AT510167B1 - Verfahren zum steuern des betriebs einer rotationskolbenmaschine - Google Patents

Description

österreichisches Patentamt AT510 167B1 2012-02-15

Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern des Betriebs einer Rotationskolbenmaschine, eine Rotationskolbenmaschine sowie ein Stromerzeugungsaggregat mit einer solchen Rotationskolbenmaschine, jeweils insbesondere für ein Kraftfahrzeug.

[0002] Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezug auf einen Kreiskolbenmotor beschrieben, bei dem ein im Wesentlichen dreieckförmiger Rotationskolben auf einer im Motorgehäuse angeordneten Exzenterwelle umläuft. Die Erfindung ist aber auch bei einem Kreiskolbenmotor mit zwei, vier oder mehr Kolbenecken anwendbar und kann generell auch bei Rotationskolbenmaschinen, die einen im Motorgehäuse zentrisch umlaufenden Rotationskolben aufweisen, verwendet werden. Ferner kann die Erfindung auch bei Rotationskolbenmaschinen mit zwei, drei oder mehr nebeneinander angeordneten Rotationskolben eingesetzt werden.

[0003] Die vorliegende Erfindung ist vorzugsweise in Kraftfahrzeugen einsetzbar. Die vorliegende Erfindung ist in besonders vorteilhafter weise in Zusammenhang mit einem Stromerzeugungsaggregat einsetzbar, welches insbesondere für den Einsatz als so genannter Range-Extender bei elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen geeignet ist.

[0004] Bei Kraftfahrzeugen mit Elektroantrieb und Range-Extender wird die Brennkraftmaschine des Range-Extenders in der Regel während der Fahrt ohne unmittelbare Einwirkung des Fahrers, insbesondere in Abhängigkeit vom Ladezustand der Batterie des Elektroantriebs, gestartet und abgestellt. Im Gegensatz zum Beispiel zu Kraftfahrzeugen ausschließlich mit Brennkraftmaschine wird die Brennkraftmaschine des Range-Extenders in solchen Kraftfahrzeugen nur zeitweise betrieben und hat in der Regel längere Stillstandzeiten. Es hat sich herausgestellt, dass bei herkömmlichen Rotationskolbenmaschinen die Möglichkeit besteht, dass während des Betriebs der Rotationskolbenmaschine erforderliche Schmierstoffe zumindest teilweise in der Rotationskolbenmaschine verbleiben und bei längeren Stillstandzeiten aus dem vorgesehenen Schmierstoffraum austreten. Dabei lässt es sich bei herkömmlichen Rotationskolbenmaschinen in der Regel nicht vermeiden, dass im Rotationskolben verbleibende Schmierstoffe bei längeren Stillstandzeiten der Rotationskolbenmaschine trotz entsprechender Dichtmittel in die Arbeitskammern der Rotationskolbenmaschine sickern. Bei einem Starten der Rotationskolbenmaschine können dann diese Schmierstoffe in den Arbeitskammern verbrennen, was zu erhöhten Abgasemissionen führen kann.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Betrieb einer Rotationskolbenmaschine sowie eine verbesserte Rotationskolbenmaschine zu schaffen, welche die oben genannten Nachteile herkömmlicher Rotationskolbenmaschinen vermeiden bzw. zumindest vermindern.

[0006] Das wird erfindungsgemäß durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht. Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0007] Die Rotationskolbenmaschine weist einen eine Zentralbohrung aufweisenden Rotationskolben auf, wobei Bauteile des Rotationskolbens ein Volumen begrenzen, welches sich im Betrieb der Rotationskolbenmaschine wenigstens teilweise mit einer Flüssigkeit füllt. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern des Betriebs einer solchen Rotationskolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskolben nach einem Abstellen der Rotationskolbenmaschine in einer Enddrehstellung angehalten wird, in welcher eine maximale Füllhöhe des Volumens einen vorbestimmten Wert unterschreitet.

[0008] Bei dem Verfahren zum Steuern des Betriebs einer Rotationskolbenmaschine gemäß der Erfindung wird der Rotationskolben nach einem Abstellen der Rotationskolbenmaschine in einer definierten Enddrehstellung angehalten. Diese Enddrehstellung ist dabei so gewählt, dass eine maximale Füllhöhe des Volumens, welches sich im Betrieb der Rotationskolbenmaschine wenigstens teilweise mit einer Flüssigkeit füllt, einen vorbestimmten Wert unterschreitet. Dies hat zur Folge, dass die nach dem Abstellen der Rotationskolbenmaschine in dem Volumen verbleibende Flüssigkeitsmenge im Vergleich zu herkömmlichen Systemen reduziert wird, 1/13 österreichisches Patentamt AT510 167B1 2012-02-15 insbesondere möglichst gering gehalten wird. Als Ergebnis kann auch die in der anschließenden Stillstandzeit der Rotationskolbenmaschine aus dem Volumen austretende Flüssigkeitsmenge reduziert werden.

[0009] Somit können auf einfache Weise Flüssigkeitsverluste reduziert und damit der Flüssigkeitsbedarf der Rotationskolbenmaschine insgesamt verringert werden, sodass auch die Betriebskosten der Rotationskolbenmaschine verringert werden können.

[0010] In vorteilhafter Weise kann zum Beispiel eine in der Stillstandzeit der Rotationskolbenmaschine aus dem Volumen in die Arbeitskammern der Rotationskolbenmaschine austretende Schmierstoffmenge reduziert werden. Die beim Starten der Rotationskolbenmaschine durch ein Verbrennen der in die Arbeitskammern ausgetretenen Schmierstoffe entstehenden Abgasemissionen können so effektiv und auf einfache Weise reduziert werden.

[0011] Der Begriff „Flüssigkeit" umfasst in diesem Zusammenhang alle Flüssigkeiten, die als Betriebsmittel einer Rotationskolbenmaschine geeignet sind. Hierzu zählen insbesondere Schmierstoffe und Kühlmittel. Als Schmierstoffe werden vorzugsweise Schmieröle eingesetzt. Hierzu zählen insbesondere mineralische, synthetische und biogene Schmieröle sowie Gemische und Mischungen daraus.

[0012] Das von „Bauteilen des Rotationskolbens begrenzte Volumen" soll im Rahmen dieser Erfindung allgemein ein Volumen bezeichnen, das innerhalb der Rotationskolbenmaschine gebildet und zumindest teilweise durch Bauteile des Rotationskolbens begrenzt und zur Aufnahme einer Flüssigkeit geeignet ist. Unter dem Begriff „Volumen" sind vorzugsweise Volumina zu verstehen, welche eine oder mehrere Lagerstellen des Rotationskolbens beinhalten oder mit solchen in Fluidverbindung stehen.

[0013] Die „maximale Füllhöhe" des Volumens bezeichnet den höchsten Pegel, den die Flüssigkeit in dem Volumen einnehmen kann. Dieser Pegel wird insbesondere bestimmt durch Ablauf- und Zulauföffnungen der Flüssigkeit in das bzw. aus dem Volumen des Rotationskolbens.

[0014] Der Begriff „Enddrehstellung" bezeichnet eine Drehstellung des Rotationskolbens innerhalb des Motorgehäuses, die er nach dem Abstellen der Rotationskolbenmaschine am Ende des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens einnimmt, vorzugsweise für die anschließende Stillstandzeit einnimmt.

[0015] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Rotationskolben nach dem Abstellen der Rotationskolbenmaschine im Wesentlichen in einer vorbestimmten Enddrehstellung angehalten, in welcher die maximale Füllhöhe des Volumens im Wesentlichen minimal ist. Mit dem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren wird grundsätzlich eine Enddrehstellung des Rotationskolbens bewirkt, in welcher die maximale Füllhöhe des Volumens einen vorbestimmten Wert unterschreitet und damit die nach dem Abstellen der Rotationskolbenmaschine in dem Volumen verbleibende Flüssigkeitsmenge gegenüber herkömmlichen Systemen reduziert werden kann. Es existieren in der Regel mehrere verschiedene Enddrehstellung oder ein Enddrehstellungsbereich des Rotationskolbens, welche diese Bedingung erfüllen. Nach dieser Weiterbildung der Erfindung wird vorzugsweise eine solche Enddrehstellung für den Rotationskolben gewählt, mit welcher die in dem Volumen verbleibende Flüssigkeitsmenge weiter reduziert werden kann.

[0016] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in der Zentralbohrung des Rotationskolbens eine Exzenterwelle angeordnet, um welche der Rotationskolben umläuft. Mit anderen Worten handelt es sch bei der Rotationskolbenmaschine um einen Kreiskolbenmotor. In diesem Fall wird der Rotationskolben nach dem Abstellen der Rotationskolbenmaschine vorzugsweise in einer Enddrehstellung angehalten, in welcher der Rotationskolben mindestens eine vorbestimmte Höhenlage relativ zur Exzenterwelle einnimmt. Besonders bevorzugt kann eine solche Enddrehstellung für den Rotationskolben gewählt werden, in welcher er eine höchste Lage relativ zur Exzenterwelle einnimmt. Die Höhenlage relativ zur Exzenterwelle kann beispielsweise in Bezug zur Drehachse der Exzenterwelle bestimmt werden. 2/13 österreichisches Patentamt AT510 167B1 2012-02-15 [0017] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Rotationskolben nach dem Abstellen der Rotationskolbenmaschine auf die Enddrehstellung gebremst, d.h. auf eine Enddrehstellung in einem vorbestimmten Bereich oder genau auf eine vorbestimmte Enddrehstellung.

[0018] In einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, welche alternativ oder zusätzlich zur vorgenannten Ausgestaltung umgesetzt werden kann, wird eine Drehzahl des Rotationskolbens nach dem Abstellen der Rotationskolbenmaschine nach einem vorgegebenen Drehzahlverlauf verringert.

[0019] In einer noch weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, welche alternativ oder zusätzlich zu den beiden vorgenannten Ausgestaltungen umgesetzt werden kann, wird zunächst eine Drehstellung des Rotationskolbens nach dem Anhalten des Rotationskolbens erfasst und wird dann der Rotationskolben in Abhängigkeit von der erfassten Drehstellung in die Enddrehstellung gedreht.

[0020] In einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Exzenterwelle nach dem Abstellen der Rotationskolbenmaschine eine vorbestimmte Anzahl Umdrehungen gedreht. Durch diese Umdrehung(en) der Exzenterwelle wird zumindest ein Teil der nach dem Abstellen der Rotationskolbenmaschine in dem Volumen verbleibenden Flüssigkeit von der rotierenden Exzenterwelle mitgerissen und so aus dem Volumen ausgetragen. Die „Anzahl Umdrehungen" umfasst eine oder mehrere ganze Umdrehungen, anteilige Umdrehungen und Kombinationen aus ganzen und anteiligen Umdrehungen. Die Drehung der Exzenterwelle kann sowohl kontinuierlich als auch intermittierend durchgeführt werden.

[0021] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der Rotationskolben und/oder die Exzenterwelle (direkt oder mittelbar) mit einem elektromechanischen Energiewandler gekoppelt. Bei dieser Konstruktion kann der elektromechanische Energiewandler dazu genutzt werden, nach dem Abstellen der Rotationskolbenmaschine den Rotationskolben bzw. die Exzenterwelle zu drehen. Bei dem elektromechanischen Energiewandler handelt es sich zum Beispiel um einen Generator, der im Betrieb der Rotationskolbenmaschine die mechanische Energie der Exzenterwelle in elektrische Energie umwandelt, um diese dann zum Beispiel in einer elektrochemischen Energiespeichervorrichtung (Batterie, Akkumulator, etc.) zu speichern. Dieser Generator kann dann auch als Motor funktionieren, um aus der Energiespeichervorrichtung abgezogene elektrische Energie in eine Rotationsenergie für die Exzenterwelle umzuwandeln.

[0022] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Volumen des Rotationskolbens mit einem Flüssigkeitskreislauf verbunden. In diesem Fall wird eine Fluidpumpe des Flüssigkeitskreislaufes beim Abstellen der Rotationskolbenmaschine ebenfalls abgestellt. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass nach dem Abstellen der Rotationskolbenmaschine weiter Flüssigkeit in das Volumen des Rotationskolbens gepumpt wird.

[0023] In einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird nach dem Abstellen der Rotationskolbenmaschine, vorzugsweise nach dem Anhalten des Rotationskolbens, die Flüssigkeit in dem Volumen zumindest teilweise durch eine Fluidöffnung abgelassen. Zusätzlich zur Minimierung bzw. Reduzierung der maximalen Füllhöhe des Volumens kann so auf einfache Weise die nach dem Abstellen der Rotationskolbenmaschine in dem Volumen verbleibende Flüssigkeitsmenge weiter reduziert werden. Die Flüssigkeit wird beispielsweise in einen Flüssigkeitssammelraum des Flüssigkeitskreislaufes abgelassen.

[0024] Es wird darauf hingewiesen, dass für diesen Aspekt des Ablassens der Flüssigkeit aus dem Volumen nach dem Abstellen der Rotationskolbenmaschine auch separat Schutz beansprucht wird, insbesondere auch unabhängig von der Enddrehstellung des Rotationskolbens nach dem Abstellen der Rotationskolbenmaschine.

[0025] Rotationskolbenmaschine gemäß der Erfindung weist einen Rotationskolben mit einer Zentralbohrung auf, wobei Bauteile des Rotationskolbens ein Volumen begrenzen, welches mit einem Flüssigkeitskreislauf verbunden ist, und ist durch eine Steuereinrichtung gekennzeichnet, die derart ausgebildet ist, dass sie den Rotationskolben nach einem Abstellen der Rotationskol- 3/13 österreichisches Patentamt AT510167B1 2012-02-15 benmaschine in einer Enddrehstellung anhält, in welcher eine maximale Füllhöhe des Volumens einen vorbestimmten Wert unterschreitet.

[0026] Die oben in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gemachten Ausführungen zu den Merkmalen, Vorteilen und Begriffsdefinition gelten für die erfindungsgemäße Rotationskolbenmaschine in entsprechender Weise.

[0027] Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise zum Ausführen des oben beschriebenen Verfahrens zum Steuern des Betriebs einer Rotationskolbenmaschine ausgebildet.

[0028] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Messvorrichtung zum Erfassen einer Drehstellung des Rotationskolbens vorgesehen. Bei dieser Messvorrichtung handelt es sich zum Beispiel um einen Sensor oder einen Drehgeber. Die Messvorrichtung kann die Drehstellung des Rotationskolbens direkt oder mittelbar (z.B. anhand der Drehstellung der Exzenterwelle oder anhand der Historie der Ansteuerung der Rotationskolbenmaschine) erfassen.

[0029] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ferner zwischen dem Volumen und einer Umgebung des Rotationskolbens wenigstens ein Dichtmittel vorgesehen. Dieses Dichtmittel ist vorzugsweise in axialer Richtung der Anordnung zwischen dem Rotationskolben und einer Wandung des Motorgehäuses vorgesehen.

[0030] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ferner wenigstens eine Fluidöffnung vorgesehen, welche einerseits mit dem Volumen in Fluidverbindung steht und andererseits mit einem Flüssigkeitssammelraum des Flüssigkeitskreislaufes verbindbar ist. Durch diese wenigstens eine Fluidöffnung kann nach dem Anhalten des Rotationskolbens die Flüssigkeit in dem Volumen zumindest teilweise abgelassen werden. Zusätzlich zur Minimierung bzw. Reduzierung der maximalen Füllhöhe des Volumens kann so auf einfache Weise die nach dem Abstellen der Rotationskolbenmaschine in dem Volumen verbleibende Flüssigkeitsmenge weiter reduziert werden. Durch die Aufnahme der abgelassenen Flüssigkeit in einem Flüssigkeitssammelraum des Flüssigkeitskreislaufes kann die Flüssigkeit weiter verwendet werden, sodass der Flüssigkeitsbedarf für den Betrieb der Rotationskolbenmaschine gering gehalten werden kann.

[0031] Bei dieser Ausgestaltung ist vorzugsweise der wenigstens einen Fluidöffnung ferner eine Ventilvorrichtung zugeordnet. Mit Hilfe einer solchen Ventilvorrichtung kann die Fluidöffnung im Normalbetrieb der Rotationskolbenmaschine geschlossen gehalten werden und nur bei Bedarf zum Ablassen der Flüssigkeit nach dem Abstellen der Rotationskolbenmaschine geöffnet werden. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Flüssigkeit, wie insbesondere ein Schmierstoff, während des Normalbetriebs der Rotationskolbenmaschine in dem Volumen bleibt.

[0032] Weiter ist bei dieser Ausgestaltung vorzugsweise wenigstens eine Fluidöffnung in einer solchen Höhenlage angeordnet, dass sie in einer Drehstellung des Rotationskolbens, in welcher die maximale Füllhöhe des Volumens minimal ist, mit dem Volumen in Fluidverbindung steht. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass durch die Fluidöffnung nach dem Abstellen der Rotationskolbenmaschine in jedem Fall, d.h. bei jeder Drehstellung des Rotationskolbens, Flüssigkeit aus dem Volumen abgelassen werden kann.

[0033] Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Aspekt der Fluidöffnung zum Ablassen der Flüssigkeit aus dem Volumen nach dem Abstellen der Rotationskolbenmaschine auch separat unter Schutz gestellt wird, insbesondere auch unabhängig von der Eignung der Steuereinrichtung, die Enddrehstellung des Rotationskolbens nach dem Abstellen der Rotationskolbenmaschine zu steuern.

[0034] In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in der Zentralbohrung des Rotationskolbens eine Exzenterwelle angeordnet, um welche der Rotationskolben umläuft. Mit anderen Worten ist die Rotationskolbenmaschine als ein Kreiskolbenmotor konzipiert.

[0035] Bei dieser Ausgestaltung ist vorzugsweise die Exzenterwelle mit einem elektromechani- 4/13 österreichisches Patentamt AT510167B1 2012-02-15 sehen Energiewandler gekoppelt, wobei dieser elektromechanische Energiewandler zum Drehen der Exzenterwelle ansteuerbar ist. Bei dieser Konstruktion kann der elektromechanische Energiewandler dazu genutzt werden, nach dem Abstellen der Rotationskolbenmaschine die Exzenterwelle zu drehen. Bei dem elektromechanischen Energiewandler handelt es sich zum Beispiel um einen Generator, der im Betrieb der Rotationskolbenmaschine die mechanische Energie der Exzenterwelle in elektrische Energie umwandelt, um diese dann zum Beispiel in einer elektrochemischen Energiespeichervorrichtung (Batterie, Akkumulator, etc.) zu speichern. Dieser Generator kann dann auch als Motor funktionieren, um aus der Energiespeichervorrichtung abgezogene elektrische Energie in eine Rotationsenergie für die Exzenterwelle umzuwandeln.

[0036] Die vorliegende Erfindung ist in besonders vorteilhafter Weise in einem Stromerzeugungsaggregat, insbesondere für ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug, einsetzbar, in welchem Fall die Exzenterwelle der Rotationskolbenmaschine mit einem elektromechanischen Energiewandler gekoppelt ist.

[0037] Obige sowie weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Darin zeigen: [0038] Fig. 1 eine vereinfachte Querschnittsansicht einer Rotationskolbenmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, in einer Schnittebene durch den Rotationskolben; [0039] Fig. 2A eine Längsschnittansicht der Rotationskolbenmaschine von Figur 1, mit dem

Rotationskolben in einer ersten Drehstellung; [0040] Fig. 2B eine Längsschnittansicht der Rotationskolbenmaschine von Figur 1, mit dem

Rotationskolben in einer zweiten Drehstellung; [0041] Fig. 3A eine schematische Querschnittansicht der Rotationskolbenmaschine von Figur 1, mit dem Rotationskolben in der ersten Drehstellung von Figur 2A; [0042] Fig. 3B eine schematische Querschnittansicht der Rotationskolbenmaschine von Figur 1, mit dem Rotationskolben in der zweiten Drehstellung von Figur 2B; [0043] Fig. 4 eine schematische, ausschnittweise Längsschnittansicht einer Rotationskol benmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und [0044] Fig. 5 eine schematische Querschnittansicht der Rotationskolbenmaschine von Figur 4.

[0045] Bezug nehmend auf Fig. 1 bis 3 wird nun ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Wie bereits eingangs erwähnt, wird die Erfindung dabei am Beispiel eines Kreiskolbenmotors mit einem im Wesentlichen dreieckförmigen Rotationskolben beschrieben.

[0046] In einem Gehäuse 10 der Rotationskolbenmaschine ist ein Rotationskolben 12 mit einer Zentralbohrung 16 aufgenommen. Zwischen der Innenwandung des Gehäuses 10, das eine Epitrochoidenform aufweist, und dem Umfang des dreieckförmigen Rotationskolbens 12 sind drei Arbeitskammern 14 gebildet. In diesen drei Arbeitskammern 14 laufen in bekannterWeise die vier Arbeitstakte des Kreiskolbenmotors ab, um den Rotationskolben 12 zu drehen.

[0047] Wie in Fig. 1 dargestellt, ist die Zentralbohrung 16 des Rotationskolbens 12 mit einer Innenverzahnung 18 ausgebildet. Diese Innenverzahnung 18 des Rotationskolbens 12 steht mit einem Zahnrad 20 in Eingriff, das drehfest am Gehäuse 10 angebracht ist. Durch diese beiden Verzahnungen 18, 20 wird die Bewegung des Rotationskolbens 12 im Gehäuse 10 gesteuert.

[0048] In dem Gehäuse 10 ist ferner eine Exzenterwelle 22 angeordnet, die koaxial zum festen Zahnrad 20 positioniert ist. Der Rotationskolben 12 läuft auf dieser Exzenterwelle 22 in dem Motorgehäuse 10 um, wobei der Rotationskolben 12 auf dem Exzenterabschnitt 24 der Exzenterwelle 22 sitzt. 5/13 österreichisches Patentamt AT510167B1 2012-02-15 [0049] Diese Exzenterwelle 22 ist mit einem elektromechanischen Energiewandler (nicht dargestellt) gekoppelt, um ein Stromerzeugungsaggregat zu bilden. Bei dem elektromechanischen Energiewandler handelt es sich zum Beispiel um einen Generator, der im Betrieb der Rotationskolbenmaschine die mechanische Rotationsenergie der Exzenterwelle 22 in elektrische Energie umwandelt, um diese dann zum Beispiel in einer elektrochemischen Energiespeichervorrichtung (nicht dargestellt), wie beispielsweise eine Batterie, einen Akkumulator oder dergleichen zu speichern.

[0050] Mit der in der Energiespeichervorrichtung gespeicherten Energie kann dann zum Beispiel ein Elektromotor betrieben werden, der zumindest ein Rad eines Kraftfahrzeuges antreibt. Das Stromerzeugungsaggregat mit dem Kreiskolbenmotor und dem Generator dient in diesem Fall als so genannter Range-Extender, der die Batterie des elektrischen betriebenen Kraftfahrzeugs bei Bedarf wieder auflädt und so die Reichweite des Kraftfahrzeugs vergrößert.

[0051] In Fig. 1 sind ferner in den drei Ecken des Rotationskolbens 12 Dichtungen 26 vorgesehen, um die drei Arbeitskammern 14 gegeneinander abzudichten.

[0052] Wie in Fig. 2A und 2B dargestellt, sind zur Begrenzung der Arbeitskammern 14 der Rotationskolbenmaschine in der axialen Richtung zwei Seitenwände bzw. Seitenscheiben 28, 30 vorgesehen.

[0053] Ebenfalls in Fig. 2A und 2B veranschaulicht ist ein Dichtmittel 32 zwischen der Zentralbohrung 16 des Rotationskolbens 12 und den Arbeitskammern 14. Dieses Dichtmittel 32 wird auch als Kratzring bezeichnet und ist an den Seitenscheiben 28, 30 und/oder dem Rotationskolben 12 angebracht.

[0054] Fig. 2A und 3A zeigen den Kreiskolbenmotor in einem ersten Betriebszustand, in dem der Rotationskolben 12 eine niedrigste Lage einnimmt. Fig. 2B und 3B zeigen den Kreiskolbenmotor in einem zweiten Betriebszustand, in dem der Rotationskolben 12 eine höchste Lage einnimmt.

[0055] Wie in Fig. 2 und 3 angedeutet, ist in der Zentralbohrung 16 des Rotationskolbens 12 ein Volumen 34 gebildet, das mit einem Ölkreislauf in Verbindung steht und während des Betriebs des Kreiskolbenmotors mittels einer Ölpumpe mit Schmieröl versorgt wird. Dieses Schmieröl dient der Schmierung der Lagerstellen des Rotationskolbens 12 auf der Exzenterwelle 22.

[0056] Das Volumen 34 zum Aufnehmen des Schmieröls wird im Wesentlichen durch den Rotationskolben 12 selbst und den Kratzring 32 begrenzt. Im Normalbetrieb der Rotationskolbenmaschine wird das Schmieröl durch dieses Volumen gepumpt und tritt zum Beispiel an einer Durchtrittsöffnung 40 in den Seitenscheiben 28, 30, durch welche die Exzenterwelle 22 geführt ist, hindurch. Diese Durchtrittsöffnungen 40 bestimmen somit die maximale Füllhöhe 36 des Schmieröls in dem Volumen 34 des Rotationskolbens 12.

[0057] In dem Betriebszustand von Fig. 2A und 3A, in dem sich der Rotationskolben 12 an einer niedrigsten Drehstellung im Gehäuse 10 befindet, ist die oben beschriebene maximale Füllhöhe 36 des Volumens 34 maximal. In dem zweiten Betriebszustand von Fig. 2B und 3B, in dem sich der Rotationskolben 12 an einer höchsten Drehstellung im Gehäuse 10 befindet, ist die oben beschriebene maximale Füllhöhe 36 des Volumens 34 dagegen minimal.

[0058] Da insbesondere bei längeren Stillstandzeiten nach dem Abstellen des Kreiskolbenmotors die Gefahr besteht, dass trotz der Dichtmittel 32 etwas Schmieröl aus dem Volumen 34 in die Arbeitskammern 14 sickert und dort beim Wieder-Starten des Kreiskolbenmotors verbrennt, ist eine spezielle Steuereinrichtung zum Steuern des Betriebs dieses Kreiskolbenmotors vorgesehen. Diese Steuereinrichtung steuert den Kreiskolbenmotor so, dass der Rotationskolben 12 nach dem Abstellen des Kreiskolbenmotors (und auch dem Abstellen der Ölpumpe des Schmierölkreislaufes) möglichst die in Fig. 2B und 3B dargestellte Drehstellung oder zumindest eine dieser Drehstellung angenäherte Drehstellung einnimmt.

[0059] Um dies zu erreichen, sind verschiedene Steuerungsmöglichkeit zu nennen, die alternativ oder Kombination verwendet werden können: 6/13 österreichisches Patentamt AT510 167B1 2012-02-15 [0060] - Bremsen des Rotationskolbens 12 nach dem Abstellen der Rotationskolbenmaschine auf die gewünschte Enddrehstellung bzw. auf den gewünschten Enddrehstellungsbereich; [0061] - Verringern der Drehzahl des Rotationskolbens 12 nach dem Abstellen der Rotations kolbenmaschine nach einem vorgegebenen Drehzahlverlauf bis zum Stillstand; [0062] - Erfassen der Drehstellung des Rotationskolbens 12 nach dem Anhalten des Rotati onskolbens und ggf. weiteres Drehen des Rotationskolbens 12 in Abhängigkeit von der erfassten Drehstellung bis in die gewünschte Enddrehstellung oder den gewünschten Enddrehstellungsbereich.

[0063] Zum Bestimmen der Drehstellung des Rotationskolbens 12 ist beispielsweise eine Messvorrichtung in Form eines Sensors oder Drehgebers vorgesehen, welche direkt die Drehstellung des Rotationskolbens 12 erfasst oder die Drehstellung des Rotationskolbens mittelbar zum Beispiel aus der Drehstellung der Exzenterwelle 22 ermittelt.

[0064] Zusätzlich zu den oben genannten Steuerungsmöglichkeiten beim Abstellen der Rotationskolbenmaschine ist es auch von Vorteil, die Exzenterwelle 22 nach dem Abstellen der Rotationskolbenmaschine bzw. dem Anhalten des Rotationskolbens 12 noch weiter zu drehen. Durch die Drehung der Exzenterwelle 22 transportiert diese noch eine gewisse Menge Schmieröl aus dem Volumen 34 des Rotationskolbens 12 nach außen. Dies funktioniert prinzipiell unabhängig von der Enddrehstellung des Rotationskolbens 12 und der entsprechenden maximalen Füllhöhe 36 des Volumens 34.

[0065] Um eine Drehung der Exzenterwelle 22 zu bewirken, um entweder den Rotationskolben 12 in die gewünschte Enddrehstellung oder den gewünschten Enddrehstellungsbereich zu drehen oder die Exzenterwelle 22 zum teilweisen Entfernen des Schmieröls aus dem Volumen 34 weiter zu drehen, ist der mit der Exzenterwelle 22 gekoppelte Generator vorzugsweise auch als Motor betreibbar. Alternativ kann auch ein separater Antrieb vorgesehen sein.

[0066] Bezug nehmend auf Fig. 4 und 5 wird nun ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Rotationskolbenmaschine beschrieben. Dieses zweite Ausführungsbeispiel ist in vorteilhafter Weise mit dem oben erläuterten ersten Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 kombinierbar.

[0067] Bei der Rotationskolbenmaschine von Fig. 4 und 5 ist in einer Seitenscheibe 28 eine Fluidöffnung 38 ausgebildet. Diese Fluidöffnung ist oberhalb des Kratzrings 32 positioniert, sodass sie in jeder Drehstellung des Rotationskolbens 12, d.h. auch bei einer höchsten Lage des Rotationskolbens 12, mit dem Volumen 34 in Fluidverbindung steht.

[0068] Die Fluidöffnung 38 ist weiter mit einem Flüssigkeitssammelraum, beispielsweise einer Ölwanne, verbunden, die ebenfalls Teil des Ölkreislaufes ist. Ferner ist der Fluidöffnung 38 eine Ventilvorrichtung (nicht dargestellt) zugeordnet. Mit Hilfe dieser Ventilvorrichtung kann die Fluidöffnung 38 im Normalbetrieb der Rotationskolbenmaschine geschlossen gehalten werden.

[0069] Nach dem Abstellen der Rotationskolbenmaschine und der Ölpumpe des Ölkreislaufes öffnet die Ventilvorrichtung die Fluidöffnung 38, sodass zumindest ein Teil des Schmieröls im Volumen 34 des Rotationskolbens 12 aus dem Volumen 34 in die Ölwanne abgelassen werden kann. Auf diese Weise kann die nach dem Abstellen der Rotationskolbenmaschine in dem Volumen 34 des Rotationskolbens 12 verbleibende Menge Schmieröl reduziert werden. Im Ergebnis kann in der Stillstandzeit der Rotationskolbenmaschine auch weniger Schmieröl in die Arbeitskammern 14 sickern.

[0070] Durch die Aufnahme des abgelassenen Schmieröls in der Ölwanne steht dieses Schmieröl wieder dem Ölkreislauf zur Verfügung. Als Ergebnis kann der Schmierölbedarf für den Betrieb der Rotationskolbenmaschine gering gehalten werden. 7/13

Claims (18)

1. österreichisches Patentamt AT510 167B1 2012-02-15 Patentansprüche 1. Verfahren zum Steuern des Betriebs einer Rotationskolbenmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem eine Zentralbohrung (16) aufweisenden Rotationskolben (12), wobei Bauteile des Rotationskolbens (12) ein Volumen (34) begrenzen, welches sich im Betrieb der Rotationskolbenmaschine wenigstens teilweise mit einer Flüssigkeit füllt, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskolben (12) nach einem Abstellen der Rotationskolbenmaschine in einer Enddrehstellung angehalten wird, in welcher eine maximale Füllhöhe (36) des Volumens (34) einen vorbestimmten Wert unterschreitet.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Füllhöhe (36) des Volumens (34) in der vorbestimmten Einstellung im Wesentlichen minimal ist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zentralbohrung (16) des Rotationskolbens (12) eine Exzenterwelle (22) angeordnet ist, um welche der Rotationskolben (12) umläuft; und der Rotationskolben (12) in der Enddrehstellung mindestens eine vorbestimmte Höhenlage relativ zur Exzenterwelle (22) einnimmt.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskolben (12) nach dem Abstellen der Rotationskolbenmaschine auf die Enddrehstellung gebremst wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehzahl des Rotationskolbens (12) nach dem Abstellen der Rotationskolbenmaschine nach einem vorgegebenen Drehzahlverlauf verringert wird.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehstellung des Rotationskolbens (12) nach dem Anhalten des Rotationskolbens erfasst wird und der Rotationskolben (12) dann in Abhängigkeit von der erfassten Drehstellung in die Enddrehstellung gedreht wird.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzenterwelle (22) nach dem Abstellen der Rotationskolbenmaschine eine vorbestimmte Anzahl Umdrehungen gedreht wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskolben (12) und/oder die Exzenterwelle (22) mit einem elektromechanischen Energiewandler gekoppelt ist und dieser elektromechanische Energiewandler nach dem Abstellen der Rotationskolbenmaschine den Rotationskolben (12) bzw. die Exzenterwelle (22) dreht.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen mit einem Flüssigkeitskreislauf verbunden ist; und eine Fluidpumpe des Flüssigkeitskreislaufes beim Abstellen der Rotationskolbenmaschine ebenfalls abgestellt wird.
10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abstellen der Rotationskolbenmaschine, vorzugsweise nach dem Anhalten des Rotationskolbens (12), die Flüssigkeit in dem Volumen (34) zumindest teilweise durch eine Fluidöffnung (38) abgelassen wird.
11. 11. Rotationskolbenmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Rotationskolben (12) mit einer Zentralbohrung (16), wobei Bauteile des Rotationskolbens ein Volumen (34) begrenzen, welches mit einem Flüssigkeitskreislauf verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messvorrichtung zum Erfassen einer Drehstellung des Rotationskolbens (12) vorgesehen ist und eine Steuereinrichtung der Rotationskolbenmaschine vorgesehen ist, die den Rotationskolben (12) nach einem Abstellen der Rotationskolbenmaschine in Abhängigkeit von einer durch die Messeinrichtung erfassten Drehstellung in einer Enddrehstellung anhält, in welcher eine maximale Füllhöhe (36) des Volumens (34) einen vorbestimmten Wert unterschreitet. 8/13 österreichisches Patentamt AT510167B1 2012-02-15
12. 12. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Volumen (34) und einer Umgebung des Rotationskolbens (12) wenigstens ein Dichtmittel (32) vorgesehen ist.
13. 13. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Fluidöffnung (38) vorgesehen ist, welche mit dem Volumen (34) in Fluidverbindung steht und mit einem Flüssigkeitssammelraum des Flüssigkeitskreislaufes verbindbar ist.
14. 14. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens einen Fluidöffnung (38) eine Ventilvorrichtung zugeordnet ist.
15. 15. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Fluidöffnung (38) in einer solchen Höhenlage angeordnet ist, dass sie in einer Drehstellung des Rotationskolbens (12), in welcher die maximale Füllhöhe (36) des Volumens (34) minimal ist, mit dem Volumen (34) in Fluidverbindung steht.
16. 16. Rotationskolbenmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zentralbohrung (16) des Rotationskolbens (12) eine Exzenterwelle (22) angeordnet ist, um welche der Rotationskolben (12) umläuft.
17. 17. Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzenterwelle (22) mit einem elektromechanischen Energiewandler gekoppelt ist und dieser elektromechanische Energiewandler zum Drehen der Exzenterwelle (22) ansteuerbar ist.
18. 18. Stromerzeugungsaggregat, insbesondere für ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Rotationskolbenmaschine nach Anspruch 16 oder 17. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen 9/13