volumina, die zum Ansaugen (30), zur Verdichtung (34), zur Expansion (4), für das Abgas (31) und die Brennkammern (5) keine Ventile benötigt und dass
b) die Brennkammern (5) eine eiförmige Gestalt haben, die für die Anforderungen einer effizienten und vollständigen Verbrennung angepasst werden können und mittig zwischen den Brennkammeröffnungen positioniert sind und ggf. kleiner als die axiale Länge des Brennkammergehäuses sind, um eine höhere Kompression zu erzielen und mit zwei gegenüberliegenden Öffnungen (6) ausgestattet sind, die jeweils in den Arbeitsflächen (21) des Brennkammergehäuses (18) liegen und die Arbeitsflächen direkt verbinden und damit eine Ausrichtung der Brennkammern parallel zur Drehachse (7) bewirken und die Befüllung der Brennkammern nur durch eine Öffnung erfolgt und zum Zeitpunkt der maximalen Verdichtung, dem Zündzeitpunkt, die beiden Öffnungen durch die dicht anliegenden Kolbenflächen (22) verschlossen sind und dass
c) eine oder mehrere Brennkammern (5) mit jeweils zwei Absperreinrichtungen (11) und einer Einlass- (8) und Auslassöffung (9), vorzugsweise symmetrisch auf dem Umkreis des Brennkammergehäuses (18) verteilt sein können und dann die Arbeitsvolumina maximal einen Winkelbereich überstreichen dürfen, der kleiner ist als der kleinste Winkelbereich zwischen den Öffnungen der Brennkammern, und wenn mehr als ein Arbeitsvolumen pro Rotationskolben (z.B. bei vier Brennkammern und je zwei Arbeitsvolumina pro Rotationskolben) vorhanden ist, die Maschine völlig symmetrisch aufgebaut werden kann und keine konstruktive Unwucht aufweist und dass
d) die Steigung der Kolbenfläche die Bewegung der Absperreinrichtungen (11) bestimmt, die sich mit phasenweise konstanter Beschleunigung bewegen, wobei die Höhe z der Kolbenfläche (22) in Drehachsenrichtung nur eine Funktion des Drehwinkels φ ist und die zweite Ableitung dieser Funktion nach φ konstant sein muss mit den weiteren Randbedingungen, dass die Steigungen am Anfang und am Ende des Übergangsbereiches gleich Null sind, weil die Flächen an diesen Stellen parallel zu den ebenen Arbeitsflächen (21) ausgerichtet sind, und dass die Einlass- (8) und Auslassöffnungen (9) durch die seitlichen Dichtflächen (10) der Rotationskolben im Verlauf der Drehbewegung verschlossen oder freigegeben werden und dass
e) in den Arbeitsflächen (21) des Brennkammergehäuses (18) sich neben jeder Brennkammeröffnung (6) eine vollständig versenkbare Absperreinrichtung (11) befindet, die auf der Seite des Ansaugvolumens in Drehrichtung vor der Einlassöffnung (8) und hinter der Brennkammeröffnung und auf der Seite des Abgasvolumens in Drehrichtung hinter der Auslassöffnung (9) und vor der Brennkammeröffnung positioniert ist.
a) die Viertakt-Verbrennungsmaschine mit Rotationskolben und getrennten Volumina, die zum Ansaugen (30), zur Verdichtung (34), zur Expansion (4), für das Abgas (31) und die Brennkammern (5) keine Ventile benötigt und dass
b) die Brennkammern (5) eine eiförmige Gestalt haben die für die Anforderungen einer effizienten und vollständigen Verbrennung angepasst werden können und mittig zwischen den Brennkammeröffnungen positioniert sind und ggf. kleiner als die radiale Breite des Brennkammergehäuses sind, um eine höhere Kompression zu erzielen und mit zwei gegenüberliegenden Öffnungen (6) ausgestattet sind, die jeweils in den Arbeitsflächen (21) des Brennkammergehäuses liegen und die Arbeitsflächen direkt verbinden und damit eine Ausrichtung der Brennkammer senkrecht zur Drehachse (7) bewirken und die Befüllung der Brennkammern nur durch eine Öffnung erfolgt und zum Zeitpunkt der maximalen Verdichtung, dem Zündzeitpunkt, die beiden Öffnungen durch die dicht anliegenden Kolbenflächen (22) verschlossen sind und dass
c) eine oder mehrere Brennkammern (5) mit jeweils zwei Absperreinrichtungen (11) und einer Einlass- (8) und Auslassöffung (9), vorzugsweise symmetrisch auf dem Umkreis des Brennkammergehäuses (18) verteilt sein können und dann die Arbeitsvolumina maximal einen Winkelbereich überstreichen dürfen, der kleiner ist als der kleinste Winkelbereich zwischen den Öffnungen der Brennkammern, und wenn mehr als ein Arbeitsvolumen pro Rotationskolben (z.B. bei vier Brennkammern und je zwei Arbeitsvolumina pro Rotationskolben) vorhanden ist, die Maschine völlig symmetrisch aufgebaut werden kann und keine konstruktive Unwucht aufweist und dass
d) die Steigung der Kolbenfläche die Bewegung der Absperreinrichtungen (11) bestimmt, die sich mit phasenweise konstanter Beschleunigung bewegen, wobei der Abstand r der Kolbenfläche (22) von der Drehachse nur eine Funktion des Drehwinkels φ ist und die zweite Ableitung dieser Funktion nach φ konstant sein muss mit den weiteren Randbedingungen dass die Flächen am Anfang und Ende des Übergangsbereiches zylinderförmig sind, weil die Flächen an diesen Stellen parallel zu den Arbeitsflächen (21) ausgerichtet sind, und dass Einlass- (8) und Auslassöffnungen (9) durch die seitlichen Dichtflächen (10) der Rotationskolben im Verlauf der Drehbewegung verschlossen oder freigegeben werden und dass
e) in den Arbeitsflächen (21) des Brennkammergehäuses (18) sich neben jeder Brennkammeröffnung (6) eine vollständig versenkbare Absperreinrichtung (11) befindet, die auf der Seite des Ansaugvolumens in Drehrichtung vor der Einlassöffnung (8) und hinter der Brennkammeröffnung und auf der Seite des Abgasvolumens in Drehrichtung hinter der Auslassöffnung (9) und vor der Brennkammeröffnung positioniert ist.
IN DER BESCHREIBUNG AUFGEFÜHRTE DOKUMENTE
In der Beschreibung aufgeführte Patentdokumente