DE102011084891A1 - Constant volume combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung geht von einem Gleichraumverbrennungsmotor (1) aus, insbesondere ein Hubkolbenmotor zur Erzeugung mechanischer Energie durch Expansion eines Gases oder eines Heißgases aus der Verbrennung eines Gases- oder Gas-Brennstoffgemischs, welcher eine Statoreinheit (3), eine in der Statoreinheit (3) zentrisch drehbar gelagerte Antriebswelle (6), eine Rotoreinheit (4), welche mit der Antriebswelle (6) fest verbunden ist, eine Steuerkurve (9), welche in der Statoreinheit (3) angeordnet ist umfasst und mindestens eine Kolben-Zylindereinheit (5), welche in der Rotoreinheit (4) angeordnet ist, wobei sich ein Kolben (11) der mindestens einen Kolben-/Zylindereinheit (5) an der Steuerkurve (9) über Führungsmittel abstützt und eine dadurch beeinflusste Hubbewegung ausführt. Erfindungsgemäß weist die Steuerkurve (9) einen Verlauf auf, welcher in mindestens einem definierten Winkelabschnitt (20) der Rotationsbewegung der Rotoreinheit (4) eine Konstantstellung der Position des Kolbens (11) in der Kolben-/Zylindereinheit (5) erzeugt, wobei der definierte Winkelabschnitt (20) einem Verbrennungstakt zugeordnet ist.The invention is based on a constant-space internal combustion engine (1), in particular a reciprocating piston engine for generating mechanical energy by expanding a gas or a hot gas from the combustion of a gas or gas-fuel mixture, which has a stator unit (3), one in the stator unit (3) centrally rotatably mounted drive shaft (6), a rotor unit (4) which is firmly connected to the drive shaft (6), a control cam (9) which is arranged in the stator unit (3) and comprises at least one piston-cylinder unit (5) , which is arranged in the rotor unit (4), wherein a piston (11) of the at least one piston / cylinder unit (5) is supported on the control cam (9) via guide means and executes a stroke movement influenced thereby. According to the invention, the control cam (9) has a course which, in at least one defined angular section (20) of the rotational movement of the rotor unit (4), creates a constant position of the piston (11) in the piston / cylinder unit (5), the defined Angular section (20) is assigned to a combustion cycle.
Description
Die Erfindung betrifft einen Gleichraumverbrennungsmotor, insbesondere ein Hubkolbenmotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a constant-volume combustion engine, in particular a reciprocating engine according to the preamble of patent claim 1.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff von Anspruch 20 und eine Verwendung eines Gleichraumverbrennungsmotors nach den Oberbegriffen der Ansprüche 24, 25 und 27.The invention also relates to a method for operating an internal combustion engine according to the preamble of
Stand der TechnikState of the art
Hubkolbenmotoren sind in einer Vielzahl von unterschiedlichen Ausführungsformen aus dem Stand der Technik bekannt.Reciprocating engines are known in a variety of different embodiments from the prior art.
So zeigt die Druckschrift
Nachteilig bei dieser Ausführungsform eines Hubkolbenmotors ist das zur Erzeugung eines Drehmoments hohe Kräfte im Hubkolben erzeugt werden müssen, da die Zylinder-/Kolbeneinheiten radial zur Drehachse der Antriebswelle im Rotor angeordnet sind, und somit die Drehmoment erzeugende Kraftkomponente senkrecht auf der Hubrichtung der Zylinder-/Kolben-einheiten, und damit auf der Hubkraftrichtung steht.A disadvantage of this embodiment of a reciprocating engine that must be generated to generate a high torque forces in the reciprocating piston, since the cylinder / piston units are arranged radially to the axis of rotation of the drive shaft in the rotor, and thus the torque-generating force component perpendicular to the stroke direction of the cylinder / Piston units, and thus stands on the Hubkraftrichtung.
In Verbindung mit den hohen Kräften zur Erzeugung eines Drehmoments treten erhebliche Umlenkungs- und Lagerkräfte auf, wodurch letztere oftmals einem hohen Verschleiß unterliegen und extreme Anforderungen an das Material gestellt werden. Auch der Wirkungsgrad derartiger Maschinen ist eher gering.In conjunction with the high forces to generate a torque considerable deflection and bearing forces occur, whereby the latter are often subject to high wear and extreme demands on the material are made. The efficiency of such machines is rather low.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, einen Hubkolbenmotor derart weiterzubilden, dass die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.The object of the invention is thus to develop a reciprocating engine such that the disadvantages of the prior art are avoided.
Diese Aufgabe wird, ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved on the basis of the preamble of patent claim 1 by the characterizing features of patent claim 1.
Die Aufgabe wird bezüglich eines vorteilhaften Verfahrens zum Betrieb eines Verbrennungsmotors durch Anspruch 20 und hinsichtlich einer besonders vorteilhaften Verwendung durch die Ansprüche 24, 25 oder 27 gelöst.The object is achieved with respect to an advantageous method for operating an internal combustion engine by
Vorteilhafte Weiterbildungen sowie zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Advantageous developments and expedient embodiments are specified in the dependent claims.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Die Erfindung geht von einem Gleichraumverbrennungsmotor, vorzugsweise einem Fünf-Takt-Gleichraumverbrennungsmotor, insbesondere einem Hubkolbenmotor zur Erzeugung mechanischer Energie durch Expansion eines Gases oder eines Heißgases aus der Verbrennung eines Gases- und/oder Gas-Brennstoffgemisches aus. Der Motor umfasst in einer Ausführungsform eine Stator-einheit, eine in der Statoreinheit zentrisch drehbar gelagerten Antriebswelle, eine Rotoreinheit, welche mit der Antriebswelle fest verbunden ist, eine Steuerkurve, welche in der Statoreinheit angeordnet ist und mindestens eine Kolben-Zylindereinheit, welche in der Rotoreinheit angeordnet ist, wobei sich der Kolben der mindestens einen Kolben-/Zylinder-einheit an der Steuerkurve über Führungsmittel abstützt und eine dadurch beeinflusste Hubbewegung ausführt.The invention is based on a constant-volume combustion engine, preferably a five-stroke constant-volume combustion engine, in particular a reciprocating engine for generating mechanical energy by expansion of a gas or a hot gas from the combustion of a gas and / or gas fuel mixture. In one embodiment, the motor comprises a stator unit, a drive shaft rotatably mounted centrally in the stator unit, a rotor unit fixedly connected to the drive shaft, a control cam which is arranged in the stator unit and at least one piston-cylinder unit which is located in the stator Rotor unit is arranged, wherein the piston of the at least one piston / cylinder unit is supported on the control cam via guide means and carries out thereby influenced stroke movement.
Alternativ zu der vorbeschriebenen Ausführungsform ist auch eine Prinzipumkehr möglich. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Kolben-/Zylindereinheit in einem Stator eingebaut ist und die Steuerkurve drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist. Im Rahmen der Erfindung ist es zunächst nicht relevant, ob die Antriebswelle drehfest mit der Steuerkurve oder drehfest mit der Kolben-/Zylindereinheit verbunden ist. In beiden Fällen lässt sich unter Anwendung der grundsätzlichen Idee der vorliegenden Erfindung die Antriebswelle besonders effektiv antreiben.Alternatively to the above-described embodiment, a principle reversal is possible. It can be provided that the piston / cylinder unit is installed in a stator and the cam is rotatably connected to the drive shaft. In the context of the invention, it is initially not relevant whether the drive shaft is non-rotatably connected to the control cam or non-rotatably connected to the piston / cylinder unit. In both cases, using the basic idea of the present invention, the drive shaft can be driven particularly effectively.
Die in der nachfolgenden Beschreibung dargestellten vorzugsweise vorgesehenen Merkmale können unabhängig davon, ob die Steuerkurve oder die Kolben-/Zylindereinheit mit der Antriebswelle verbunden ist, realisiert werden. Die nachfolgende Offenbarung, eingeschlossen die Offenbarung bezüglich der Figurenbeschreibung, kann analog bei beiden Ausführungsvarianten realisiert werden.The features preferably provided in the following description can be realized regardless of whether the control cam or the piston / cylinder unit is connected to the drive shaft. The following disclosure, including the disclosure relating to the description of the figures, can be implemented analogously in both embodiments.
Zur Ausführung der Erfindung ist zunächst nur vorgesehen, dass der Gleichraumverbrennungsmotor eine Statoreinheit, eine Rotoreinheit, eine Steuerkurve und mindestens eine Kolben-/Zylindereinheit aufweist, wobei sich ein Kolben der mindestens einen Kolben-/Zylindereinheit an der Steuerkurve über Führungsmittel abstützt und eine dadurch beeinflussbare Hubbewegung ausführt.To implement the invention, it is initially only provided that the constant-volume combustion engine has a stator unit, a rotor unit, a control cam and at least one piston / cylinder unit, wherein a piston of the at least one piston / cylinder unit is supported on the control cam via guide means and can thereby be influenced Performs lifting movement.
Der Kern der Erfindung liegt darin, dass die Steuerkurve einen Verlauf aufweist, welcher in mindestens einem definierten Winkel bzw. Winkelabschnitt der Rotationsbewegung der Rotoreinheit eine Konstantstellung der Position des Kolbens in der Kolben-/Zylindereinheit erzeugt, wobei der definierte Winkelabschnitt wenigstens teilweise einem Verbrennungstakt zugeordnet ist.The essence of the invention is that the control cam has a course which in at least one defined angle or angular section of the rotational movement of the rotor unit is a constant position of the position of the piston in the Piston / cylinder unit generates, wherein the defined angle section is at least partially associated with a combustion cycle.
In der Rotoreinheit kann dabei die Kolben-/Zylindereinheit angeordnet sein. Alternativ dazu kann die Rotoreinheit auch mit der Steuerkurve versehen sein. Von Vorteil ist es, wenn der definierte Winkelabschnitt einem Verbrennungstakt zugeordnet ist. Von Vorteil ist es ferner, wenn der definierte Winkelabschnitt einem gesamten oder zumindest teilweisen Verbrennungstakt zugeordnet ist.The piston / cylinder unit can be arranged in the rotor unit. Alternatively, the rotor unit may also be provided with the control cam. It is advantageous if the defined angle section is assigned to a combustion cycle. It is furthermore advantageous if the defined angle section is assigned to an entire or at least partial combustion cycle.
Die Konstantstellung der Position des Kolbens erzeugt einen hohen Druck im Brennraum der Kolben-/Zylindereinheit während der kompletten Verbrennung des Brenngasgemisches. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Gleichraumverbrennungsmotors ist die hohe Druckerzeugung im Brennraum, wodurch hohe Kräfte zur Erzeugung eines Drehmoments erzeugt werden. Das Volumen des Brennraums, definiert durch die Position des Kolbens in der Kolben/Zylindereinheit, wird dabei nach Abschluss des Verdichtungstaktes vorzugsweise während der gesamten Verbrennung des Brennstoffs konstant gehalten, indem der Kolben in seiner Hubstellung ruht. Erst nach Abschluss des Verbrennungstaktes wird eine Expansion und damit eine Kolbenbewegung ermöglicht, wodurch Drehmoment erzeugende Kräfte übertragen werden.The constant position of the piston generates a high pressure in the combustion chamber of the piston / cylinder unit during the complete combustion of the fuel gas mixture. A significant advantage of the constant velocity internal combustion engine according to the invention is the high pressure generation in the combustion chamber, whereby high forces are generated to generate a torque. The volume of the combustion chamber, defined by the position of the piston in the piston / cylinder unit, is kept constant after completion of the compression stroke preferably during the entire combustion of the fuel by the piston rests in its stroke position. Only after completion of the combustion cycle, an expansion and thus a piston movement is possible, whereby torque-generating forces are transmitted.
Die Erfindung ist unabhängig von der Anzahl der Kolben-/Zylindereinheit. Wenn mehrere Kolben-/Zylindereinheiten eingesetzt werden, ist es von Vorteil, wenn diese einen gleichmäßigen Winkelabstand zueinander aufweisen. Es hat sich als besonders geeignet herausgestellt, drei Kolben-/Zylindereinheiten einzusetzen. Diese können vorzugsweise in einem Winkel von 60° zueinander stehen.The invention is independent of the number of piston / cylinder unit. If multiple piston / cylinder units are used, it is advantageous if they have a uniform angular distance from each other. It has proven to be particularly suitable to use three piston / cylinder units. These may preferably be at an angle of 60 ° to each other.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei einer Drehbewegung der Rotoreinheit um 360° zwei vollständige Arbeitskreisprozesse mit vollständiger oder teilweiser Gleichraumverbrennung erfolgen. Der Verlauf der Steuerkurve, an welcher sich die Kolben-/Zylindereinheiten bei der Drehbewegung der Rotoreinheit abstützen ist derart, dass das innerhalb einer 180°-Drehbewegung der Rotoreinheit ein vollständiger Arbeitskreisprozess durchgeführt wird, welcher vorzugsweise und im Regelfall insgesamt fünf einzelne Arbeitstakte umfasst. Im Vergleich zu einem aus dem Stand der Technik bekannten 4-Takt-Motor umfasst der Arbeitskreisprozess des erfindungsgemäßen Gleichraumverbrennungsmotors zusätzlich den Arbeitstakt einer Gleichraumverbrennung. Im Arbeitstakt der Gleichraumverbrennung wird das in einem vorhergehenden Arbeitstakt verdichtete Brennstoffgemisch mittels einer Zündquelle gezündet, während der Kolben aufgrund des Kurvenverlaufs der Steuerkurve seine Position in der Kolben-/Zylindereinheit unverändert beibehält. Eine vorteilhafte Ausbildung der Steuerkurve erlaubt, dass mehrere Arbeitskreisprozesse pro Kolben-/Zylindereinheit nacheinander im Verlauf einer voll-ständigen Umdrehung ausgeführt werden können, wodurch die Leistungsfähigkeit des Motors erhöht wird.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that, during a rotary movement of the rotor unit through 360 °, two complete working cycle processes are carried out with complete or partial equal space combustion. The course of the control cam on which the piston / cylinder units are supported during the rotational movement of the rotor unit is such that within a 180 ° rotational movement of the rotor unit a complete working cycle process is carried out, which preferably and as a rule comprises a total of five individual power strokes. Compared to a known from the prior art 4-stroke engine, the working cycle process of the invention even combustion engine additionally comprises the power stroke of a constant combustion. In the working cycle of the equal-volume combustion, the fuel mixture compressed in a preceding power stroke is ignited by means of an ignition source, while the piston maintains its position in the piston / cylinder unit unchanged due to the curve of the control curve. An advantageous design of the control curve allows several working cycle processes per piston / cylinder unit can be carried out sequentially in the course of a full-rotation rotation, whereby the performance of the engine is increased.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Kolben aufgrund des Kurvenverlaufs der Steuerkurve seine Position in der Kolben-/Zylindereinheit während des gesamten Verbrennungstaktes unverändert belässt. Es ist alternativ jedoch auch möglich, dass die Konstantstellung des Kolbens in der Kolben-/Zylindereinheit über einen kürzeren Zeitraum bzw. Winkelabschnitt oder über einen längeren Zeitraum bzw. Winkelabschnitt erfolgt. Es ist möglich, dass die Konstantstellung des Kolbens bereits vor dem Verbrennungstakt erfolgt, vorzugsweise jedoch nur einen kurzen Winkelabschnitt vorher, und vor Beendigung des Verbrennungstaktes endet. Des Weiteren kann in einer Variante vorgesehen sein, dass die Konstantstellung des Kolbens in der Kolben-/Zylindereinheit erst kurz nach Beginn des Verbrennungstaktes erfolgt, jedoch über den Verbrennungstakt hinaus, vorzugsweise nur über einen kurzen Winkelabschnitt darüber hinaus beibehalten wird. Es handelt sich hierbei um mögliche Varianten der Erfindung, die sich für spezifische Anwendungszwecke als geeignet herausstellen können. Grundsätzlich ist es von Vorteil, wenn die Konstantstellung wenigstens annähernd, vorzugsweise innerhalb üblicher Toleranzen genau an den gesamten Verbrennungstakt angepasst ist.It has proved to be advantageous if the piston leaves unchanged its position in the piston / cylinder unit during the entire combustion cycle due to the curve of the control cam. However, it is alternatively also possible for the constant position of the piston in the piston / cylinder unit to take place over a shorter period of time or angular section or over a longer period or angle section. It is possible that the constant position of the piston already takes place before the combustion cycle, but preferably only a short angle section before, and ends before the completion of the combustion cycle. Furthermore, it can be provided in a variant that the constant position of the piston in the piston / cylinder unit takes place shortly after the beginning of the combustion cycle, but beyond the combustion cycle, preferably only over a short angle section is maintained beyond. These are possible variants of the invention, which may turn out to be suitable for specific applications. In principle, it is advantageous if the constant position is adapted at least approximately, preferably within the usual tolerances, precisely to the total combustion cycle.
In einer über dies bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Kolben-/Zylinder-einheit derart angeordnet ist, dass ihre Zylinderachse tangential beabstandet zur Rotationsachse der Antriebswelle verläuft.In a preferred embodiment of this invention is provided that the at least one piston / cylinder unit is arranged such that its cylinder axis tangentially spaced from the axis of rotation of the drive shaft.
Die Kolben-/Zylindereinheit kann dabei in der Rotoreinheit oder in der Statoreinheit angeordnet sein. Die tangentiale Anordnung hat sich bei beiden vorzugsweise vorgesehenen Ausführungsvarianten als sehr vorteilhaft herausgestellt, um die Kraftübertragung zur Erzeugung eines Drehmoments zu bemessen.The piston / cylinder unit can be arranged in the rotor unit or in the stator unit. The tangential arrangement has been found to be very advantageous in two embodiments preferably provided to measure the power transmission for generating a torque.
Aufgrund dieser Anordnung der Kolben-/Zylindereinheiten zum Beispiel in der Rotoreinheit kann eine verbesserte Kraftübertragung zur Erzeugung eines Drehmoments gegenüber einer Anordnung einer Kolben-/Zylindereinheit erzeugt werden, deren Zylinderachse durch den Mittelpunkt der Rotationsachse der Antriebswelle verläuft (Stand der Technik). Dies wird dadurch realisiert, dass ein höherer Anteil der Kraftkomponente, welche durch den Zylinderhub bereitgestellt wird, bereits senkrecht auf der Richtung des Radius der Rotoreinheit steht, und damit zur Erzeugung eines Drehmoments zur Verfügung ist. Dies gilt analog auch für eine entsprechende Anordnung der Kolben-/Zylindereinheit in der Statoreinheit.Due to this arrangement of the piston / cylinder units, for example, in the rotor unit, an improved power transmission for generating a torque against an arrangement of a piston / cylinder unit can be generated, the cylinder axis passes through the center of the axis of rotation of the drive shaft (prior art). This is realized in that a higher proportion of the force component, which is provided by the cylinder stroke, is already perpendicular to the direction of the radius of the rotor unit, and thus to Generation of torque is available. This also applies analogously to a corresponding arrangement of the piston / cylinder unit in the stator unit.
Es ist in einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass im Takt-Zeitpunkt der Kolbenexpansion nach der Verbrennung die Steuerkurve entlang der Zylinderachse der Kolben-/Zylindereinheit einen rücksprungartigen, insbesondere linear zurückziehenden Verlauf oder eine Vertiefung im Verlauf aufweist.It is provided in a further preferred embodiment of the invention that at the time of the piston expansion after combustion, the control cam along the cylinder axis of the piston / cylinder unit has a recession-like, in particular linear retracting course or a recess in the course.
Nach dem Arbeitstakt der Gleichraumverbrennung, in welcher das Brennstoffgemisch im Arbeitsraum der Kolben-/Zylindereinheit unter Konstantstellung der Kolbenposition verbrannt wird, erfolgt im nachfolgenden Arbeitstakt die Kolbenexpansion. Unter der Kolbenexpansion ist das Heraustreten des Kolbens aus dem Zylinder, angetrieben durch aufgebauten Druck des verbrannten Brennstoffs zu verstehen. Aufgrund des rücksprungartigen Verlaufs wird eine optimierte Wirkrichtung der Kolben-Expansionskräfte erzielt, und damit ein großes Drehmoment an der Rotoreinheit erzeugt.After the power stroke of the Equilibrium combustion, in which the fuel mixture is burned in the working space of the piston / cylinder unit under constant position of the piston position, the piston expansion takes place in the subsequent power stroke. Piston expansion is understood to mean the emergence of the piston from the cylinder, driven by built-up pressure of the burned fuel. Due to the return-like course, an optimized effective direction of the piston expansion forces is achieved, and thus generates a large torque on the rotor unit.
Über dies ist es in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Statoreinheit mindestens ein Lagerschild umfasst, welches mit der Steuerkurve in Verbindung steht und Ein- und Auslassbohrungen zur Zu- und Ableitung des Brennstoffs und/oder Ein- und Auslassbohrungen zur Zu- und Ableitung eines Kühlmittels aufweist. Die Zu- und Ableitung des Brennstoffs bzw. des Kühlmittels zur Kolben-/Zylindereinheit erfolgt über angeordnete Ein- und Auslassbohrungen in der Rotoreinheit, welche durch die Drehbewegung der Rotoreinheit mit den Ein- und Auslassbohrungen im Lagerschild in eine fluchtende Überdeckung gebracht werden können. Dabei wird eine positionsabhängige Automatisierung der Schaltzeitpunkte der einzelnen Zu- und Ableitungen erreicht, ohne dass zusätzliche Ventile oder sonstige Aktuatoren notwendig sind. Diese Ausgestaltung lässt sich analog auch realisieren, wenn die Kolben-/Zylindereinheit in der Statoreinheit angeordnet ist und die Steuerkurve in der Rotoreinheit.About this it is provided in a further embodiment of the invention that the stator unit comprises at least one bearing plate, which is in communication with the control cam and inlet and outlet bores for supply and discharge of the fuel and / or inlet and outlet bores to Zu and Having derivative of a coolant. The supply and discharge of the fuel or the coolant to the piston / cylinder unit via arranged inlet and outlet holes in the rotor unit, which can be brought by the rotational movement of the rotor unit with the inlet and outlet holes in the bearing plate in an aligned coverage. In this case, a position-dependent automation of the switching times of the individual supply and discharge lines is achieved without the need for additional valves or other actuators. This embodiment can also be realized analogously when the piston / cylinder unit is arranged in the stator unit and the control cam in the rotor unit.
Es ist in einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Rotoreinheit einen Mittelrotor umfasst, welcher axial beidseitig mit je einer Rotorscheibe in Verbindung steht, wobei die Abdichtung der Rotoreinheit gegenüber der Statoreinheit vorzugsweise mittels mindestens einer Labyrinthdichtung im Bereich mindestens einer Rotorscheibe erfolgt. Der Ladungswechsel des Brennstoffgemischs erfolgt zwischen den rotierenden Bauteilen Mittelrotor und Rotorscheibe und der Statoreinheit. Dabei ist es notwendig, die drehenden Bestandteile der Rotoreinheit und die ruhenden Bestandteile der Statoreinheit gegeneinander abzudichten, ohne dass die Durchtrittsmöglichkeit des Brennstoffgemischs durch den/die Ladungswechselkanäle behindert wird. Die Dichtheit beim Brennstoffgemischübertritt von der Statoreinheit in die Rotoreinheit wird im Innenbereich der Steuerkurve mit der Rotorscheibe mittels einer Labyrinthdichtung ausgeführt.It is provided in a further, preferred embodiment of the invention that the rotor unit comprises a central rotor, which is axially on both sides with a rotor disk in connection, wherein the sealing of the rotor unit relative to the stator preferably by means of at least one labyrinth seal in the region of at least one rotor disk. The charge change of the fuel mixture takes place between the rotating components central rotor and rotor disk and the stator unit. In this case, it is necessary to seal the rotating components of the rotor unit and the stationary components of the stator unit against each other, without obstructing the possibility of passage of the fuel mixture through the charge exchange channel (s). The tightness in the fuel mixture transfer from the stator in the rotor unit is performed in the interior of the control cam with the rotor disk by means of a labyrinth seal.
Der Druck eines Mediums innerhalb der Labyrinthdichtung auf der Seite der Rotoreinheit ist größer als der Druck des in die Labyrinthdichtung gegenseitig eintretenden Mediums. Aufgrund der entstehenden Druckdifferenz erfolgt die Abdichtung der Rotoreinheit gegenüber der Statoreinheit.The pressure of a medium within the labyrinth seal on the side of the rotor unit is greater than the pressure of the medium entering the labyrinth seal. Due to the resulting pressure difference, the sealing of the rotor unit relative to the stator unit.
Die Funktion der Labyrinthdichtung ist, dass die anliegende Mediendruckdifferenz kleiner gegenüber der für den Gastransport über die Umlenkung des Labyrinths erforderlichen Druckdifferenz ist.The function of the labyrinth seal is that the applied fluid pressure difference is smaller than the pressure difference required for gas transport via the deflection of the labyrinth.
Über dies ist es in einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Kolben-/Zylindereinheit eine Kolbenlauf- und eine Zylinderbüchse, eine Vorkammer zur Aufnahme einer Zündquelle und ein Brennraumdach umfasst, wobei die Kolbenlauf- und die Zylinderbüchse Ein- und Auslassbohrungen zur Zu- und Ableitung des Brennstoffs aufweist und/oder ein Kühlmittelbereich zur Durchströmung mit Kühlmittel zwischen der Kolbenlauf- und der Zylinderbüchse, begrenzt von einem Kühlmitteldichtring unterhalb der Ein- und Auslassbohrungen und einer Kühlmittelabdeckung an der Vorkammer vorgesehen ist.About this it is provided in a further preferred embodiment of the invention that the piston / cylinder unit comprises a Kolbenlauf- and a cylinder liner, an antechamber for receiving an ignition source and a combustion chamber roof, the Kolbenlauf- and the cylinder liner inlet and outlet holes for Has supply and discharge of the fuel and / or a coolant area for flow with coolant between the Kolbenlauf- and the cylinder liner, limited by a coolant sealing ring below the inlet and outlet holes and a coolant cover is provided on the antechamber.
Das Brennstoff- bzw. Brennstoffgasgemisch wird mittels zwei nebeneinander angeordneten Bohrungen in der Kolbenlauf- und der Zylinderbuchse dem Arbeitsraum der Kolben-/Zylinderein-heit zu- bzw. abgeführt. Zwei oder mehrere Bohrungen sind für die Erzielung der erforderlichen Austauschgeschwindigkeit vorteilhaft. Die alternative Verwendung einer großflächigeren Bohrung kann Nachteile für die Laufeigenschaften des Kolbens bzw. der Kolbenringe mit sich bringen, da dessen Führung an der Zylinderwand teilweise unterbrochen wird.The fuel or fuel gas mixture by means of two juxtaposed holes in the Kolbenlauf- and the cylinder liner the working space of the piston / Zylinderein-unit supplied or removed. Two or more holes are advantageous for achieving the required replacement speed. The alternative use of a larger-area bore can bring disadvantages for the running properties of the piston or the piston rings, since its guidance is partially interrupted on the cylinder wall.
Der Kühlmittelbereich wird an der Außenwand der Kolbenlaufbüchse durch den Kühlmitteldichtring und die Kühlmittelabdeckung und die Innenwand der Zylinderbüchse begrenzt. Das Kühlmittel wird dem Kühlmittelbereich zwischen dem Kühlmitteldichtring und der Kühlmittelabdeckung zugeführt, wobei das Kühlmittel über Bohrungen im Brennraumdach durch dieses hindurch tritt und im Bereich der Vorkammer bis zur Kühlmittelabdeckung geführt wird. Von dort wird das Kühlmittel über angeordnete Bohrungen in der Rotoreinheit über die Statoreinheit abgeführt.The coolant area is bounded on the outer wall of the piston liner by the coolant sealing ring and the coolant cover and the inner wall of the cylinder liner. The coolant is supplied to the coolant area between the coolant sealing ring and the coolant cover, wherein the coolant passes through holes in the combustion chamber roof through this and is guided in the region of the pre-chamber to the coolant cover. From there, the coolant is discharged via arranged bores in the rotor unit via the stator unit.
Alternativ kann auch eine getrennte Kühlung der Rotoreinheit und der Statoreinheit vorgesehen sein. In diesem Fall müssen keine diesbezüglichen Bohrungen zwischen der Rotoreinheit und der Statoreinheit vorhanden sein. Die Rotoreinheit kann vorzugsweise über einen eigenen bzw. von der Statoreinheit getrennten Ölkreislauf zur Kühlung verfügen. Hierbei ist selbstverständlich auch ein anderes Kühlmittel möglich. Der Ölkreislauf kann dabei vorzugsweise über einen bekannten Ölkühler verfügen oder mit diesem verbunden sein. Die Stator-einheit kann vorzugsweise über einen eigenen Wasserkühlkreislauf gekühlt werden.Alternatively, a separate cooling of the rotor unit and the stator can be provided. In this case, no related Holes between the rotor unit and the stator be present. The rotor unit may preferably have its own or separate from the stator unit oil circuit for cooling. Of course, another coolant is possible here. The oil circuit may preferably have or be connected to a known oil cooler. The stator unit can preferably be cooled by its own water cooling circuit.
Über dies ist es in einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Führungsmittel als Pleuelbolzen ausgebildet ist, welcher mindestens eine Kulisse aufweist, die in mindestens einer Kulissenführung geführt ist. Die mit dem Kolben in Verbindung stehende Kolbenstange ist mit dem Pleuelbolzen verbunden. Die Kulissenführung vermeidet ein eventuelles Verkanten des Kolbens im Zylinder während der Bewegung des Kolbens entlang der Zylinderachse.About this it is provided in a further preferred embodiment of the invention that the guide means is designed as a connecting rod, which has at least one link, which is guided in at least one slotted guide. The piston rod connected to the piston is connected to the connecting rod. The slotted guide avoids any tilting of the piston in the cylinder during the movement of the piston along the cylinder axis.
Die Kulisse kann mit reibungsvermindernden Mitteln, z. B. Laufrollen oder einem Lager, insbesondere einem Wälzlager ausgebildet sein.The backdrop can with friction reducing agents, such. As rollers or a bearing, in particular a rolling bearing may be formed.
Es ist in einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Steuerkurve in funktionale Winkelabschnitte eingeteilt ist, wobei jeder Winkelabschnitt asymmetrisch zum benachbarten Winkelabschnitt und punktsymmetrisch zum Rotationsmittelpunkt ist.It is provided in a further preferred embodiment of the invention that the control curve is divided into functional angle sections, each angle section is asymmetrical to the adjacent angle section and point-symmetrical to the center of rotation.
Die funktionalen Winkelabschnitte entsprechen den einzelnen Arbeitstakten eines Arbeitskreisprozesses. Zur Erzeugung der einzelnen Arbeitstakte ist der Kurvenverlauf der Steuerkurve für jeden Arbeitstakt unterschiedlich ausgebildet. Die Steuerkurve steuert dabei die Position des Kolbens in der Kolben-/Zylindereinheit. Bei einer Drehbewegung der Rotoreinheit um 360° werden vorzugsweise zwei Arbeitskreisprozesse ausgeführt. Der Verlauf der Winkelabschnitte im ersten Arbeitskreisprozess ist dabei punktsymmetrisch zum Rotationsmittelpunkt der Rotoreinheit auf den Verlauf der Winkelabschnitte im zweiten Arbeitskreisprozess der Steuerkurve übertragbar.The functional angle sections correspond to the individual work cycles of a work cycle process. To generate the individual work cycles of the curve of the cam is designed differently for each power stroke. The control cam controls the position of the piston in the piston / cylinder unit. During a rotary movement of the rotor unit through 360 °, preferably two working cycle processes are carried out. The course of the angle sections in the first working cycle process is point-symmetrical to the center of rotation of the rotor unit on the course of the angular sections in the second working cycle of the control curve transferable.
Über dies ist es in einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die mit dem Mittelrotor der Rotoreinheit in Verbindung stehenden Rotorscheiben auf einer ersten Seite der Rotoreinheit für ein Kühlmittelaustausch und auf einer zweiten Seite der Rotoreinheit für einen Ladungswechsel ausgebildet sind. Aufgrund der Zu- bzw. Ableitung des Kühlmittels und des Brennstoffgemischs auf unterschiedlichen Seiten des Gleichraumverbrennungsmotors kann dieser in einer kompakten Bauweise hergestellt werden. Überdies ist eine verbesserte und vereinfachte Leitungsführung ermöglicht.About this it is provided in a further, preferred embodiment of the invention, that the rotor discs are connected to the central rotor of the rotor unit on a first side of the rotor unit for a coolant exchange and on a second side of the rotor unit for a charge exchange. Due to the supply and discharge of the coolant and the fuel mixture on different sides of the constant-volume combustion engine, this can be made in a compact design. Moreover, an improved and simplified wiring is possible.
Über dies ist es in einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass in der Rotoreinheit mindestens ein Schaltventil für den Ladungswechsel insbesondere im Saugbetrieb des Motors integriert ist, welches über einen Aktuator gesteuert wird.About this it is provided in a further, preferred embodiment of the invention that in the rotor unit at least one switching valve for the charge exchange is integrated in particular in the suction operation of the engine, which is controlled by an actuator.
Der erfindungsgemäße Gleichraumverbrennungsmotor kann sowohl im Saug- als auch im Aufladungsbetrieb verwendet werden. Bei der Verwendung des Gleichraumverbrennungsmotors im Aufladungsbetrieb wird das Brennstoffgemisch in einer separat angeordneten Gemischbildungseinheit gebildet und der Kolben-/Zylindereinheit unter Druck zugeführt. Im Saugbetrieb wird das Brennstoffgemisch durch den Motor selbst angesaugt. Der erforderliche Unterdruck wird durch den Kolbenhub, erzeugt durch den Verlauf der Steuerkurve, erzeugt. Über ein vorzugsweise in der Rotorscheibe integriertes Schaltventil wird der Strom des Brennstoffgemischs zu der Kolben-/Zylindereinheit durch die Drehbewegung der Rotoreinheit gesteuert.The constant volume internal combustion engine according to the invention can be used both in the suction and in the charging operation. When using the constant velocity internal combustion engine in the charging mode, the fuel mixture is formed in a separately arranged mixture forming unit and fed to the piston / cylinder unit under pressure. In the suction mode, the fuel mixture is sucked in by the engine itself. The required negative pressure is generated by the piston stroke, generated by the course of the control cam. Via a switching valve, which is preferably integrated in the rotor disk, the flow of the fuel mixture to the piston / cylinder unit is controlled by the rotational movement of the rotor unit.
Über dies ist es in einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass in den Rotorscheiben Permanentmagnete integriert sind, welche im Betrieb des Motors mit im Gehäuse angeordneten Statorwicklungen elektrische Energie erzeugen. Bei den Permanentmagneten kann es sich auch allgemein um den rotatorischen Teil einer elektrischen Maschine, z. B. eines Generators, handeln. Bei den Statorwicklungen kann es sich analog allgemein um Statorteile einer elektrischen Maschine, z. B. eines Generators, handeln. Aufgrund der integrierten elektrischen Energieerzeugung im erfindungsgemäßen Gleichraumverbrennungsmotor können zusätzliche energieerzeugende Mittel in einem Fahrzeug entfallen. Die Erfindung kann unter anderem als Blockheizkraftwerk genutzt werden.About this it is provided in a further preferred embodiment of the invention that permanent magnets are integrated in the rotor disks, which generate electrical energy during operation of the motor with stator windings arranged in the housing. In the case of the permanent magnets, it can also generally be about the rotary part of an electric machine, for. As a generator act. In the case of the stator windings, it can be generally analog to stator parts of an electrical machine, for. As a generator act. Due to the integrated electrical energy generation in the inventive reciprocating internal combustion engine additional energy-generating means can be omitted in a vehicle. The invention can be used inter alia as a combined heat and power plant.
Die vorstehend bezüglich eines Gleichraumverbrennungsmotors beschriebenen Ausgestaltungen gelten insbesondere für einen Fünf-Takt-Gleichraumverbrennungsmotor, sind auf diese Definition jedoch nicht beschränkt. Die vorstehende Beschreibung soll jedoch so verstanden werden können, dass das Merkmal Gleichraumverbrennungsmotor durch das Merkmal Fünf-Takt-Gleichraumverbrennungsmotor ersetzt werden kann, wenn eine nähere Definition erforderlich ist oder die Merkmale konkretisiert werden sollen.The embodiments described above with respect to a reciprocating internal combustion engine are particularly applicable to a five-stroke cycle internal combustion engine, but are not limited to this definition. However, the above description should be understood to mean that the characteristic of the internal combustion engine can be replaced by the five-stroke cycle internal combustion engine feature if a more detailed definition is required or the features are to be specified.
Von Vorteil ist es, wenn die Rotoreinheit mit Öl gekühlt wird. Die Rotoreinheit kann dabei innen mit Öl gekühlt sein. Das Öl kann an einen Ölkreislauf angeschlossen sein, der über einen bekannten Ölkühler verfügt. Von Vorteil ist es, wenn die Statoreinheit außenseitig mit Wasser oder Luft gekühlt wird. Eine Kombination der Kühlung der Rotoreinheit mit Öl und der Statoreinheit mit Wasser hat sich als besonders geeignet herausgestellt.It is advantageous if the rotor unit is cooled with oil. The rotor unit can be cooled inside with oil. The oil can be connected to an oil circuit that has a known oil cooler. It is advantageous if the stator unit is cooled on the outside with water or air. A combination of cooling the rotor unit with oil and the stator unit with water has been found to be particularly suitable.
Ein vorteilhaftes Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors ist in Anspruch 20 dargestellt. Der Verbrennungsmotor kann dabei insbesondere als Hubkolbenmotor zur Erzeugung mechanischer Energie durch Expansion eines Gases oder eines Heißgases aus der Verbrennung eines Gas- oder Gas-Brennstoffgemischs ausgebildet sein. Der Verbrennungsmotor kann dabei über eine Statoreinheit, eine Rotoreinheit, eine Steuerkurve und mindestens eine Kolben-/Zylindereinheit verfügen. Dabei kann vorgesehen sein, dass sich ein Kolben der mindestens einen Kolben-/Zylindereinheit an der Steuerkurve über Führungsmittel abstützt und eine dadurch beeinflussbare Hubbewegung ausführt. Von Vorteil ist es dabei, wenn die Steuerkurve einen Verlauf aufweist, welcher in mindestens einem definierten Winkelabschnitt einen Konstantstellung der Position des Kolbens in der Kolben-/Zylindereinheit erzeugt, wobei der definierte Winkelabschnitt wenigstens teilweise einem Verbrennungstakt zugeordnet ist. Von Vorteil ist es dabei, wenn der definierte Winkelabschnitt einem Verbrennungstakt entspricht bzw. zugeordnet ist.An advantageous method for operating an internal combustion engine is shown in
Weiter ist es bei einem Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors von Vorteil, wenn bei einer Drehbewegung der Rotoreinheit um 360° zwei oder mehrere vollständige Arbeitskreisprozesse erfolgen, bei denen jeweils im Verbrennungstakt eine Konstantstellung der Position des Kolbens in der Kolben-/Zylindereinheit erzeugt wird.Furthermore, in a method for operating an internal combustion engine, it is advantageous if, during a rotary movement of the rotor unit through 360 °, two or more complete working cycle processes take place in which a constant position of the position of the piston in the piston / cylinder unit is generated in the combustion cycle.
Von Vorteil bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es außerdem, wenn ein Arbeitskreisprozess fünf Arbeitstakte aufweist, die sich dadurch ergeben, dass die Kolben-/Zylindereinheit fünf Winkelabschnitte an der Steuerkurve abfährt, wonach in einem ersten Winkelabschnitt ein Arbeitsraum der Kolben-/Zylindereinheit befüllt wird, wonach in einem zweiten Winkelabschnitt das Gas- oder Gas-Brennstoffgemisch verdichtet wird, wonach in einem dritten Winkelabschnitt das verdichtete Gas- oder Gas-Brennstoffgemisch gezündet wird, wobei im dritten Winkelabschnitt die Position des Kolbens in der Kolben-/Zylindereinheit konstant gehalten wird, wonach in einem vierten Winkelabschnitt der Kolben aus der Kolben-/Zylinder-einheit herausbewegt wird und wonach in einem fünften Winkelabschnitt der verbrannte Brennstoff ausgestoßen wird.It is also advantageous in the method according to the invention if a working cycle process has five working strokes, which result from the fact that the piston / cylinder unit moves off five angular sections on the control cam, after which a working space of the piston / cylinder unit is filled in a first angle section, after which the gas or gas fuel mixture is compressed in a second angle section, after which the compressed gas or gas fuel mixture is ignited in a third angle section, wherein the position of the piston in the piston / cylinder unit is kept constant in the third angular section, after which in a fourth angle portion of the piston is moved out of the piston / cylinder unit and then in a fifth angle section of the burned fuel is ejected.
Ein besonders bevorzugtes Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Gleichraumverbrennungsmotors, insbesondere eines Fünf-Takt-Gleichraumverbrennungsmotors, ergibt sich ferner aus den einzeln oder in Kombination miteinander verwendbaren Merkmalen, die vorstehend und nachstehend anhand der erfindungsgemäßen Vorrichtung offenbart sind.A particularly preferred method for operating an internal combustion engine, in particular a reciprocating internal combustion engine, in particular a five-stroke synchronous combustion engine, further results from the individually or in combination usable features, which are disclosed above and below with reference to the device according to the invention.
Eine vorteilhafte Verwendung eines Gleichraumverbrennungsmotors als Generator ergibt sich aus Anspruch 24. Dabei ist vorgesehen, dass der rotatorische Teil des Generators, bei dem es sich beispielsweise um Permanentmagneten handeln kann, in der Rotoreinheit integriert oder diese damit versehen ist. Ferner ist vorgesehen, dass die Statoreinheit des Generators, bei der es sich beispielsweise um Statorwicklungen handeln kann, in einem Gehäuse des Gleichraumverbrennungsmotors oder der Statoreinheit des Gleichraumverbrennungsmotors integriert oder diese damit versehen sind.An advantageous use of a reciprocating internal combustion engine as a generator results from
Dadurch lässt sich besonders vorteilhaft elektrische Energie erzeugen, die beispielsweise im Fahrzeug zur Ladung einer Batterie oder anderweitig verwendet werden kann. Es lässt sich mit der Energie auch besonders vorteilhaft ein Blockheizkraftwerk betreiben. Bei einem Fahrzeug kann es sich beispielsweise um ein Kraftfahrzeug aber auch um ein Nutzfahrzeug oder ein anderes Land-, See- oder Luftfahrzeug handeln.As a result, electrical energy can be generated in a particularly advantageous manner, which can be used, for example, in the vehicle for charging a battery or otherwise. It can be operated with the energy also particularly advantageous a combined heat and power plant. A vehicle may be, for example, a motor vehicle but also a commercial vehicle or another land, sea or aircraft.
Eine vorteilhafte Verwendung eines Gleichraumverbrennungsmotors ergibt sich ferner auch aus Anspruch 25. Dabei ist vorgesehen, dass der Gleichraumverbrennungsmotor einen Generator antreibt. Der Generator kann dann wiederum zum Betrieb eines Blockheizkraftwerks oder zum Laden der Batterie eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden.An advantageous use of a constant-volume combustion engine also results from
Anspruch 27 offenbart ferner eine besonders vorteilhafte Verwendung eines Gleichraumverbrennungsmotors in Verbindung mit einem Elektromotor zum kombinierten und/oder alternativen Antreiben eines Kraftfahrzeugs, insbesondere der anzutreibenden Räder eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere bei sogenannten Elektro-Fahrzeugen besteht ein Problem darin, dass deren Reichweite, bedingt durch die Batterieleistung, oftmals stark begrenzt ist. Es ist daher zur Erweiterung der Reichweite häufig einen zusätzlichen Benzin- oder Dieselmotor im Fahrzeug eingebaut. Diese erfordern dann jedoch einen entsprechenden konstruktiven Aufbau und erhöhen das Gewicht des Fahrzeugs. Der erfindungsgemäße Gleichraumverbrennungsmotor ist konstruktiv erheblich einfacher zu realisieren und zudem leichter als die aus dem Stand der Technik bekannten Motoren, die zur Reichweitenverlängerung von Elektro-Fahrzeugen eingesetzt werden. Der erfindungsgemäße Gleichraumverbrennungsmotor eignet sich daher besonders gut zur Kombination mit einem Elektromotor. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Gleichraumverbrennungsmotor die Batterie des Elektromotors auflädt. Alternativ kann der Gleichraumverbrennungsmotor jedoch auch für einen direkten Antrieb des Fahrzeugs sorgen. Es ist zudem möglich, den Gleichraumverbrennungsmotor und den Elektromotor gleichzeitig zu betreiben oder alternativ zueinander.
Der erfindungsgemäße Gleichraumverbrennungsmotor eignet sich besonders gut zur Reichweitenverlängerung und Ladeerhaltung bei Elektro-Fahrzeugen. Ferner eignet sich der erfindungsgemäße Gleichraumverbrennungsmotor zur Verwendung bei Hybridfahrzeugen und zum Antrieb von Motorrädern und Motorrollern. Der erfindungsgemäße Gleichraumverbrennungsmotor eignet sich zudem zur Verwendung als Wasserstoffverbrennungsmotor aufgrund des Wirkungsgrades und des Entfalls von Ventilen. Ferner hat sich herausgestellt, dass sich der Gleichraumverbrennungsmotor aufgrund des erhöhten Motorwirkungsgrads besonders gut als Blockheizkraftwerk einsetzen lässt. Der erfindungsgemäße Gleichraumverbrennungsmotor kann zudem als Dieselmotor eingesetzt werden.The constant velocity internal combustion engine according to the invention is particularly well suited for range extension and charge retention in electric vehicles. Furthermore, the constant volume internal combustion engine according to the invention is suitable for use in hybrid vehicles and for driving motorcycles and scooters. The constant volume internal combustion engine according to the invention is also suitable for use as a hydrogen combustion engine due to the efficiency and the elimination of valves. Furthermore, it has been found that the internal combustion engine can be used particularly well as combined heat and power plant due to the increased engine efficiency. The constant volume internal combustion engine according to the invention can also be used as a diesel engine.
Der Gleichraumverbrennungsmotor kann beispielsweise über eine herkömmliche Schwungscheibe und einen Starter in Betrieb genommen werden. Alternativ oder ergänzend ist es auch möglich, den Gleichraumverbrennungsmotor über Druckluft gespeist von einem Druckluftbehälter in Betrieb zu nehmen. Der Druckluftbehälter kann dabei beispielsweise während des Motorbetriebs durch einen Verdichter aufgeladen werden. Diese Variante bietet den Vorteil einer verschleißarmen, robusten Startanlage, die das elektrische Bordnetz sowie elektrische Energiespeicher nicht belastet, was insbesondere bei der Anwendung als Reichweitenverlängerer und zur Ladeerhaltung im Elektrofahrzeug von Bedeutung sein kann. Der Verdichter kann über eine schaltbare Kupplung wahlweise von der Abtriebswelle bzw. der Antriebswelle oder von einem Elektromotor angetrieben werden.The constant-volume combustion engine can be put into operation, for example, via a conventional flywheel and a starter. Alternatively or additionally, it is also possible to use the constant-volume combustion engine fed by compressed air from a compressed air tank in operation. The compressed air tank can be charged, for example during engine operation by a compressor. This variant has the advantage of a low-wear, robust starting system that does not burden the electrical system and electrical energy storage, which may be particularly important in the application as Range Extender and for maintaining the charge in the electric vehicle. The compressor can be driven by a switchable clutch either from the output shaft or the drive shaft or by an electric motor.
Von Vorteil ist es, wenn das Zünden des Gas- oder Gas-Brennstoffgemischs im Arbeitsraum durch ein mitrotierendes Zündkerzensystem erfolgt. Die Zündanlage kann dabei vorzugsweise aus einem mitrotierenden Zündkerzensystem und dessen Spannungsversorgung bestehen.It is advantageous if the ignition of the gas or gas-fuel mixture takes place in the working space by a co-rotating spark plug system. The ignition system may preferably consist of a co-rotating spark plug system and its power supply.
Die Gemischaufbereitung kann gegebenenfalls über eine externe Mischkammer, ein Einspritzventil und wahlweise ein Umschaltventil erfolgen. Hier sind auch andere Ausgestaltungen denkbar. Die Gemischaufbereitung beispielsweise eines Kraftstoffluftgemischs kann beispielsweise über eine zentrale oder für jede Einlassbohrung separate Gemischbildungseinheit erfolgen.The mixture preparation can optionally take place via an external mixing chamber, an injection valve and optionally a changeover valve. Here, other embodiments are conceivable. The mixture preparation, for example, of a fuel-air mixture can be effected, for example, via a central mixture-forming unit or separate for each inlet-bore.
Das innere Motorkühlsystem kann in einer Ausführungsform aus einer Rotorscheibe mit Kühlmittelbohrungen, Wellendichtringen, mitrotierender Kühlmittelvor- und Rücklauftrennung sowie dessen konstruktive Gestaltung derart, dass das Kühlmittel zentrifugalkraftunterstützt zum Brennraumdach strömt, realisiert werden.The inner engine cooling system can in one embodiment of a rotor disk with coolant holes, shaft seals, co-rotating coolant flow and return separation and the structural design such that the coolant flows centrifugally assisted to the combustion chamber roof realized.
Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung des Ausführungsbeispiels und den Zeichnungen hervor. Dabei zeigen:Further features of the invention will become apparent from the following description of the figures of the embodiment and the drawings. Showing:
Der in
In dem in
Die Kolben-/Zylindereinheit
In dem Gehäuse
Zur Ausführung eines Arbeitskreisprozesses ist der in der Kolben-/Zylindereinheit
Für eine störungsfreie Bewegung des Kolbens
Die sich an dem Pleuelbolzen
Auf der Mantelfläche der Kolben-/Zylindereinheit
Die im Gehäuse
Der Führungsverlauf
In
Ausgehend von einer Halbierenden
Die Arbeitstakte werden in entsprechendem Winkelabschnitt im Führungsverlauf
Der dem ersten Winkelabschnitt
In dem nachfolgenden, dritten Winkelabschnitt
In dem Winkelabschnitt
Nach dem Winkelabschnitt
Der hier dargestellten
Darüber hinaus ist der
Das Ausführungsbeispiel ist nicht auf die dargestellten Winkelabschnitte und deren konkreten Verlauf und Anordnung beschränkt. Wesentlich ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass eine Konstantstellung der Position des Kolbens
In
Die in
Der Mittelrotor
Im äußeren Randbereich der Rotorscheibe
Aufgrund der einseitigen Verbindung zwischen der Rotorscheibe
Die Rotorscheibe
Die Kulissenführung
Grundsätzlich ist auch die Anordnung von Ladungswechsel und Kühlmittelwechsel in einer Rotorscheibe oder im vorzugsweise einstückig ausgebildeten Mittelrotor denkbar, wenngleich die einzelne Kanalführung dabei ungleich komplexer auszuführen wäre.In principle, the arrangement of charge exchange and coolant change in a rotor disk or preferably integrally formed center rotor is conceivable, although the individual channel guide would be doing unevenly more complex.
In
Die Zylinderbüchsen
Die Mantelfläche der Zylinderbüchse
Des Weiteren sind in der Mantelfläche der Zylinderbüchse
Im Innenraum der Zylinderbüchse
Die Zylinderbüchsen
In
Die Kolbenlaufbüchsen
Die Kolbenlaufbüchsen
Am offenen Ende der Kolbenlaufbüchse
Die Kolbenlaufbüchse
In
Die Rotoreinheit
In der in
Anstelle der Permanentmagnete
Die Erfindung ist im Ausführungsbeispiel anhand einer Ausführungsform beschrieben, in der die Kolben-/Zylindereinheit
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- GleichraumverbrennungsmotorConstant volume combustion engine
- 22
- Gehäusecasing
- 33
- Statoreinheitstator
- 44
- Rotoreinheitrotor unit
- 55
- Kolben-/ZylindereinheitPiston / cylinder unit
- 66
- Antriebswelledrive shaft
- 6A6A
- Rotationsachseaxis of rotation
- 77
- Zylinderachsecylinder axis
- 88th
- Lagercamp
- 99
- Steuerkurvecam
- 9A9A
- äußeres Steuerkurvenelementouter cam element
- 9B 9B
- inneres Steuerkurvenelementinner cam element
- 1010
- Führungsverlaufleadership course
- 1111
- Kolbenpiston
- 1212
- PleuelbolzenCon rod
- 1313
- Zylinderbüchsecylinder liner
- 1414
- BrennraumdachCombustion chamber roof
- 1515
- Kulissescenery
- 1616
- Einlassbohrung LadungswechselInlet hole charge change
- 16A16A
- Auslassbohrung LadungswechselOutlet bore charge change
- 1717
- Drehrichtungdirection of rotation
- 1818
- 1. Winkelabschnitt Befüllung1st angle section filling
- 1919
- 2. Winkelabschnitt Verdichtung2nd angle section compression
- 2020
- 3. Winkelabschnitt Zünden + Gleichraumverbrennung3. Angle section Ignition + Equilibrium combustion
- 2121
- 4. Winkelabschnitt Kolbenexpansion4th angle section piston expansion
- 2222
- 5. Winkelabschnitt Ladungswechsel5. Angle section charge change
- 2323
- Halbierendebisector
- 2424
- Kulissenführunglink guide
- 2525
- KolbenlaufbüchsePiston liner
- 2626
- Rotorscheibe LadungswechselRotor disc charge change
- 2727
- Rotorscheibe KühlmittelwechselRotor disc coolant change
- 2828
- MittelrotorCentral rotor
- 2929
- Labyrinthdichtunglabyrinth seal
- 3030
- Ausnehmungrecess
- 3131
- Einventilsystem (Schaltventil)One-valve system (switching valve)
- 3232
- rücksprungartiger Verlauf (Vertiefung) Steuerkurverecession-like course (recess) cam
- 3333
- Einlassbohrung KühlmittelInlet hole coolant
- 33A33A
- Auslassbohrung KühlmittelOutlet bore coolant
- 3535
- KühlmitteldichtringCoolant seal
- 3636
- KühlmittelabdeckungCoolant cover
- 3737
- Vorkammerantechamber
- 3838
- Statorwicklungstator
- 3939
- PermanenmagnetPermanenmagnet
- 4040
- Arbeitsraumworking space
- 4242
- Anschluss ZündquelleConnection ignition source
- 4343
- Aussparung (Zylinderbüchse/Kolbenlaufbuchse)Recess (cylinder liner / piston liner)
- 4444
- Bohrung (Brennraumdach)Bore (combustion chamber roof)
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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WO (1) | WO2012052518A1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017003578A1 (en) * | 2015-06-29 | 2017-01-05 | Russell Energy Corporation | Internal combustion engine/generator with pressure boost |
WO2018142097A1 (en) * | 2017-02-02 | 2018-08-09 | Combustion Order Ltd | Improvements to operation of engines |
JP2019090415A (en) * | 2014-01-15 | 2019-06-13 | ニューレノアー リミテッド | Internal combustion engine and manufacturing method for internal combustion engine |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3216007C2 (en) | 1981-05-04 | 1992-07-09 | Poclain Hydraulics, Verberie, Oise, Fr |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1646695A (en) * | 1923-07-16 | 1927-10-25 | Bernard Martin | Reversible rotary motor |
US2920611A (en) * | 1955-09-14 | 1960-01-12 | Casini Carlo Romano | Rotary internal combustion engine with radial cylinders and variable stroke |
US4334506A (en) * | 1975-11-17 | 1982-06-15 | Albert Albert F | Reciprocating rotary engine |
US6230670B1 (en) * | 2001-03-28 | 2001-05-15 | Robert L. Russell | Engine generator |
US8113165B2 (en) * | 2009-02-16 | 2012-02-14 | Russell Energy Corporation | Stationary block rotary engine/generator |
-
2011
- 2011-10-20 DE DE201110084891 patent/DE102011084891A1/en not_active Withdrawn
- 2011-10-20 WO PCT/EP2011/068353 patent/WO2012052518A1/en active Application Filing
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3216007C2 (en) | 1981-05-04 | 1992-07-09 | Poclain Hydraulics, Verberie, Oise, Fr |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019090415A (en) * | 2014-01-15 | 2019-06-13 | ニューレノアー リミテッド | Internal combustion engine and manufacturing method for internal combustion engine |
WO2017003578A1 (en) * | 2015-06-29 | 2017-01-05 | Russell Energy Corporation | Internal combustion engine/generator with pressure boost |
US10527007B2 (en) | 2015-06-29 | 2020-01-07 | Russel Energy Corporation | Internal combustion engine/generator with pressure boost |
WO2018142097A1 (en) * | 2017-02-02 | 2018-08-09 | Combustion Order Ltd | Improvements to operation of engines |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2012052518A1 (en) | 2012-04-26 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R082 | Change of representative | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20140501 |