Rotationsexplosionsmotor

Die Erfindung betrifft einen Rotationsexplosionsmotor gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Ein derartiger Rotationsexplosionsmotor ist aus der DE-OS 2 357 985 bekannt. Hierbei sind zwei diametrale Explosionskammern vorhanden, die sich in radialer Richtung zum Rotor öffnen. Der Rotor ist an seinem gesamten Umfang mit einzel¬ nen Rotorkammern ausgebildet, deren Druckbeaufschlagungswände schräg zur Radialrichtung verlaufen. Ein solcher Motor hat unter anderem den Nachteil, daß radiale Explosionsstöße auftreten, was zu Motorvibrationen und Energieverlusten führt. Ein weiteres Problem besteht in der Abdichtung der Rotorkammern gegenüber dem umgebenden Stator, weil die unmittelbar aneinandergrenzenden Rotorkam¬ mern nur linienförmig abgedichtet sind. Dieses führt zu einer Beeinträchtigung des Wirkungsgrades. Der bekannte Motor muß durch einen üblichen elektrischen Anlas¬ ser gestartet werden.

Motoren ahnlicher Bauart haben Explosionskammern, die in aufwendiger Weise aus- laßseitig ventilgesteuert sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Motor der im Oberbe¬ griff genannten Art so auszubilden, daß er bei großem Wirkungsgrad sehr laufruhig arbeitet und ohne einen üblichen elektrischen Anlasser selbsttätig anläuft.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich ein Rotationsexplosionsmotor der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art erfindungsgemäß durch die im Kenn¬ zeichen dieses Anspruchs aufgeführten Merkmale aus.

Durch die Winkelanordnung eines jeden Kammerauslasses gegenüber der sich vor¬ beibewegenden Druckbeaufschlagungswand und durch deren überwiegende Ra¬ dialausrichtung ergeben sich eine optimale Energieausbeute und ein vibrationsfreier Motorbetrieb. Der druckdichte Paßsitz im Bereich zwischen den unter größerem Abstand benachbarten Rotorkammern begünstigt den Druckaufbau in den Explosi¬ onskammern und den Wirkungsgrad. Mit der vom Ansaugrotor angesaugten Fremd¬ oder Kühlluft ist eine wirksame Motorkühlung erziehlbar. Mit dem Verdichterrotor wird wahrend des Motorbetriebes im Druckspeicher ein Druckluftvorrat aufgebaut, der zu einem selbsttätigen Motorstart benutzt wird. Ein separater elektrischer Anlas¬ ser ist also überflüssig. Beim Motorbetrieb wird der im Druckspeicher aufgebaute Druck auch dazu benutzt, die Explosionskammem mit Druckluft und unter gleichen Druck stehendem Kraftstoff zu versorgen.

Die Ausgestaltungen der Ansprüche 2 und 3 erlauben ein bedarfsgerechtes und schonendes Verbinden des Motors mit einem anzutreibenden Element. Besonders günstige energetische Verhältnisse ermöglicht die Weiterbildung von Anspruch 4.

Mit den Maßnahmen der Ansprüche 5 und 6 läßt sich in sehr einfacher und rationel¬ ler Weise die Zündenergie für die Zündkerzen in den Explosionskammern erzeugen.

Wenn sich gemäß Anspruch 7 während eines gesamten Explosionsstoßes ständig Druckbeaufschlagungswande am Kammerauslaß vorbeibewegen, ist ein großer Wir¬ kungsgrad in Verbindung mit einem ruhigen Motorlauf erzielbar. Dabei hat sich die Ausbildung von Anspruch 8 besonders bewährt.

Eine günstige Bauform ergibt sich durch die Merkmale der Ansprüche 9 bis 13. Die Abgase können in den Abgas-Ablaßkanal strömen. Eine auslaßseitige Drosselung der Rotorkammem verbessert die Energieumsetzung. Die in den Abgas-Ablaßkanal eintauchenden Rotorantriebsschaufeln führen zu einer weiteren Verbesserung des Wirkungsgrades.

Die zeitgerechte Zufuhr von Kraftstoff sowie Luft lassen sich mit den Merkmalen der Ansprüche 14 und 15 in sehr zweckmäßiger Weise durchführen.

Mit den Merkmalen der Ansprüche 16 und 17 können die Vibrationsarmut und die Energieausbeute verbessert werden.

Die Ausgestaltungen der Ansprüche 18 bis 21 ermöglichen eine einfache Steuerung der einzelnen Betriebsabläufe. Der Ventilschieber steuert die entsprechenden Ver¬ bindungen für die Druckluft und für die vom Verdichterrotor verdichtete, dem Druck¬ speicher zugeführte Druckluft. Das Startventil steuert beim selbsttätigen Motorstart den Zufluß von Druckluft auf die Rotorschaufeln des Abgasrotors. Dadurch kann der

Motor in sehr einfacher Weise angeworfen werden.

Ein dreiphasig arbeitender Tankverschluß gemäß den Ansprüchen 22 und 23 sorgt für eine bedarfsgerechte Organisation der Strömungsverbindungen im Druckspei¬ cher. Hierdurch kann der normalerweise mit dem Druckspeicher verbundene Kraft¬ stofftank zum Betanken vorübergehend strömungsmäßig abgetrennt und entlüftet werden.

Besonders große Druckluftvorräte können gemäß Anspruch 24 dadurch gespeichert werden, indem dieses motorintem und motorextern erfolgt.

Bei der alternativen Bauform der Ansprüche 25 und 26 wird das Abgas aus den Rotorkammern über gegenüber den Explosionskammern umfangsmäßig versetzt angeordnete Öffnungen im Stator nach außen abgeführt.

Eine bezüglich einer Montage und Demontage besonders bevorzugte Ausführungs¬ form ergibt sich durch den scheibenförmigen, verspannbaren Aufbau aus Anspruch 27.

Die weitere Ausgestaltung von Anspruch 28 beinhaltet eine bevorzugte Art der Kraftstoffzufuhr über ein Kraftstoffsteuerventil, ferner über eine hiervon versorgte Ringleitung und über einzelne Kraftstoffzuleitungen.

Die Erfindung wird nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispie¬ len näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Einen Rotationsexplosionsmotor nach der vorliegenden Erfindung in ei¬ nem zentralen Längsschnitt,

Fig. 2 den Motor aus Fig. 1 in einem zu dieser Figur versetzten Längsschnitt.

Fig. 3 den Motor aus Fig.1 im Querschnitt längs der Linie III - III aus Fig.1,

Fig. 4 einen alternativen Motor mit sich nur nach außen öffnenden Rotorkam¬ mern und mit äußeren Abgas-Ablaßöffnungen in einem Fig. 3 entspre¬ chendem Querschnitt,

Fig. 5 in zwei Ansichten längs der Linie V-V aus Fig. 1 einen verdrehbaren

Ventilschieber,

Fig. 6 den Bereich eines Ventils in 4 Querschnitten und eine Nockensteuerung für das Ventil,

Fig. 7 einen Querschnitt längs der Linie VII -VII aus Fig.1 zum Darstellen von

Zündmitteln,

Fig. 8 einen Querschnitt längs der Linie Vlll-Vlll aus Fig. 2 zum Darstellen der Kraftstoffzuführung und

Fig. 9 eine Ansicht längs der Linie IX-IX aus Fig. 2 zum Darstellen einer Ventil¬ nockensteuerung.

Gemäß den Figuren 1 und 2 sind mehrere scheibenförmig ausgebildete Motorele¬ mente 81 konzentrisch hintereinander angeordnet und durch periphere Gewindebol¬ zen 90 verspannt. Ein derartiger aus Modulen bestehender Motor kann sehr einfach montiert und demontiert werden, indem die einzelnen Module auf eine zentrale An¬ triebswelle 12 drehfest verkeilt aufgeschoben und longrtudinal verspannt werden. Die Bolzen können jeweils einen Bolzenabsatz haben, der eine getrennte Montage/ De¬ montage der Motorteile an den beiden Seiten des Bolzenabsatzes ermöglicht.

Die Antriebswelle 12 ist über eine Fliehkraftkupplung 29 gemäß Fig. 1 mit einer Ab¬ triebswelle verbunden, die ihrerseits mit einem anzutreibenden Element gekoppelt ist. In nicht dargestellter Weise kann der Fliehkraftkupplung unmittelbar eine ener¬ giespeichernde Drehmasse, wie eine Schwungscheibe, nachgeschaltet sein. Diese kann im Betrieb auch dann das anzutreibende Element vorübergehend antreiben, wenn die Fliehkraftkupplung ausgerastet ist. Vorzugsweise handelt es sich um eine Rasterkupplung, die beim Hochlaufen des Motors weich einrastet, wenn eine be¬ stimmte Drehzahldifferenz überschritten wird, und die weich ausrastet, wenn der Motor ausläuft oder gegenüber der Drehmasse zu langsam wird.

Den Kernpunkt des Motors bildet ein Antriebsrotor 1 mit einem ihm zugeordneten Stator 3. Gemäß den Figuren 3 und 4 sind in dem Stator 3 im vorliegenden Fall vier gleichmäßig verteilte Explosionskammern 5 vorgesehen, deren ventilfreie Kam¬ merauslässe 7 überwiegend tangential zum Rotorumfang verlaufen. In jede Explosi¬ onskammer 5 ragen gemäß Fig. 2 eine Zündkerze 37 und ein Ventil 80 an einer Ventilstange 47 zum Zuführen von Druckluft und unter gleichem Druck stehendem Kraftstoff. Wenn das Kraftstoff-Luft-Gemisch zur Explosion gebracht wird, kann sich der Explosionsdruck über den Kammerauslaß 7 überwiegend tangential nach innen in eine Rotorkammer 10 (Fig. 3) bzw. 75 (Fig. 4) des Antriebsrotors 1 entladen.

Im Umfangsbereich des Antriebsrotors 1 sind im vorliegenden Fall sechs gleichmä¬ ßig verteilte Rotorkammern 10 (Fig. 3) bzw. 75 (Fig. 4) ausgebildet, die jeweils meh¬ rere, etwa radial verlaufende Druckbeaufschlagungswande 9 aufweisen, und zwar gemäß Fig. 3 zwei und gemäß Fig. 4 drei Druckbeaufschlagungswande 9 (bezogen auf die Antriebsdrehrichtung).

Zwischen dem Antriebsrotor 1 und seinem Stator 3 ist ein relativ enger Paßsitz vor¬ gesehen, der ein problemloses, verschleißfreies Drehen des Rotors zuläßt und gleichzeitig eine weitgehende Druckabdichtung zwischen diesen Teilen immer dann sicherstellt, wenn der Kammerauslaß 7 dem Rotorumfang und nicht einer Rotor¬ kammer 10 bzw. 75 gegenüberiiegt. Das Gemisch in den Explosionskammem wird entsprechend synchronisiert immer dann gezündet, wenn sich gerade eine Rotor¬ kammer vorbeizubewegen beginnt. Somit kann der Explosionsdruck von Anfang an etwa rechtwinklig auf die sich nacheinander vorbeibewegenden Druckbeaufschla¬ gungswande 9 einwirken, was zu einem Drehen des Rotors führt.

Die Rotorkammern 10 aus Fig. 3 sind an ihrer radialen Innenseite - vorzugsweise über eine gewisse Drosselung - mit einem zentralen, ringförmigen Abgas- Ablaßkanal 39 verbunden, der gemäß Fig. 1 am Motorausgang nach außen verläuft. Im Gegensatz hierzu sind die Rotorkammern 75 aus Fig. 4 innen geschlossen. Das Abgas wird hier über äußere Abgas-Ablaßöffnungen 79 (sind mit dem Fig. 3 ent¬ sprechenden zentralen Abgas-Ablaßkanal 39 verbunden) im Stator 3 abgeführt, so¬ bald sich die Rotorkammern 75 nach den Explosionsvorgangen an diesen Ablaßöff¬ nungen vorbeibewegen. Nach der Explosion kann das Abgas aus der zugeordneten Rotorkammer 10 bzw. 75 in der oben beschriebenen Weise abströmen.

Dem Antriebsrotor 1 ist ein hiervon mitgedrehter Ansaugrotor 15 mit einem Stator 33 vorgeschaltet. Dieser saugt Fremd- oder Kühlluft an, die ihrerseits zum Kühlen durch den Antriebsrotor 1 sowie über und/oder durch den diesen umgebenden Sta¬ tor 3 mit der oder den Explosionskammem 5 geleitet wird. Im vorliegenden Fall sind der Ansaugrotor 15 und dessen Stator 33 gemäß Fig. 7 mit elektromagnetischen

Zündmitteln 35 ausgebildet, die mit den Zündkerzen 37 verbunden sind. Beim Dre¬ hen des Ansaugrotors 15 werden dadurch synchronisierte Zündimpulse für die Ex¬ plosionsvorgänge in den Explosionskammem 5 erzeugt.

Dem Antriebsrotor 1 ist ein hiervon mitgedrehter Verdichterrotor 17, 43 mit einem Stator 45 nachgeschaltet. Der Rotor verdichtet die ihm beim Motorbetrieb vom An¬ saugrotor 15 über den Antriebsrotor 1 sowie dessen Stator 3 zugeleiteten Fremd¬ oder Kühlluft. Die an der Druckseite 63 des Verdichterrotors 17, 43 anstehende Druckluft gelangt beim Motorbetrieb zumindest teilweise über einen mehr oder weni¬ ger weit geöffneten Ventilschieber 59 und über diesem nachgeschaltete Rück¬ schlagventile 19 zu einem Druckspeicher 21. Wenn der Ventilschieber 59 im Teil¬ lastbetrieb nicht ganz geöffnet ist, gelangt ein Teil der Druckluft von der Druckseite 63 über den Ventilschieber 59 zu sich nach außen öffnenden, in den Abgas- Ablaßkanal 39 mündenden Abflußkanalen 61. Bei geschlossenem Ventilschieber 59 ist die Druckseite 63 nur mit den Abflußkanälen 61 verbunden.

Zu dem Druckspeicher 21 gehören ein externer Kraftstofftank 23 und ein hiermit normalerweise strömungsmäßig verbundener Druckluftraum, der im vorliegenden Fall aus einer externen Druckluftkammer 67 und einer hiermit verbundenen, motorin¬ ternen Druckluftkammer 68 besteht. Somit kann beim Motorbetrieb in dem Druck¬ speicher 21 ein für den Motorbetrieb und das Anlaufen des Motors erforderlicher größerer Druckluftvorrat aufgebaut und gespeichert werden.

Beim Motorbetrieb gelangt die Druckluft aus der Druckluftkammer 68 über den mehr oder weniger weit geöffneten Ventilschieber 59 zu einer Gemischbildungsvorkam-

mer 25, die aus den Fig. 2 und 6 ersichtlich ist. Sobald das zu der Explosionskam¬ mer 5 führende Ventil 80 gemäß Fig. 6 durch einen Ventilsteuernocken 51 an der Ventilstange 47 aus einer Schließposition 84 (Ventiltakt 3) in eine erste kleinere Öff¬ nungsposition 82 (Ventiltakt 1) gelangt, strömt zunächst nur Druckluft in die Explo¬ sionskammer 5 ein. Beim weiteren Öffnen des Ventils bis zu einer zweiten Öff¬ nungsposition 83 (Ventiltakt 2) gelangt schließlich der unter gleichem Überdruck stehende Kraftstoff (aus dem Kraftstofftank 23 über eine Ringleitung 56 und über Kraftstoffzuleitungen 58) über ein sich dann öffnendes, an der Ventilstange 47 aus¬ gebildetes oder hiermit verbundenes Zusatz- bzw. Stößelventil 48 (und über das vorerwähnte Ventil 80) ebenfalls in die Explosionskammer 5. Danach wird das Ventil 80 wieder in die Schließpostion 84 (Veπtiltakt 3) bewegt, und das Gemisch wird ge¬ zündet. Die beschriebene Ventiltakt-Folge wiederholt sich entsprechend.

Der Ventilsteuernocken 51 greift gemäß den Figuren 6 und 9 in eine entsprechend geformte Kurven- oder Nockenbahn 49 ein, die im vorliegenden Fall am Verdichter¬ rotor 17, 43 ausgebildet ist und sich mit diesem mitdreht. Dadurch kann der Steuer¬ nocken 51 (während der Ventiltakte 1 , 2, 3) über die Ventilstange 47 die beschrie¬ bene synchronisierte Zufuhr von Druckluft und unter Druck stehendem Kraftstoff steuern.

Dem Verdichterrotor 17, 43 ist schließlich noch ein ebenfalls über die Antriebswelle 12 mitgedrehter Abgasrotor 27 nachgeschaltet. Beim Motorstart wird in dem Druck¬ speicher 21 gespeicherte Druckluft über ein zeitweilig geöffnetes Startventil 65 auf die Rotorschaufeln des Abgasrotors 27 geleitet, um den Motor allein durch diese Druckluft in Drehung zu versetzen. Für den Motorstart wird auch der Ventilschieber

59 geöffnet, so daß die Explosionskammem 5 ventilgesteuert mit dem zu zünden¬ den Gemisch gefüllt werden können und nach erfolgtem Motorstart vom Verdichter¬ rotor 17, 43 verdichtete Druckluft über die Rückschlagventile 19 zum Druckspeicher 21 gelangen kann, damit dieser für den Betrieb und für einen späteren Motorstart ständig aufgeladen bleibt.

Zur besseren Energieausbeute tauchen in den Abgas-Ablaßkanal 39 einige Rotor¬ schaufeln 41 ein, die zu den vier Rotoren 1 , 15, 17, 27 gehören.

Gemäß Figur 5 ist der Ventilschieber 59 zwischen einer vollständigen Schließpositi¬ on a und einer vollständigen Öffnungsposition b verdrehbar. In der Schließposition (Fig. 5 linkes Bild, linker Bildabschnitt) sind die äußeren Druckluftverbindungen 60 (radial äußere Öffnungen am Ventilschieber 59) vom Druckspeicher 21 zur Ge¬ mischbildungsvorkammer 25 unterbrochen. Auch die Strömungsverbindungen zwi¬ schen der Druckseite 63 des Verdichterrotors 17, 43 und den Rückschlagventilen 19 sind unterbrochen. Jedoch ist die Druckseite 63 über den Ventilschieber 59 mit dem Abflußkanal 61 verbunden. In der Öffnungsposition (Fig. 5 linkes Bild, rechter Bild¬ abschnitt, und Fig. 5 rechtes Bild) sind die äußeren Druckluftverbindungen 60 vom Druckspeicher 21 zur Gemischbildungsvorkammer 25 geöffnet. Auch die Strö¬ mungsverbindungen zwischen der Druckseite 63 des Verdichterrotors 17, 43 und den Rückschlagventilen 19 sind geöffnet. Jedoch ist die Druckseite 63 über den Ventilschieber 59 von dem Abflußkanal 61 abgetrennt. In den zwischen den Extrem¬ positionen befindlichen Zwischenstellungen des Ventilschiebers 59 können die ge¬ nannten Strömungsverbindungen zwischen vollständig offen und geschlossen vari¬ iert werden, wobei die Verbindung zum Abflußkanal 61 gegensinnig zu den anderen

Verbindungen verstellt wird. Mit dem Ventilschieber 59 laßt sich somit in Verbindung mit einem Kraftstoffsteuerventil 55 die Motorleistung bzw. -drehzahl einstellen. Wäh¬ rend eines jeden Motorbetriebes ist der Druckspeicher 21 für einen neuen Motorstart wieder aufgeladen.

Das erwähnte Kraftstoffsteuerventil 55 befindet sich gemäß Fig. 1 in der Strömungs¬ verbindung zwischen dem Kraftstofftank 23 und der Ringleitung 56. Es kann zum Abstellen des Motors geschlossen und für den Motorbetrieb zur Kraftstoffversorgung der Ringleitung 56 mehr oder weniger weit geöffnet werden. Die Funktion des Kraft¬ stoffsteuerventils 55 kann manuell steuerbar und/oder mit derjenigen des Ventil¬ schiebers 59 durch bekannte Verknüpfungsmittel gekoppelt sein. Die Ringleitung 56 ist über je eine Kraftstoffzuleitung 58, in der sich ein nicht dargestelltes Kraftstoff- Rückschlagventil befindet, mit dem das entsprechende Zusatz- bzw. Stößelventil 48 umgebenden Bereich verbunden. Bei geöffnetem Kraftstoffsteuerventil 55 steht der Kraftstoff in der Ringleitung 56 unter Druck, so daß die erwähnten Kraftstoff- Rückschlagventile in den Kraftstoffzuleitungen 58 druckgesteuert geöffnet sind und Kraftstoff nachströmen kann. Wenn dagegen das Kraftstoffsteuerventil 55 geschlos¬ sen ist, fällt der Druck in der Ringleitung 56 ab, so daß die Kraftstoff- Rückschlagventile schließen und kein weiterer Kraftstoff aus der Ringleitung austre¬ ten kann. Zum Abstellen des Motors werden somit das Kraftstoffsteuerventil 55 und der Ventilschieber 59 für die Druckluft geschlossen. Obwohl die Ventile 80 und 48 beim Auslaufen des Motors bis zum Motorstillstand weiterhin nockengesteuert arbei¬ ten, kann aus den genannten Gründen aber kein Gemisch mehr gebildet werden.

Das Startventil 65 wird nur für den Motorstart, bei dem auch der Ventilschieber 59

geöffnet ist, vorübergehend geöffnet, damit die Druckluft den Motor anwerfen kann. Nach dem Motorstart wird das Startventil 65 manuell oder selbsttätig geschlossen.

Der einen Teil des Druckspeichers 21 bildende Kraftstofftank 23 ist mit einem be¬ sonderen, nicht dargestellten Tankverschluß versehen, der dafür sorgt, daß der Kraftstofftank zum Betanken strömungsmäßig vorübergehend von dem Druck¬ luftspeicher abgetrennt und entlüftet wird. Zu diesem Zweck hat ein Tankverschlu߬ deckel vier Drehstellungen. In der ersten Drehstellung (Normal- oder Betriebsstel¬ lung) ist der Kraftstofftank 23 mit dem Druckspeicher 21 verbunden, und eine Tan¬ kentlüftung ist geschlossen. In der zweiten Drehstellung (erste Betätigungsphase) ist die Verbindung mit dem Druckspeicher 21 durch ein Ventil unterbrochen, und die Tankentlüftung ist immer noch geschlossen. In der dritten Drehstellung (zweite Be¬ tätigungsphase) ist die Tankentlüftung (Ventil) geöffnet, so daß im Kraftstofftank 23 ein Druckausgleich mit dem Umgebungsdruck stattfinden kann. In der vierten Drehstellung (dritte Betätigungsphase), die mit Rücksicht auf den erforderlichen Druckausgleich nur verzögert erzielbar ist, kann der Tankverschlußdeckel abge¬ nommen werden. Nach dem Betanken werden die Drehstellungen des Tankver¬ schlußdeckels umgekehrt durchlaufen, bis wieder die Normal- oder Betriebsstellung erreicht ist. Die Einzelteile des Tankverschlusses können alle in einem entsprechend ausgebildeten kompakten Tankverschlußdeckel integriert sein.