DE102015006320A1 - Circular segment motor - Google Patents

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Abstract

Eine Verbrennungskraftmaschine für stationäre und mobile Einsatzgebiete, die einen konzentrisch umlaufenden, in mehrere Kreissegmente geteilten Kolben besitzt. Durch diese Anordnung entsteht eine sehr hohe Leistungsdichte bei der gleichzeitigen Nutzung der kinematischen Vorteile eines Drehkolbenmotors. Der Kreissegmentmotor ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben in mindestens zwei beidseitig wirkende Kreissegmente (1, 2) geteilt ist, die sich auf konzentrischen Bahnen, wechselweise intermittierend im Motorgehäuse (3) bewegen und dabei zwischen den Stirnflächen der Kreissegmente (1, 2) und dem Motorgehäuse (3) die variablen Verdichtungs- und Verdrängungsräume (5, 6) bilden. Während einer vollen Drehung des Abtriebs (4) kommt es bei zwei intermittierend rotierenden Kreissegmenten je nach Ausführung des Sperrgetriebes zu insgesamt drei oder sechs Verbrennungsvorgängen. Darin ist die besonders hohe Leistungsdichte des Kreissegmentmotors begründet.An internal combustion engine for stationary and mobile applications, which has a concentric circumferential, divided into several circular segments piston. This arrangement results in a very high power density in the simultaneous use of the kinematic advantages of a rotary piston engine. The circular segment motor is characterized in that the piston is divided into at least two double-acting circle segments (1, 2) which move on concentric tracks, alternately intermittently in the motor housing (3) and between the end faces of the circular segments (1, 2) and the motor housing (3) form the variable compression and displacement chambers (5, 6). During a full rotation of the output (4) occurs in two intermittently rotating circular segments, depending on the design of the lock gear to a total of three or six combustion processes. This is the reason for the particularly high power density of the circular segment motor.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine für stationäre und mobile Einsatzgebiete.The invention relates to an internal combustion engine for stationary and mobile applications.

Stand der TechnikState of the art

Verbrennungskraftmaschinen wandeln chemisch gebundene Energie in mechanische Arbeit. Durch die Expansion der Verbrennungsgase in einem veränderbaren umschlossenen Raum wird dessen Volumen vergrößert.Internal combustion engines convert chemically bound energy into mechanical work. The expansion of the combustion gases in a variable enclosed space increases its volume.

Die älteste und einfachste Methode diese Volumenänderungen während des thermodynamischen Kreisprozesses in eine Bewegung umzuformen, nutzen die Hubkolbenmotoren, sie bewegen einen Kolben geradlinig in einem Zylinder.The oldest and simplest method of transforming these volume changes into a movement during the thermodynamic cycle is the use of reciprocating engines, which move a piston in a straight line in a cylinder.

Drehkolbenmotoren mit exzentrischem Aufbau nutzen dagegen die Volumenänderung, die bei der Drehung eines exzentrisch gelagerten Drehkolbens gegenüber dem speziell geformten Motorgehäuse erfolgt. Bekannt sind verschiedene Varianten als Drehkolben-Wankelmotor und Kreiskolben-Wankelmotor. Der Wankel-Motor wurde in dem U.S.-Patent Nr. 2,988,008 dargestellt.In contrast, rotary piston engines with eccentric design use the volume change that occurs when an eccentrically mounted rotary piston is rotated relative to the specially shaped motor housing. Various variants are known as rotary engine rotary engine and rotary engine rotary engine. The Wankel engine was in the U.S. Patent No. 2,988,008 shown.

Drehkolbenmotoren mit konzentrischem Aufbau sind ebenfalls in mehreren Varianten beschrieben. Um das Volumen von Verdichtungs- und Brennraum verändern zu können, werden hier beispielsweise Sperrschieber, dargestellt in DE 102007020337 A1 , DE 19921737 A1 und DE 2016845 oder Drehschieber, dargestellt in DE 19509913 A1 eingesetzt.Rotary engines with concentric design are also described in several variants. To change the volume of compression and combustion chamber, here are, for example, gate valves, shown in DE 102007020337 A1 . DE 19921737 A1 and DE 2016845 or rotary valve, shown in DE 19509913 A1 used.

Diese grundsätzlichen Unterschiede in der Realisierung der Volumenänderung führen dazu, dass alle Verbrennungskraftmaschinen kinematisch in Hubkolbenmotoren, bei denen ein Kurbeltrieb die Rotation aus der geradlinigen Kolbenbewegung erzeugen muss und in Drehkolbenmotoren, die eine solche Bewegungsumformung nicht benötigen, klassifiziert werden können.These fundamental differences in the realization of the volume change lead to all internal combustion engines kinematically in reciprocating engines, in which a crank mechanism must generate the rotation of the rectilinear piston movement and in rotary engines that do not require such a motion transformation, can be classified.

Eine weitere Einteilung aller Verbrennungskraftmaschinen kann nach der Art des verwendeten Zündverfahrens erfolgen. Hier werden die Fremdzündung (Otto-Motoren) und die Eigenzündung (Diesel-Motoren) unterschieden.A further classification of all internal combustion engines can be made according to the type of ignition method used. Here, the spark ignition (gasoline engines) and the ignition (diesel engines) are distinguished.

Unabhängig vom verwendeten Zündverfahren lassen sich fast alle konventionellen Verbrennungskraftmaschinen einem von zwei Gaswechselverfahren zuordnen. Aufgabe dieser Verfahren ist es, nach jedem Verbrennungsvorgang das entstandene Abgas mit Frischgas zu tauschen. Unterschieden wird hier das Viertaktverfahren, bei dem jeder Arbeitsschritt (Ansaugen, Verdichten, Verbrennen und Ausstoßen) einen eigenen Kolbenhub erfordert und das Zweitaktverfahren, bei dem einerseits das Ansaugen und Verdichten und andererseits das Verbrennen, Vorverdichten und Ausstoßen in jeweils einem Kolbenhub erfolgt. Hubkolbenmotoren können beide Gaswechselverfahren verwenden, bisher eingesetzte Drehkolbenmotoren (Wankel-Motor) arbeiten nach dem Viertaktverfahren.Regardless of the ignition method used, almost all conventional internal combustion engines can be assigned to one of two gas exchange processes. The object of this method is to exchange the resulting exhaust gas with fresh gas after each combustion process. Differences here are the four-stroke process, in which each step (suction, compression, combustion and ejection) requires its own piston stroke and the two-stroke process, on the one hand the suction and compression and on the other hand, the burning, pre-compression and ejection takes place in each case a piston stroke. Reciprocating engines can use both gas exchange processes, previously used rotary engines (Wankel engine) work on the four-stroke process.

Verbrennungskraftmaschinen können mit vielfältigen chemischen Energieträgern betrieben werden. Neben Benzin- und Dieselkraftstoffen, Erd- und Propangas werden zunehmend auch Bio-Treibstoffe eingesetzt. Grundsätzlich kann ein Verbrennungsmotor jeden dieser Energieträger unabhängig vom verwendeten kinematischen Prinzip und dem realisierten Gaswechselverfahren benutzen. Allein das verwendete Zündverfahren schränkt die Auswahl an chemischen Energieträgern ein.Internal combustion engines can be operated with a variety of chemical energy sources. In addition to gasoline and diesel fuels, natural gas and propane gas, biofuels are increasingly used. In principle, an internal combustion engine can use any of these energy sources, regardless of the kinematic principle used and the gas exchange process implemented. Only the ignition method used limits the choice of chemical energy sources.

Industriell gefertigte Hubkolbenmotoren haben je nach Ausführung typischerweise einen Wirkungsgrad von 36 bis 43 Prozent im jeweils optimalen Lastbereich. Aufgrund des höheren spezifischen Kraftstoffverbrauchs von Wankel-Motoren haben diese trotz ihrer kinematischen Vorteile einen etwa 10 Prozent schlechteren Wirkungsgrad. Dies ist sicher der Hauptgrund, warum sich bisher Drehkolbenmotoren nicht gegen die Hubkolbenmotoren durchsetzen konnten.Depending on the design, industrially produced reciprocating engines typically have an efficiency of 36 to 43 percent in the respective optimum load range. Due to the higher specific fuel consumption of Wankel engines, they have about 10 percent lower efficiency despite their kinematic advantages. This is certainly the main reason why previously rotary engine could not prevail against the reciprocating engines.

Mängel bisher bekannter LösungenDeficiencies of previously known solutions

Der konventionelle Hubkolbenmotor im Viertaktverfahren besitzt durch seinen Leerhub eine grundsätzlich verminderte Leistungsdichte. Zudem entsteht für die notwendige Ventilsteuerung ein beträchtlicher Fertigungsaufwand. Diese Nachteile sind beim Hubkolbenmotor mit Zweitaktverfahren zwar beseitigt, aber es entstehen hier durch den notwendigen Einsatz der Gemischschmierung neue Mängel wie beispielweise Ölverbrauch und Abgasgeruch sowie die damit verbundenen Emissionsprobleme.The conventional reciprocating engine in the four-stroke process has a basically reduced power density due to its idle stroke. In addition, a considerable manufacturing effort is required for the necessary valve control. Although these disadvantages are eliminated in reciprocating engine with two-stroke process, but it created by the necessary use of the mixture lubrication new deficiencies such as oil consumption and exhaust odor and the associated emission problems.

Der Drehkolbenmotor nach Wankel erfordert lange und sehr schmale Dichtflächen, die zu Druckverlusten und begrenzter Lebensdauer führen. Der spezifische Kraftstoffverbrauch von Wankelmotoren ist aufgrund der Brennraumgeometrie erheblich höher als der von Hubkolbenmotoren. Der Wirkungsgrad von Hubkolbenmotoren wird nicht erreicht. Die notwendige Schmierung der Dichtflächen führt zur Verbrennung des Motoröls und somit zu höheren Betriebskosten und ungünstigen Abgaswerten.The Wankel rotary engine requires long and very narrow sealing surfaces, which lead to pressure losses and a limited service life. The specific fuel consumption of Wankel engines is significantly higher than that of reciprocating engines due to the geometry of the combustion chamber. The efficiency of reciprocating engines is not achieved. The necessary lubrication of the sealing surfaces leads to the combustion of the engine oil and thus to higher operating costs and unfavorable emissions.

Aufgaben tasks

Es wird angestrebt, eine hohe Leistungsdichte durch wenige bewegte Teile, eine überdurchschnittliche Raumnutzung und ein geringes Gesamtgewicht zu erzielen. Das neue Arbeitsverfahren soll einen höheren Wirkungsgrad als herkömmliche Drehkolbenmotoren erreichen. Es sollen für die Krafterzeugung prinzipiell alle verfügbaren Energieträger, wie Diesel, Benzin, Bio-Treibstoffe und Gas eingesetzt werden können.The aim is to achieve a high power density through few moving parts, above-average space utilization and a low total weight. The new working method should achieve higher efficiency than conventional rotary piston engines. In principle, all available energy sources, such as diesel, gasoline, biofuels and gas should be used for generating power.

Lösungsolution

Um die beschriebenen Aufgaben lösen zu können, wird aufgrund der kinematischen Vorteile ein Drehkolbenmotor eingesetzt. Weiterhin wird eine konzentrische Lösungsvariante gewählt, um die bestehenden Abdichtungsprobleme bei exzentrischen Drehkolbenmotoren auszuschließen. Auf diesem Stand der Technik baut die Erfindung auf.In order to solve the described tasks, a rotary engine is used due to the kinematic advantages. Furthermore, a concentric solution variant is chosen to exclude the existing sealing problems with eccentric rotary piston engines. The invention is based on this state of the art.

Neu ist die Ausführung als konzentrischer Kreiskolbenmotor, dessen rotierender Kolben in mindestens zwei beidseitig wirkende Kreissegmente geteilt ist. Diese Kreissegmente führen während einer Abtriebsdrehung zwangsgeführte intermittierende Bewegungen aus und bilden so durch ihre Stirnflächen und das Motorgehäuse begrenzt, die variablen Verdichtungs- und Verdrängungsräume.New is the version as a concentric rotary engine whose rotating piston is divided into at least two double-acting circle segments. These circular segments perform positively driven intermittent movements during an output rotation and thus define, by their end faces and the motor housing limited, the variable compression and displacement chambers.

Die intermittierenden Bewegungen werden durch ein Sperrgetriebe ermöglicht, dass sich außerhalb des Verbrennungsraumes befindet.The intermittent movements are made possible by a locking gear that is located outside the combustion chamber.

Während einer vollen Abtriebsdrehung kommt es bei zwei intermittierend rotierenden Kreissegmenten je nach Ausführung des Sperrgetriebes zu insgesamt drei oder sechs Verbrennungsvorgängen. Darin ist die besonders hohe Leistungsdichte des Kreissegmentmotors begründet.During a full output rotation occurs with two intermittently rotating circular segments depending on the design of the locking gear to a total of three or six combustion processes. This is the reason for the particularly high power density of the circular segment motor.

Durch die großflächigen, konzentrischen Dichtflächen zwischen den Kreissegmenten und dem Motorgehäuse wird der Einsatz einer Druckumlaufschmierung ermöglicht, die über Hohlwellen aus dem Sperrgetriebegehäuse versorgt wird.Due to the large, concentric sealing surfaces between the circular segments and the motor housing, the use of a pressure circulation lubrication is enabled, which is supplied via hollow shafts from the Sperrgetriebegehäuse.

Der Gasaustausch wird wie im Zweitaktverfahren realisiert, es handelt sich dabei um einen Motor mit Gleichstromspülung. Das drehwinkelabhängige Freigeben und Schließen von Steueröffnungen wird durch eine rotierende Gassteuerscheibe ermöglicht, die sich direkt über den Kreissegmenten befindet.The gas exchange is realized as in the two-stroke process, it is a motor with DC flushing. The rotation angle-dependent release and closing of control openings is made possible by a rotating gas control disc, which is located directly above the circle segments.

Es ist im Hinblick auf einen hohen Wirkungsgrad sinnvoll, den Motor mit einer Frischluftkompression auszustatten, obwohl er grundsätzlich auch selbstansaugend ausgeführt werden kann.It is sensible in view of a high efficiency to equip the engine with a fresh air compression, although in principle it can also be carried out self-priming.

Beschreibung des allgemeinen Arbeitsverfahrens und eines AusführungsbeispielsDescription of the general working method and an embodiment

Nach der Beschreibung des allgemeinen Funktionsprinzips mit vereinfachten Darstellungen der Rotationssequenzen im Verbrennungsraum wird eine konkrete Ausführungsvariante des Kreisscheibenmotors mit allen wesentlichen kinematischen Elementen erläutert.After the description of the general operating principle with simplified representations of the rotational sequences in the combustion chamber, a concrete embodiment of the circular disk motor is explained with all the essential kinematic elements.

In beiden Beispielen ist der Drehkolben im Motorgehäuse in zwei Kreissegmente geteilt, so dass drei Segmente mit je 120° entstehen. Zwei Segmente werden von dem geteilten Kreiskolben ausgefüllt und nachfolgend nur noch als „Kreissegment 1” und „Kreissegment 2” bezeichnet. Das dritte Segment bleibt leer. Dessen Volumen wird sich während des Motorbetriebs zwischen den Kreissegmenten verteilen und so die Funktion von Verdichtungs- und Verdrängungsraum übernehmen.In both examples, the rotary piston in the motor housing is divided into two circular segments, so that three segments each with 120 ° arise. Two segments are filled by the split rotary piston and subsequently only as a "circle segment 1 "And" circle segment 2 " designated. The third segment remains empty. Its volume will be distributed between the circular segments during engine operation, thus assuming the function of compression and displacement space.

Die Kreissegmente sind nicht dauerhaft starr mit dem Abtrieb verbunden, sondern ein Sperrgetriebe, das sich außerhalb des Verbrennungsraums befindet, leitet wechselweise die Rotation von einem Kreissegment an den Abtrieb weiter und sperrt das andere Kreissegment gegen eine Relativbewegung zum Motorgehäuse. Die Sperrung eines Kreissegmentes und die Verbindung des anderen mit dem Abtrieb geschehen zwangsweise in Abhängigkeit des Drehwinkels der Abtriebswelle.The circular segments are not permanently rigidly connected to the output, but a lock gear, which is located outside the combustion chamber, alternately forwards the rotation of a circular segment to the output and locks the other circular segment against relative movement to the motor housing. The blocking of a circle segment and the connection of the other done with the output forced as a function of the angle of rotation of the output shaft.

In den dazugehörigen Zeichnungen zeigenIn the accompanying drawings show

1 die Prinzipdarstellung von Motorgehäuse und Kreissegmenten zu Beginn einer Abtriebswellendrehung bei 0°, 1 the schematic representation of the motor housing and circular segments at the beginning of an output shaft rotation at 0 °,

2 die Prinzipdarstellung von Motorgehäuse und Kreissegmenten im Verlauf einer Abtriebswellendrehung bei 120°, 2 the schematic representation of motor housing and circular segments in the course of an output shaft rotation at 120 °,

3 die Prinzipdarstellung von Motorgehäuse und Kreissegmenten im Verlauf einer Abtriebswellendrehung bei 240° und 3 the schematic diagram of motor housing and circular segments in the course of output shaft rotation at 240 ° and

4 die Prinzipdarstellung von Motorgehäuse und Kreissegmenten am Ende einer Abtriebswellendrehung bei 360°. 4 the schematic representation of the motor housing and circular segments at the end of an output shaft rotation at 360 °.

5 zeigt eine perspektivische Ansicht des zylindrischen Verbrennungsraums mit den Kreissegmenten, der Gassteuerscheibe und dem Motorgehäusedeckel. 5 shows a perspective view of the cylindrical combustion chamber with the circle segments, the gas control disc and the motor housing cover.

6 ist die Schnittdarstellung durch den Verbrennungsraum. Es sind auch die zum Sperrgetriebe führenden Wellen dargestellt. 6 is the sectional view through the combustion chamber. There are also shown the waves leading to the locking gear.

7 stellt das Sperrgetriebe mit den in den Verbrennungsraum führenden Wellen und dem Abtrieb dar. Der Schnitt A-A zeigt als Detail die Sperrscheibe und die beiden Sternräder, mit denen die intermittierenden Bewegungen der Kreissegmente ermöglicht werden. 7 represents the lock gear with the leading into the combustion chamber waves and the output. The section AA shows as a detail of the locking disc and the two star wheels, with which the intermittent movements of the circle segments are made possible.

In 1 ist ein Kreissegment (1) durch das Sperrgetriebe mit dem Abtrieb (4) verbunden und das andere Kreissegment (2) gegenüber einer Relativbewegung zum Motorgehäuse (3) gesperrt. Zwischen den Kreissegmenten (1, 2) ist im Zündraum (6) das Frischgas bereits komprimiert, es wird Kraftstoff eingespritzt und gezündet. Durch die Expansion des Brenngases wird das bewegliche Kreissegment (1) im Uhrzeigersinn gedreht. Während dieser 120° Drehung ist es mit dem Abtrieb (4) verbunden, am Abtrieb wird eine mechanische Arbeit verrichtet. Gleichzeitig wird im leeren Kreissegment (5) der Gasaustausch durchgeführt und das Frischgas verdichtet.In 1 is a circle segment ( 1 ) by the lock gear with the output ( 4 ) and the other circle segment ( 2 ) relative to a relative movement to the motor housing ( 3 ) blocked. Between the circle segments ( 1 . 2 ) is in the ignition space ( 6 ) already compresses the fresh gas, fuel is injected and ignited. Due to the expansion of the fuel gas, the movable circular segment ( 1 ) Turned clockwise. During this 120 ° turn it is with the downforce ( 4 ), at the output of a mechanical work is done. At the same time, in the empty circle segment ( 5 ) carried out the gas exchange and compressed the fresh gas.

In 2 ist das Ende der Bewegung von Kreissegment (1) dargestellt. Jetzt wird das Kreissegment (1) durch das Sperrgetriebe gesperrt und das Kreissegment (2) mit dem Abtrieb verbunden. Im Zündraum zwischen Kreissegment (1) und Kreissegment (2) wird in das komprimierte Frischgas Kraftstoff eingespritzt und gezündet. Das nun bewegliche Kreissegment (2) rotiert im Urzeigersinn getrieben durch den Explosionsdruck. Wiederrum wird gleichzeitig im leeren Kreissegment der Gastausch durchgeführt und das Frischgas verdichtet.In 2 is the end of the movement of circle segment ( 1 ). Now the circle segment ( 1 ) locked by the lock gear and the circular segment ( 2 ) connected to the output. In the ignition space between circular segment ( 1 ) and circle segment ( 2 ) fuel is injected into the compressed fresh gas and ignited. The now movable circle segment ( 2 ) rotates clockwise driven by the explosion pressure. In turn, the guest exchange is carried out simultaneously in the empty circle segment and the fresh gas is compressed.

3 und 4 zeigen, wie sich die beschriebenen Vorgänge bis zu einer vollen Abtriebswellendrehung wiederholen. Durch die intermittierenden Bewegungen von Kreissegment (1) und Kreissegment (2) und einer jeweils starren Verbindung mit dem Abtrieb während der Bewegungsphasen begründet, legen diese einen geringeren Gesamtdrehwinkel als der Abtrieb des Motors zurück. Erst nach einer weiteren Abtriebswellendrehung, verbunden mit den nächsten drei Zündvorgängen stehen sich die Kreissegmente (1, 2) wie in der 1 dargestellten Ausgangsstellung wieder gegenüber. 3 and 4 show how the processes described repeat until a full output shaft rotation. Due to the intermittent movements of circle segment ( 1 ) and circle segment ( 2 ) and a respective rigid connection with the output during the movement phases justified, these set a lower total rotation angle than the output of the engine back. Only after another output shaft rotation, connected to the next three ignition processes are the circle segments ( 1 . 2 ) like in the 1 shown starting position again opposite.

Der Aufbau und das Zusammenwirken der wichtigsten Komponenten zur Energieumwandlung im Kreissegmentmotor sind in 5 dargestellt. Zwei um 120° gegeneinander bewegliche Kreissegmente (1, 2) befinden sich im zylindrischen Verbrennungsraum innerhalb des Motorgehäuses (3). Sie bewegen sich dort auf konzentrischen Bahnen. Um jeweils 120° versetzt befinden sich am Umfang des zylindrischen Motorgehäuses (3) drei Vorrichtungen zur Kraftstoffeinspritzung (9) und drei Zündvorrichtungen (10). Diese Zündvorrichtungen sind bei einer selbstzündenden Variante des Kreissegmentmotors nicht erforderlich.The structure and the interaction of the most important components for the energy conversion in the circular segment motor are in 5 shown. Two circular segments movable by 120 ° ( 1 . 2 ) are located in the cylindrical combustion chamber within the motor housing ( 3 ). They move there concentrically. Each offset by 120 ° on the circumference of the cylindrical motor housing ( 3 ) three fuel injection devices ( 9 ) and three ignition devices ( 10 ). These ignition devices are not required in a self-igniting variant of the circular segment motor.

Über den Kreissegmenten (1, 2) befindet sich noch innerhalb des Motorgehäuses (3) die Gassteuerscheibe (7). Das Motorgehäuse (3) ist an der oberen Kreisfläche mit dem Motorgehäusedeckel (8) verschlossen. Die Gassteuerscheibe (7) rotiert mit der Abtriebsdrehzahl des Kreissegmentmotors über den sich intermittierend bewegenden Kreissegmenten (1, 2).About the circle segments ( 1 . 2 ) is still inside the motor housing ( 3 ) the gas control disk ( 7 ). The motor housing ( 3 ) is at the upper circular area with the motor housing cover ( 8th ) locked. The gas control disk ( 7 ) rotates with the output speed of the circular segment motor over the intermittently moving circle segments ( 1 . 2 ).

In dieser konkreten Ausführungsvariante werden die intermittierenden Kreisscheibenbewegungen nicht direkt zum Abtrieb geleitet, sondern durch das später noch beschriebene Sperrgetriebe im Drehzahlverhältnis 2:1 übersetzt. Somit dreht sich die Gassteuerscheibe (7) nur einmal bei sechs intermittierenden Kreisscheibenbewegungen zu je 120° um ihre eigene Achse.In this specific embodiment, the intermittent circular disk movements are not directed directly to the output, but translated by the locking gear described later in the speed ratio 2: 1. Thus, the gas control disc ( 7 ) only once with six intermittent circular disk movements of 120 ° each around its own axis.

Durch die sich überlagernden Bewegungen der Kreissegmente (1, 2) und der Gassteuerscheine (7) werden die Auslaßöffnungen (11) und die Einlaßöffnungen (12) in der Gassteuerscheibe (7) im jeweils günstigsten Drehwinkel nach jedem Verbrennungsvorgang über dem jeweiligen Kreissegmentzwischenraum positioniert, um den Gasaustausch vorzunehmen. Der Motorgehäusedeckel (8) besitzt mit der Gassteuerscheibe (7) korrespondierende Öffnungen (13) zum Anschluss des Abgasrohres und Öffnungen (14) zum Anschluss eines Ansaugluftfilters oder der Kompressordruckleitung.Due to the overlapping movements of the circle segments ( 1 . 2 ) and the gas tax certificates ( 7 ), the outlet openings ( 11 ) and the inlet openings ( 12 ) in the gas control disk ( 7 ) positioned in the most favorable rotational angle after each combustion process over the respective circle segment gap to make the gas exchange. The motor housing cover ( 8th ) has with the gas control disk ( 7 ) corresponding openings ( 13 ) for connecting the exhaust pipe and openings ( 14 ) for connecting an intake air filter or the compressor pressure line.

Diese Form der Gassteuerung ist dem bekannten Zweitaktverfahren sehr ähnlich. Die Öffnungen (11, 12) in der Gassteuerscheibe (7) sind so angeordnet, dass eine Gleichstromspülung erfolgt.This form of gas control is very similar to the known two-stroke process. The openings ( 11 . 12 ) in the gas control disk ( 7 ) are arranged so that a DC purge occurs.

Die untere Kreisfläche des Motorgehäuses (3) ist gasdicht verschlossen, auf dieser Seite werden die mechanischen Verbindungen der Kreissegmente (1, 2) und der Gassteuerscheibe (7) zum Sperrgetriebe hergestellt.The lower circle of the motor housing ( 3 ) is gas-tight, on this page, the mechanical connections of the circular segments ( 1 . 2 ) and the gas control disk ( 7 ) made to the lock gear.

6 zeigt den Verbrennungsraum als Schnittdarstellung. Neben dem Motorgehäuse (3) mit dem Motorgehäusedeckel (8) und den Kreissegmenten (1, 2) sowie der Gassteuerscheibe (7) sind auch die durch die untere Kreisfläche des Motogehäuses (3) zum Sperrgetriebe führenden Wellen (4, 15, 16) dargestellt. Der äußere Teil (15) der dreiteiligen Hohlwelle verbindet das erste Kreissegment (1) mit dem Sperrgetriebe, der mittlere Teil (16) stellt die Verbindung des zweiten Kreissegments (2) mit dem Sperrgetriebe her. Die Welle (4) im Kern der Hohlwelle verbindet die Gassteuerscheibe (7) mit dem Abtrieb des Kreissegmentmotors. 6 shows the combustion chamber as a sectional view. Next to the motor housing ( 3 ) with the motor housing cover ( 8th ) and the circle segments ( 1 . 2 ) and the gas control disk ( 7 ) are also through the lower circular area of the Motogehäuses ( 3 ) leading to the lock gear shafts ( 4 . 15 . 16 ). The outer part ( 15 ) of the three-part hollow shaft connects the first circular segment ( 1 ) with the locking gear, the middle part ( 16 ) represents the connection of the second circle segment ( 2 ) with the lock gear ago. The wave ( 4 ) in the core of the hollow shaft connects the gas control disc ( 7 ) with the output of the circular segment motor.

Die mechanische Steuerung zur Erzielung der intermittierenden Kreisbewegungen der Kreissegmente (1, 2) wird in der 7 dargestellt. Das hier abgebildete Sperrgetriebe befindet sich direkt unterhalb des in 6 dargestellten Verbrennungsraumes. Das Motorgehäuse (3) und das Sperrgetriebegehäuse (18) sind starr miteinander verschraubt. Beweglich verbunden werden die Komponenten des Verbrennungsraums und des Sperrgetriebes nur durch die dreiteilige Hohlwelle (4, 15, 16).The mechanical control for achieving the intermittent circular motion of the circle segments ( 1 . 2 ) is in the 7 shown. The locking gear shown here is located directly below the in 6 illustrated combustion chamber. The motor housing ( 3 ) and the lock gear housing ( 18 ) are rigidly bolted together. The components of the combustion chamber and the blocking gear are movably connected only by the three-part hollow shaft (FIG. 4 . 15 . 16 ).

Die Sperrscheibe (27) ist mit dem Abtrieb (4) verbunden und gibt in Abhängigkeit vom Drehwinkel aller 60° wechselweise je eines der beiden Kreissegmente im Verbrennungsraum für eine Drehbewegung von 120° frei. Dies geschieht über die beiden Sternräder (25, 26), die jeweils solange über die Außenkontur (30) der Sperrscheibe (27) und ihrer eigenen konkaven Außenform (31) arretiert sind, bis einer der drei Führungsstifte (28) durch die Drehbewegung der Sperrscheibe (27) in einen Führungsschlitz (29) eines Sternrades (25, 26) eingreift und bei der weiteren Bewegung der Sperrscheibe (27) im Uhrzeigersinn die Drehung des jeweiligen über Führungsstift (28) und Führungsschlitz (29) im Eingriff befindlichen Sternrades (25, 26) ermöglicht.The locking disc ( 27 ) is with the output ( 4 ) and depending on the angle of rotation of each 60 ° alternately each one of the two circle segments in the combustion chamber for a rotational movement of 120 ° free. This is done via the two star wheels ( 25 . 26 ), each of which over the outer contour ( 30 ) of the locking disc ( 27 ) and its own concave outer shape ( 31 ) are locked until one of the three guide pins ( 28 ) by the rotational movement of the locking disc ( 27 ) in a guide slot ( 29 ) of a star wheel ( 25 . 26 ) and in the further movement of the locking disc ( 27 ) clockwise rotation of the respective over guide pin ( 28 ) and guide slot ( 29 ) engaged star wheel ( 25 . 26 ).

In der 7 wird die Sperrung des linken Sternrades (26) über die Welle (24) und die Stirnzahnräder (23, 22) an die mittlere Hohlwelle (16) weiterleitet. Dadurch ist, wie schon bei 6 ersichtlich, eine Bewegung des Kreissegments (2) im Motorgehäuse (3) unmöglich. Analog gilt dies für das rechte Sternrad (25), hier wird die Sperrung über die Welle (21) und die Stirnzahnräder (20, 19) an die äußere Hohlwelle (15) weitergeleitet, wodurch das Kreissegment (1) im Motorgehäuse (3) gesperrt wird.In the 7 is the blocking of the left star wheel ( 26 ) over the wave ( 24 ) and the spur gears ( 23 . 22 ) to the central hollow shaft ( 16 ). This is, as already at 6 can be seen, a movement of the circular segment ( 2 ) in the motor housing ( 3 ) impossible. The same applies to the right starwheel ( 25 ), here the blocking over the wave ( 21 ) and the spur gears ( 20 . 19 ) to the outer hollow shaft ( 15 ), whereby the circular segment ( 1 ) in the motor housing ( 3 ) is locked.

Die Detailansicht A-A der 7 offenbart die geometrischen Zusammenhänge des Sperrgetriebes. Bei einer Drehung der Sperrscheibe (27) im Uhrzeigersinn wird durch den eigreifenden Führungsstift (28) die Arretierung des rechten Sternrades (25) gelöst, während das linke Sternrad (26) jetzt durch die Außenkontur (30) der Sperrscheibe (27) und ihrer eigenen konkaven Außenform (31) gesperrt bleibt. Dieses Verhalten ändert sich aller 60° der Abtriebsbewegung und sperrt so wechselweise je ein Kreissegment (1, 2) im Verbrennungsraum während sich das andere Kreissegment (1, 2) um 120° im Verbrennungsraum bewegen kann.The detail view of AA 7 discloses the geometric relationships of the lock gear. Upon rotation of the locking disc ( 27 ) clockwise is determined by the eigreifenden guide pin ( 28 ) the locking of the right star wheel ( 25 ), while the left star wheel ( 26 ) now through the outer contour ( 30 ) of the locking disc ( 27 ) and its own concave outer shape ( 31 ) remains locked. This behavior changes every 60 ° of the output movement and thus blocks one circle segment alternately ( 1 . 2 ) in the combustion chamber while the other circle segment ( 1 . 2 ) can move 120 ° in the combustion chamber.

An der Abtriebswelle (4) ist außerhalb des Sperrgetriebegehäuses (18) ein Schwungrad anzubringen, dessen wichtigste Aufgabe die Energiespeicherung und Abgabe an die Sperrscheibe (27) zwischen den Verbrennungsvorgängen ist. Der Kreissegmentmotor kann von dieser Schwungscheibe aus auch durchgedreht werden, um ihn aus dem Stillstand in den Betriebszustand zu versetzen.On the output shaft ( 4 ) is outside the lock gear housing ( 18 ) to install a flywheel whose main task is the energy storage and delivery to the locking disc ( 27 ) between the combustion processes. The circular segment motor can also be turned from this flywheel to put it from standstill to the operating state.

Im Sperrgetriebegehäuse (18) muss sich eine ausreichende Ölmenge befinden. Dies sichert die Schmierung der Maschinenelemente und ermöglicht eine Druckumlaufschmierung der bewegten Bauteile im Verbrennungsraum. Der Ölkreislauf kann über eine Ölpumpe im Sperrgetriebegehäuse und Kanäle innerhalb der Hohlwelle (4, 15, 16) erfolgen.In the lock gear housing ( 18 ) there must be enough oil. This ensures the lubrication of the machine elements and allows pressure circulation lubrication of the moving components in the combustion chamber. The oil circuit can via an oil pump in the Sperrgetriebegehäuse and channels within the hollow shaft ( 4 . 15 . 16 ) respectively.

Da sich die Verbrennungsvorgänge abwechselnd über den gesamten Umfang des Motorgehäuses erstrecken, wird sich dieses sehr gleichmäßig erwärmen. Es ist in Abhängigkeit vom verwendeten Energieträger und der beabsichtigten Leistung eine Luft- oder Flüssigkeitskühlung des Motorgehäuses (3) vorzusehen. Die Druckumlaufschmierung der Kreissegmente (1, 2) wirkt sich ebenfalls positiv auf gleichmäßige Betriebstemperaturen aus. Auf die zeichnerische Darstellung von Kühlung, Druckumlaufschmierung, Kraftstoffversorgung und Zündsystem wurde aus Gründen der Vereinfachung verzichtet.Since the combustion processes extend alternately over the entire circumference of the motor housing, this will heat up very evenly. It is dependent on the energy source used and the intended performance air or liquid cooling of the motor housing ( 3 ). The pressure circulation lubrication of the circle segments ( 1 . 2 ) also has a positive effect on uniform operating temperatures. On the graphic representation of cooling, pressure circulation lubrication, fuel supply and ignition system was omitted for reasons of simplicity.

Damit das Abtriebsdrehmoment nicht über die Führungsstifte (28) des Sperrgetriebes übertragen werden muss, können die pulsierenden Drehungen der Kreissegmente über zwei Freiläufe an eine zusätzliche Schwungscheibe weitergeleitet werden, die dann als Abtrieb fungiert. Die beschriebene Wellenverbindung (4) zwischen der Sperrscheibe (27) und der Gassteuerscheibe (7) muss aber bestehen bleiben, um den Gasaustausch zu ermöglichen. Wenn der Abtrieb über diese Freiläufe realisiert wird, muss der Anlasser in den Außendurchmesser der Sperrscheibe (27) eingreifen, da der Motor dann vom Abtrieb aus nicht mehr durchgedreht werden kann. Dies ist aus Gründen der Übersichtlichkeit in der 7 nicht dargestellt.So that the output torque is not transmitted via the guide pins ( 28 ) of the locking gear must be transmitted, the pulsating rotations of the circle segments can be forwarded via two freewheels to an additional flywheel, which then acts as a drive. The described wave connection ( 4 ) between the locking disc ( 27 ) and the gas control disk ( 7 ) but must persist to allow the gas exchange. If the output is realized via these freewheels, the starter must be in the outer diameter of the locking disc ( 27 ) intervene, since the engine can then no longer be unscrewed from the output. This is for the sake of clarity in the 7 not shown.

Vorteileadvantages

Die rasche Folge von sechs Verbrennungen bei einer Umdrehung des Abtriebs und das Fehlen von Leertakten bei gleichzeitiger optimaler Raumnutzung begründet die hohe Leistungsdichte des Kreissegmentmotors.The rapid succession of six burns with one revolution of the output and the absence of idle cycles with simultaneous optimal use of space justify the high power density of the circular segment motor.

Jeder Zylinder eines Viertakt-Hubkolbenmotors braucht zwei volle Kurbelwellenumdrehungen um einen Arbeitstakt durchzuführen, beim Zweitakt-Hubkolbenmotor ist jeweils eine ganze Kurbelwellenumdrehung notwendig.Each cylinder of a four-stroke reciprocating engine needs two full crankshaft revolutions to perform a power stroke, the two-stroke reciprocating engine is required in each case a whole crankshaft revolution.

Bei einem Einscheiben-Wankelmotor mit einem dreikantigen Drehkolben kommt es zu drei Verbrennungsvorgängen je Abtriebsdrehung, aber diese Verbrennungsvorgänge finden nur auf einem Abschnitt des Motorgehäuses statt, welches sich dadurch einseitig stark erwärmt. Beim Kreisscheibenmotor sind die Verbrennungsräume über den gesamten Umfang des Motorgehäuses angeordnet, wodurch sich dieses gleichmäßig erwärmt.In a single-disc Wankel engine with a triangular rotary piston, there are three combustion processes per output rotation, but these combustion processes take place only on a portion of the motor housing, which thereby strongly heated on one side. In the disk motor, the combustion chambers are arranged over the entire circumference of the motor housing, whereby it heats evenly.

Da im Vergleich zum Wankel-Motor keine schmalen Dichtflächen notwendig sind, ergeben sich effektivere Möglichkeiten zur Brennraumabdichtung. Dies erhöht nicht nur den Wirkungsgrad und die Standzeiten der Abdichtung, sondern ermöglicht auch den Einsatz einer Druckumlaufschmierung.Since compared to the Wankel engine no narrow sealing surfaces are necessary, resulting more effective options for combustion chamber sealing. This not only increases the efficiency and the service life of the seal, but also allows the use of a pressure circulation lubrication.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (5)

Eine Verbrennungskraftmaschine mit umlaufendem Kolben, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben in mindestens zwei beidseitig wirkende Kreissegmente (1, 2) geteilt ist, die sich auf konzentrischen Bahnen, wechselweise intermittierend im Motorgehäuse (3) bewegen und dabei zwischen den Stirnflächen der Kreissegmente (1, 2) und dem Motorgehäuse (3) die variablen Verdichtungs- und Verdrängungsräume (5, 6) bilden.An internal combustion engine with a rotating piston, characterized in that the piston in at least two double-acting circle segments ( 1 . 2 ), which are concentric tracks, alternately intermittently in the motor housing ( 3 ) and between the end faces of the circle segments ( 1 . 2 ) and the motor housing ( 3 ) the variable compression and displacement chambers ( 5 . 6 ) form. Patentanspruch nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die intermittierende Bewegung der Kreissegmente (1, 2) durch abwechselnden völligen Stillstand eines Kreissegments gegenüber dem Motorgehäuse (3) während der Bewegung des anderen Kreissegments erfolgt.Claim according to claim 1, characterized in that the intermittent movement of the circle segments ( 1 . 2 ) by alternating complete standstill of a circle segment relative to the motor housing ( 3 ) during movement of the other circle segment. Patentanspruch nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die intermittierende Bewegung der Kreissegmente (1, 2) durch wechselseitige Veränderung der Umlaufgeschwindigkeiten der Kreissegmente (1, 2) erfolgt, infolge dessen sich deren Abstand auf der Kreisbahn ändert, ohne dass ein Kreissegment längere Zeit gegenüber dem Motorgehäuse (3) zum völligen Stillstand kommt.Claim according to claim 1, characterized in that the intermittent movement of the circle segments ( 1 . 2 ) by mutual change of the rotational speeds of the circular segments ( 1 . 2 ) takes place, as a result of which the distance changes on the circular path without a circular segment longer time compared to the motor housing ( 3 ) comes to a complete standstill. Patentanspruch nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Gaswechsel durch eine zwischen den Kreissegmenten (1, 2) und dem Motorgehäusedeckel (8) rotierende Gassteuerscheibe (7) gesteuert wird, die über Steueröffnungen (11, 12) verfügt, welche wiederum den Gasstrom in Abhängigkeit des Drehwinkels der Kreissegmente (1, 2) und den korrespondierenden Anschlussöffnungen (13, 14) im Motorgehäusedeckel (8) steuern.Claim according to claim 1, characterized in that the gas exchange by a between the circle segments ( 1 . 2 ) and the motor housing cover ( 8th ) rotating gas control disk ( 7 ), which are controlled via control openings ( 11 . 12 ), which in turn the gas flow as a function of the angle of rotation of the circle segments ( 1 . 2 ) and the corresponding connection openings ( 13 . 14 ) in the engine housing cover ( 8th ) Taxes. Patentanspruch nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der wechselweise intermittierenden Kreissegmentbewegungen durch ein selbstsperrendes Schrittgetriebe erfolgt, welches gleichzeitig die Gassteuerscheibe (7) mit einer von der Abtriebsdrehzahl der Kreissegmente abweichenden Drehzahl antreibt.Claim according to claim 1, characterized in that the control of the alternately intermittent circular segment movements by a self-locking step gear, which simultaneously the gas control disc ( 7 ) drives with a deviating from the output speed of the circular segments speed.
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