DE102015110734A1 - Verbrennungsmotor mit Rotationskolben - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verbrennungsmotor (100) beschrieben, welcher einen Zylinder mit einem Verbrennungsraum (170) und einen Kolben (130), welcher im Verbrennungsraum (170) angeordnet ist und um eine Drehachse (190) drehbar ist, aufweist. Der Zylinder und der Kolben (130) sind derart ausgebildet, dass bei einer Drehung des Kolbens (130) im Verbrennungsraum (170) zwischen Kolben (130) und Zylinder eine erste Verbrennungskammer (171) vorliegt, deren Volumen aufgrund der Drehung des Kolbens (130) variierbar ist. Der Zylinder weist eine Zylinderseite (114) mit einer ersten Zylinderöffnung (111) auf. Die Zylinderseite (114) grenzt zumindest teilweise den Verbrennungsraum (170) in Axialrichtung derart ein, dass ein Arbeitsfluid in Axialrichtung durch die erste Zylinderöffnung (111) in die erste Verbrennungskammer (171) einströmbar oder aus der ersten Verbrennungskammer (171) ausströmbar ist. Ferner, ist eine Steuerscheibe (150) um die Drehachse (190) drehbar an der Zylinderseite (114) angeordnet und weist eine erste Steueröffnung (151) auf. Die erste Steueröffnung (151) und die erste Zylinderöffnung (111) sind derart ausgebildet, dass bei einer bestimmten ersten Drehwinkelstellung des Kolbens (130) und der Steuerscheibe (150) die erste Steueröffnung (151) und die erste Zylinderöffnung (111) sich zumindest teilweise überlappen, so dass das Arbeitsfluid in die erste Verbrennungskammer (171) einströmbar oder aus der ersten Verbrennungskammer (171) ausströmbar ist. Ferner wird ein Verfahren zum Betreiben des vorstehend beschriebenen Verbrennungsmotors (100) beschrieben.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Rotationskolbenmotoren. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere einen Verbrennungsmotor, welcher einen Zylinder mit einem Verbrennungsraum und einen Kolben, welcher im Verbrennungsraum angeordnet ist und um eine Drehachse drehbar ist, aufweist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben des beschriebenen Verbrennungsmotors.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Bei einem Rotationskolbenmotor handelt es sich um einen Verbrennungsmotor, welcher durch einen Drehkolben angetrieben wird. Der Drehkolben führt dabei durch die rotierende Bewegung beispielsweise die vier Arbeitstakte eines Viertaktmotors aus.
  • Das Verdichtungsverhältnis eines Verbrennungsmotors ist das Verhältnis des gesamten Zylinderraumes vor der Verdichtung zum verbliebenen Zylinderraum nach der Verdichtung. Das gewünschte Verdichtungsverhältnis eines Rotationskolbenmotors ist über die Kolbengröße und die Anordnung der Rotationsachse beeinflussbar.
  • Führt ein Verbrennungsmotor vier Arbeitstakte aus, handelt es sich um einen Viertaktmotor. Im ersten der vier Arbeitstakte wird das Arbeitsfluid durch einen Einlass in einen Verbrennungsraum angesaugt. Hierzu ist ein Auslass des Verbrennungsraums geschlossen und der Einlass des Verbrennungsraums geöffnet. Somit kann das Arbeitsfluid durch den Einlass in den Verbrennungsraum einströmen. Ist der Einströmvorgang des Arbeitsfluids in den Verbrennungsraum abgeschlossen, wird der Einlass des Verbrennungsraums ebenfalls geschlossen.
  • Im zweiten Arbeitstakt der vier Arbeitstakte eines Viertaktmotors wird durch die Drehung des Rotationskolbens um eine Rotationsachse das Volumen des Verbrennungsraums verringert. Hierbei ist der Kompressionsgrad von der Bauart des Rotationskolbenmotors abhängig. Kurz bevor der Verbrennungsraum sein kleinstes Volumen erreicht, erfolgt mittels einer Zündkerze die Zündung.
  • Im dritten Arbeitstakt der vier Arbeitstakte eines Viertaktmotors dehnt sich das Arbeitsfluid aus und bewegt durch die am Rotationskolben geleistete mechanische Arbeit den Rotationskolben. Zusätzlich beginnt sich in diesem Arbeitstakt der Auslass des Verbrennungsraums zu öffnen.
  • Im vierten, d. h. letzten, Arbeitstakt der vier Arbeitstakte eines Viertaktmotors dreht sich der Rotationskolben weiter und bedingt, dass das Arbeitsfluid durch den Auslass aus dem Verbrennungsraum ausströmt. Zum Ende des vierten Arbeitstakts hin beginnt der Einlass sich zu öffnen. Anschließend erfolgt wieder der erste Arbeitstakt der vier Arbeitstakte.
  • Grundsätzlich wird bei der Bauart eines Rotationskolbenmotors zwischen zwei unterschiedlichen Bauarten unterschieden, genauer gesagt wird zwischen Drehkolbenmotor einerseits und Kreiskolbenmotor andererseits unterschieden. Beim Drehkolbenmotor drehen der Rotationskolben und alle sich bewegenden Teile um einen festen Punkt auf der Drehachse. Der Punkt um den sich sowohl der Kolben als auch die anderen sich bewegenden Teile drehen ist üblicherweise der eigene Schwerpunkt des jeweiligen Bauteils. Beim Kreiskolbenmotor kreisen sowohl der Kolben als auch alle anderen sich bewegenden Bauteile auf einer Kreisbahn um die Drehachse.
  • Die Vorteile eines Rotationskolbenmotors sind unter anderem die Einfachheit des Aufbaus verglichen beispielsweise mit einem Hubkolbenmotor, sowie die robuste Bauweise. Diese ist durch die potenziell wenigen beweglichen Teile begründet. Ferner ist ein Rotationskolbenmotor sehr kompakt und weist eine hohe Laufruhe auf. Diese ist dadurch bedingt, dass der Rotationskolbenmotor gut auswuchtbar ist und dadurch bedingt geringe Vibrationen auftreten.
  • Der Rotationskolbenmotor weist einen komplexen Aufbau auf, da dieser mit einer komplexen Abdichtung, komplizierten Schmierung und dem Verwenden spezieller Teile einhergeht. Insbesondere ist das in erster Linie geometrische Problem zu lösen, dass der Einlass sowie der Auslass auf dem Umfang des Verbrennungsraums gesehen ausreichend voneinander beabstandet sein müssen, damit nicht Restabgas, welches bereits durch den Auslass aus dem Verbrennungsraum ausgeströmt ist, erneut durch den Einlass in den Verbrennungsraum eingeströmt wird.
  • Darstellung der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rotationskolbenmotor mit einem weniger komplexen Aufbau bereitzustellen, welcher ein Vermischen des Arbeitsfluides, welches durch den Einlass einströmt, und des Arbeitsfluides, welches durch den Auslass ausströmt, verlässlich verhindert.
  • Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsform, weitere Merkmale und vorteilhafte Details der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verbrennungsmotor beschrieben. Der Verbrennungsmotor weist einen Zylinder mit einem Verbrennungsraum, einen Kolben, welcher im Verbrennungsraum angeordnet ist und um eine Drehachse drehbar ist, und eine Steuerscheibe auf. Der Zylinder und der Kolben sind derart ausgebildet, dass bei einer Drehung des Kolbens im Verbrennungsraum zwischen Kolben und Zylinder eine erste Verbrennungskammer vorliegt, deren Volumen aufgrund der Drehung des Kolbens variierbar ist. Der Zylinder weist eine Zylinderseite (bzw. eine Zylinderwand) mit einer ersten Zylinderöffnung auf. Die Zylinderseite grenzt zumindest teilweise den Verbrennungsraum in Axialrichtung entlang der bzw. parallel zur Drehachse derart ein, dass ein Arbeitsfluid in Axialrichtung durch die erste Zylinderöffnung in die erste Verbrennungskammer einströmbar oder aus der ersten Verbrennungskammer ausströmbar ist. Die Steuerscheibe ist um die Drehachse drehbar an der Zylinderseite angeordnet und weist eine erste Steueröffnung auf. Die erste Steueröffnung und die erste Zylinderöffnung sind derart ausgebildet, dass bei einer bestimmten ersten Drehwinkelstellung des Kolbens und der Steuerscheibe die erste Steueröffnung und die erste Zylinderöffnung sich zumindest teilweise überlappen, so dass das Arbeitsfluid in die erste Verbrennungskammer einströmbar oder aus der ersten Verbrennungskammer ausströmbar ist.
  • Dem beschriebenen Verbrennungsmotor liegt die Idee zugrunde, dass ein Einlass an einem axialen Ende des Verbrennungsraums und/oder ein Auslass an einem axial gegenüberliegenden Ende des Verbrennungsraums angeordnet sind, wobei der Rotationskolbenmotor von dem Arbeitsfluid axial durchströmt wird. Somit ist unter anderem eine ausreichende geometrische Beabstandung des Auslasses und des Einlasses für das Arbeitsfluid in einem Rotationskolbenmotor gewährleistet, da sich die Einlassseite und die Auslassseite in Axialrichtung gegenüberliegend angeordnet sind.
  • Anschaulich ausgedrückt führt die vorstehend beschriebene axiale Durchströmung und somit auch die axiale Beabstandung des Einlasses und des Auslasses durch den Verbrennungsraum insbesondere dazu, dass Arbeitsfluid, welches bereits durch den Auslass ausgeströmt ist, nicht wieder durch den Einlass in den Verbrennungsraum eingeströmt wird. Dies hat unter anderem den Effekt, dass bereits einmal verbranntes Arbeitsfluid nicht erneut im Verbrennungsraum verdichtet und verbrannt wird und dadurch der Wirkungsgrad erhöht und mögliche ausströmenden Verschmutzungen verringert werden können.
  • Ein Verbrennungsmotor ist ein Motor, welcher durch eine innere Verbrennung angetrieben wird. In jedem Arbeitsspiel, welches aus den unterschiedlichen Arbeitstakten des Motors besteht, wird das beteiligte Arbeitsfluid ausgewechselt. Dies bedeutet, dass neues Arbeitsfluid angesaugt und altes bereits einmal verdichtetes und verbranntes Arbeitsfluid ausgestoßen wird. In heutigen Verbrennungsmotoren wird das Arbeitsfluid zunächst verdichtet, dann bei hohem Druck verbrannt und anschließend wieder entspannt. Hierbei verrichtet das Arbeitsfluid in dem Verbrennungsmotor mechanische Arbeit und kühlt ab.
  • Die unterschiedlichen Verbrennungsmotoren werden dabei nach ihrer Bauweise und Funktionsweise unterschieden. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf sogenannte Rotationskolbenmotoren. Bei einem Rotationskolbenmotor führen die Teile, welche die mechanische Arbeit verrichten, eine Drehbewegung aus. Der vorliegende Verbrennungsmotor kann sowohl in einem vorstehend beschriebenen Drehkolbenmotor als auch in einem vorstehend beschriebenen Kreiskolbenmotor integriert sein.
  • Der Zylinder kann als Hohlkörper ausgebildet sein, welcher einen Verbrennungsraum in seinem Inneren umgibt. Die Form des Querschnitts (dessen Querschnittsebene eine Normale aufweist, die parallel zur Axialrichtung ausgebildet ist) stellt die Geometrie des Verbrennungsraums dar. Die Axialrichtung ist parallel zu der Drehachse ausgebildet. Der Querschnitt kann dabei unterschiedliche Formen aufweisen. Beispielsweise kann der Querschnitt rechteckig, quadratisch, dreieckig oder doppelbogig sein. Die Erstreckung des Zylinders entlang der Drehachse stellt die Tiefe des Zylinders und somit die Tiefe bzw. Erstreckung des Zylinders entlang der Drehachse des Verbrennungsraums dar. Das Arbeitsfluid des Verbrennungsmotors strömt entlang der Axialrichtung bzw. der Drehachse durch den Zylinder hindurch. Somit ist die Dauer, welche das Arbeitsfluid zum Durchströmen des Zylinders benötigt, unter anderem von der Tiefe des Zylinders abhängig. Der Zylinder ist an den beiden in einer Strömungsrichtung des Arbeitsfluids gegenüberliegenden Enden mit jeweils einer Wand begrenzt. Diese zwei sich axial gegenüberliegenden Wände stellen die Begrenzungen des Verbrennungsraums dar. Eine der beiden gegenüberliegenden Wände, welche den Verbrennungsraum begrenzen, stellt die Zylinderseite mit der ersten Zylinderöffnung dar.
  • „Senkrecht zur Drehachse erstrecken” bedeutet, dass die Zylinderseite innerhalb einer Ebene vorliegt, deren Normale parallel zur Drehachse ist. Jedoch kann die Normale auch um einen Winkel zur Drehachse geneigt sein, wobei zumindest eine Komponente der Normale parallel zur Drehachse ist. Der Winkel zwischen der Normalen der Ebene der Zylinderseite und der Axialrichtung kann dabei ungefähr weniger als 10°, insbesondere weniger als 5° betragen. Die Zylinderseite kann einstückig und integral mit einem Zylinderkörper des Zylinders ausgebildet sein. Der Zylinderkörper bildet beispielsweise den Bereich des Zylinders, in welchem der Verbrennungsraum ausgebildet ist. Insbesondere mag die Zylinderseite als ein von dem Zylinder getrenntes Teil vorliegen und mit dem Zylinder entweder zerstörungsfrei lösbar, d. h. durch eine Schraubverbindung oder einer Flanschverbindung, verbunden sein, oder auch zerstörungsbehaftet lösbar, d. h. beispielsweise mit einer Schweißverbindung oder einer Lötverbindung, mit dem Zylinder verbunden sein. Die Zylinderöffnung der Zylinderseite mag entweder als ein Einlass oder ein Auslass des Arbeitsfluids fungieren.
  • Unter dem Verbrennungsraum wird das Volumen verstanden, welches von dem Zylinder bzw. dem Zylinderkörper des Zylinders und den zwei Zylinderseiten umgeben ist und in welchem die Verdichtung sowie die Verbrennung erfolgt. Das Arbeitsfluid ist in den Verbrennungsraum axial einströmbar oder aus dem Verbrennungsraum axial ausströmbar.
  • Der Kolben ist ein bewegliches Bauteil, welches in dem Verbrennungsraum um die Drehachse drehbar angeordnet ist. Der Zylinder bildet zusammen mit dem Kolben zwischen Zylinder und Kolben einen abgeschlossenen Hohlraum, die sogenannte erste Verbrennungskammer, deren Volumen durch eine Drehbewegung des Kolbens um die Drehachse in dem Verbrennungsraum veränderbar ist.
  • Die erste Verbrennungskammer hat ein Volumen, welches in radialer Richtung von den Oberflächen des Kolbens und den Innenoberflächen des Zylinders eingeschlossen wird und ein Teil des Verbrennungsraums darstellt. Der Kolben grenzt die erste Verbrennungskammer an dem sich radial näher an der Drehachse befindlichen Ende ein. Der Zylinder grenzt die erste Verbrennungskammer an dem sich radial weiter von der Drehachse entfernten Ende ein. Die erste Verbrennungskammer ist von dem restlichen Volumen des Verbrennungsraums durch den Kolben getrennt. In axialer Richtung ist die erste Verbrennungskammer von zwei Zylinderseiten bzw. Zylinderwänden, welche die Begrenzungen des Verbrennungsraums in Richtung der Drehachse darstellen und sich senkrecht zur Drehachse erstrecken, begrenzt.
  • Unter einem variierbaren Volumen wird ein Raum verstanden, welcher ein veränderbares Volumen aufweist und sich aufgrund der Drehung des Kolbens ändert. Die Veränderung des Volumens kann sowohl eine Vergrößerung des Volumens als auch in eine Verringerung des Volumens sein. Bei der Vergrößerung des Volumens kann sich das Arbeitsfluid entweder ausdehnen und/oder zusätzliches Arbeitsfluid kann in das Volumen einströmen. Bei einer Verringerung des Volumens wird das Arbeitsfluid komprimiert und/oder überschüssiges Arbeitsfluid kann aus dem Volumen ausströmen.
  • Die Drehachse eines Rotationskolbenmotors ist eine Achse, um den sich der Kolben und ggf. auch andere Bauteile des Rotationskolbenmotors, wie insbesondere die Steuerscheiben, drehen. In der vorliegenden erfindungsgemäßen Ausbildung des Verbrennungsmotors verläuft die Strömungsrichtung des Arbeitsfluids im Wesentlichen entlang der Drehachse.
  • In einem Ausführungsbeispiel drehen sich die Steuerscheibe und der Kolben um die Drehachse, wobei der Kolben exzentrisch bezüglich der Drehachse drehend angeordnet ist. Mit anderen Worten liegt der geometrische Mittelpunkt der Steuerscheibe auf der Drehachse und der geometrische Mittelpunkt des Kolbens ist mit einem bestimmten Abstand von der Drehachse beabstandet. Der geometrische Mittelpunkt des Kolbens bewegt sich dabei auf einer Kreisbahn mit dem Radius entsprechend des bestimmten Abstands von der Drehachse.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel können der geometrische Mittelpunkt des Kolbens und der geometrische Mittelpunkt der Steuerscheibe auch gemeinsam auf der Drehachse liegen, so dass sich der Kolben nicht exzentrisch um die Drehachse dreht.
  • Die erste Zylinderöffnung ist eine Durchgangsöffnung in der Zylinderseite, durch welche das Arbeitsfluid strömbar ist. Der Querschnitt der ersten Zylinderöffnung kann eine beliebige Form aufweisen, beispielsweise sternförmig, rund, oval, rechteckig, quadratisch, ellipsenförmig oder dreieckig. Der Querschnitt der ersten Zylinderöffnung bestimmt maßgeblich, wieviel Arbeitsfluid pro Zeiteinheit durch die erste Zylinderöffnung durch die erste Zylinderöffnung in die erste Verbrennungskammer einströmbar oder aus der ersten Verbrennungskammer ausströmbar ist.
  • Die erste Zylindereröffnung kann die kürzeste Verbindung zwischen den beiden Oberflächen sein und somit immer in einem rechten Winkel zu den beiden Oberflächen verlaufen. Ferner kann die erste Zylinderöffnung eine schräge Bohrung darstellen, welche in einem beliebigen Winkel ungleich Null Grad zu einer der beiden Oberflächen verläuft. Insbesondere kann die erste Zylinderöffnung in einem ungefähr 45° Winkel zu den zwei Oberflächen verlaufen.
  • Das Arbeitsfluid mag sich aus Luft und einem Brennstoff zusammensetzen. Das Arbeitsfluid sollte eine möglichst homogene Luft-Brennstoff-Mischung sein. Der im Arbeitsfluid verwendete Brennstoff mag in gasförmiger, flüssiger oder fester Form vorliegen. Ein gasförmiger Brennstoff ist beispielsweise Wasserstoff oder Erdgas. Flüssige Brennstoffe sind beispielsweise Kohlenwasserstoffe. Die flüssigen Brennstoffe müssen vor ihrer Verwendung im Arbeitsfluid möglichst fein zerstäubt werden. Feste Brennstoffe können nur indirekt beispielsweise durch vorherige Vergasung, Entgasung oder Verflüssigung im Arbeitsfluid verwendet werden.
  • Das Arbeitsfluid wird durch eine Gemischbildung aus Luft und einem Brennstoff zusammengefügt. Bei der Gemischbildung kann zwischen einer inneren Gemischbildung einerseits und einer äußeren Gemischbildung andererseits unterschieden werden. Bei der äußeren Gemischbildung werden die Luft und der Brennstoff kurz vor Eintritt in den Zylinder in einer von dem Verbrennungsraum getrennten Mischkammer vermischt. Bei der inneren Gemischbildung wird der Brennstoff kurz vor dem kleinsten Volumen der ersten Verbrennungskammer direkt in die erste Verbrennungskammer eingebracht. Durch die äußere Gemischbildung kann ein ausreichend homogen vermischtes Arbeitsfluid mit guten Zündeigenschaften und guten Verbrennungseigenschaften geschaffen werden.
  • Die Steuerscheibe mag ein kreisförmiger, ovaler oder mehreckiger flacher Körper sein, deren Drehachse dieselbe wie die des Kolbens ist. Die Erstreckung der Steuerscheibe entlang der Drehachse entspricht der Tiefe der Steuerscheibe. Die Tiefe der Steuerscheibe ist im Verhältnis zu der radialen Ausdehnung der Steuerscheibe klein. Klein bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Tiefe der Steuerscheibe im Verhältnis zur radialen Ausdehnung der Steuerscheibe kleiner als 0,5 ist. Insbesondere kleiner als 0,25 ist. Ferner insbesondere kleiner als 0,1 ist.
  • Die Steuerscheibe ist an der Zylinderseite drehbar angeordnet. Dies bedeutet, dass die Steuerscheibe sich relativ zur Zylinderseite drehen mag, aber gleichzeitig eine fluidtechnische axiale Abdichtung zwischen der Steuerscheibe und der Zylinderseite bestehen mag. So ist sicherstellbar, dass ein Arbeitsfluid, welches durch die erste Steueröffnung der Steuerscheibe fließt anschließend auch durch die erste Zylinderöffnung der Zylinderseite fließt und nicht radial nach außen zwischen der Zylinderseite und der Steuerscheibe aufgrund von Leckagen aus dem Verbrennungsmotor ausströmt. Bei ausreichender Abdichtung gegen Leckagen können die Steuerscheibe und die Zylinderseite auch voneinander beabstandet angeordnet sein.
  • Eine Steueröffnung ist eine Durchgangsöffnung in der Steuerscheibe, durch welche das Arbeitsfluid von der Umgebung des Zylinders durch die Zylinderöffnung der Zylinderseite in den Verbrennungsraum hinein strömbar ist oder umgekehrt. Der Querschnitt der Steueröffnung mag eine beliebige Form aufweisen, beispielsweise sternförmig, rund, oval, rechteckig, quadratisch, ellipsenförmig oder dreieckig. Der Querschnitt der Steueröffnung ist entscheidend dafür wieviel Arbeitsfluid pro Zeiteinheit durch die Steueröffnung in die erste Verbrennungskammer einströmbar oder aus der ersten Verbrennungskammer ausströmbar ist.
  • Die Steueröffnung mag die kürzeste Verbindung zwischen den zwei Oberflächen der Steuerscheibe sein und in einem rechten Winkel zu den beiden Oberflächen der Steuerscheibe verlaufen. Ferner mag die Steueröffnung in einem beliebigen anderen Winkel zu einer der beiden Oberflächen verlaufen und eine Verbindung darstellen, die nicht die kürzeste Verbindung zwischen den beiden Oberflächen der Steueröffnung darstellt. Insbesondere kann die Steueröffnung in einem 45° Winkel zu einer der beiden Oberflächen verlaufen.
  • Der Öffnungsquerschnitt der Steueröffnung und der Öffnungsquerschnitt der Zylinderöffnung sind derart aufeinander abgestimmt, dass bezogen auf die Verbrennungskammer immer eine für den jeweiligen Zeitpunkt im Verbrennungsverlauf optimale Menge Arbeitsfluid durch die Zylinderöffnung und die Steueröffnung strömbar ist.
  • Bei der bestimmten ersten Drehwinkelstellung des Kolbens und der Steuerscheibe überlappen sich die Zylinderöffnung und die Steueröffnung zumindest teilweise. Die Zylinderöffnung und die Steueröffnung sind jeweils in ihrer Lage, Form und Anordnung derart in der Zylinderseite beziehungsweise in der Steuerscheibe angeordnet, dass sie bei bestimmten ersten Drehwinkelstellungen zumindest teilweise überlappen und bei anderen ersten Drehwinkelstellungen nicht überlappen. Dies führt dazu, dass ein Durchströmen durch die Zylinderöffnung und die Steueröffnung von der Drehwinkelstellung der Steuerscheibe relativ zur Zylinderseite abhängig ist. Somit kann durch ein relatives Verdrehen der Steuerscheibe relativ zur Zylinderseite ein Einströmen beziehungsweise ein Ausströmen des Arbeitsfluids aus dem Verbrennungsraum hinaus oder in den Verbrennungsraum hinein steuerbar sein. Die Steuerscheibe kann beispielsweise an einer gemeinsamen Welle (d. h. einer Kurbelwelle) mit dem Kolben angeordnet sein. Die Steuerscheibe ist in einer beispielhaften Ausführungsform relativ zu dem Kolben nicht um die Drehachse verdrehbar. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist die Steuerscheibe relativ zu dem Kolben um die Drehachse verstellbar, sodass die Steuerscheibe und entsprechend die relative Position der ersten Steueröffnung bezogen auf die erste Verbrennungskammer, welche durch den Kolben gebildet wird, einstellbar ist.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Verbrennungsmotor ferner eine weitere Zylinderseite (bzw. Zylinderwand) mit einer weiteren ersten Zylinderöffnung und eine weitere Steuerscheibe, welche um die Drehachse drehbar an der weiteren Zylinderseite angeordnet ist und welche eine weitere erste Steueröffnung aufweist, auf. Die weitere Zylinderseite ist entlang der Axialrichtung der Drehachse von der Zylinderseite beabstandet. Die weitere Zylinderseite grenzt den Verbrennungsraum zumindest teilweise in Axialrichtung derart ein, dass das Arbeitsfluid in Axialrichtung durch die entsprechend andere der ersten Zylinderöffnung und der weiteren ersten Zylinderöffnung in die erste Verbrennungskammer einströmbar oder aus der ersten Verbrennungskammer ausströmbar ist. Die weitere Steuerscheibe weist eine weitere erste Steueröffnung auf. Die weitere erste Steueröffnung und die weitere erste Zylinderöffnung sind derart ausgebildet, dass bei einer bestimmten weiteren ersten Drehwinkelstellung des Kolbens und der weiteren Steuerscheibe die weitere erste Steueröffnung und die weitere erste Zylinderöffnung sich zumindest teilweise überlappen, so dass das Arbeitsfluid in die erste Verbrennungskammer einströmbar oder aus der ersten Verbrennkammer ausströmbar ist.
  • Die weitere Zylinderseite mit der weiteren ersten Zylinderöffnung ist die andere der beiden axial gegenüberliegenden Wände, welche den Verbrennungsraum entlang der Axialrichtung der Drehachse begrenzen. Die weitere erste Zylinderöffnung ist eine Durchgangsöffnung in der weiteren Zylinderseite, durch welche das Arbeitsfluid strömbar ist. Der Querschnitt der weiteren ersten Zylinderöffnung kann wie vorstehend für die erste Zylinderöffnung der Zylinderseite beschrieben eine beliebige Form haben. Beispielsweise kann die weitere erste Zylinderöffnung sternförmig, rund, oval, rechteckig, quadratisch, ellipsenförmig oder dreieckig ausgebildet sein.
  • Die weitere Zylinderseite kann identisch zur Zylinderseite ausgebildet sein. Insbesondere können sowohl die Zylinderseite als auch die weitere Zylinderseite einstückig und integral mit dem Zylinder bzw. dem Zylinderkörper ausgebildet sein. Ferner mag es möglich sein, dass insbesondere die Zylinderseite und die weitere Zylinderseite beide als von dem Zylinderkörper getrennte Teile bereitstellbar sind und mit dem Zylinder zerstörungsfrei lösbar verbunden sind.
  • Die erste Zylinderöffnung und die weitere erste Zylinderöffnung können unabhängige voneinander verschiedene Geometrien aufweisen, die derart aufeinander abstimmbar sind, dass das Arbeitsfluid abhängig von der Winkelstellung der Steuerscheibe bzw. der weiteren Steuerscheibe des Verbrennungsmotors durch die erste Zylinderöffnung in die erste Verbrennungskammer einströmbar und die weitere erste Zylinderöffnung aus der ersten Verbrennungskammer ausströmbar ist. Sollte der Verbrennungsmotor in umgekehrte Richtung von dem Arbeitsfluid durchströmt werden, mag das Arbeitsfluid durch die weitere erste Zylinderöffnung in die erste Verbrennungskammer einströmbar und durch die erste Zylinderöffnung aus der ersten Verbrennungskammer ausströmbar sein.
  • Die Tiefe der Steuerscheibe und die Tiefe der weiteren Steuerscheibe können jeweils individuell an die an der Steuerscheibe bzw. an der Zylinderseite angrenzenden Bedingungen, wie beispielsweise Druck und/oder Temperatur, angepasst werden.
  • Die weitere Steuerscheibe und die weitere Zylinderseite mögen dieselben geometrischen Ausbildungen wie die Steuerscheibe bzw. Zylinderseite aufweisen. Die weitere erste Strömungsöffnung und die weitere erste Zylinderöffnung mögen dieselben geometrischen Ausbildungen aufweisen. Ferner mag es insbesondere vorteilhaft sein, wenn der Öffnungsquerschnitt der weiteren ersten Steueröffnung und die Öffnungsquerschnitt der weiteren ersten Zylinderöffnung derart aufeinander abgestimmt sind, dass bezogen auf die erste Verbrennungskammer immer eine für den jeweiligen Zeitpunkt im Verbrennungsverlauf optimale Menge Arbeitsfluid durch die weitere erste Zylinderöffnung und die weitere erste Steueröffnung strömbar ist.
  • Die bestimmte erste Drehwinkelstellung des Kolbens und der Steuerscheibe, bei der sich die erste Zylinderöffnung und die erste Steueröffnung zumindest teilweise überlappen, mag mit der bestimmten weiteren ersten Drehwinkelstellung des Kolbens und der weiteren Steuerscheibe, bei der sich die weitere erste Zylinderöffnung und die weitere erste Steueröffnung zumindest teilweise überlappen, derart abstimmbar sein, dass sich entweder die erste Steueröffnung und die erste Zylinderöffnung überlappen oder die weitere erste Steueröffnung und die weitere erste Zylinderöffnung überlappen, so dass der Verbrennungsraum immer an zumindest einer Seite abgeschlossen ist.
  • Der Abstand der weiteren Zylinderseite entlang der Axialrichtung der Drehachse von der Zylinderseite definiert die Tiefe des Verbrennungsraums und gleichzeitig die Tiefe des Zylinders und die mögliche Tiefe des Kolbens.
  • Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Zylinderseite ferner eine zweite Zylinderöffnung auf und die Steuerscheibe weist ferner eine zweite Steueröffnung auf. Der Zylinder und der Kolben sind ferner derart ausgebildet, dass bei einer Drehung des Kolbens im Verbrennungsraum zwischen Kolben und Zylinder eine zweite Verbrennungskammer vorliegt, deren Volumen aufgrund der Drehung des Kolbens variierbar ist. Die Zylinderseite grenzt den Verbrennungsraum in Axialrichtung derart ein, dass ein Arbeitsfluid in Axialrichtung durch die zweite Zylinderöffnung in die zweite Verbrennungskammer einströmbar oder aus der zweiten Verbrennungskammer ausströmbar ist. Die zweite Steueröffnung und die zweite Zylinderöffnung sind derart ausgebildet, dass bei einer bestimmten zweiten Drehwinkelstellung des Kolbens und der Steuerscheibe die zweite Steueröffnung und die zweite Zylinderöffnung sich zumindest teilweise überlappen, so dass das Arbeitsfluid in die zweite Verbrennungskammer einströmbar oder aus der zweiten Verbrennungskammer ausströmbar ist.
  • Die zweite Zylinderöffnung ist auf der Zylinderseite derart angeordnet, dass die zweite Zylinderöffnung von der ersten Zylinderöffnung beabstandet ist. Die Beabstandung mag in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung vorliegen. Die zweite Zylinderöffnung kann dabei einen geringeren radialen Abstand zur Drehachse aufweisen als die erste Zylinderöffnung.
  • Die zweite Verbrennungskammer ist durch einen Abschnitt des Kolbens, welcher mit dem Zylinder in Kontakt ist, von der ersten Verbrennungskammer derart getrennt, dass ein Austausch des Arbeitsfluids zwischen der ersten Verbrennungskammer und der zweiten Verbrennungskammer innerhalb des Zylinders unterbunden wird. Dabei mag der Kolben direkt mit dem Zylinder in Kontakt sein, indem ein Abschnitt der Außenoberfläche des Kolbens direkt die Innenoberfläche des Zylinders kontaktieren mag. Insbesondere mögen Bauteile zwischen Kolben und Zylinder vorgesehen sein, welche mit dem Kolben bzw. dem Zylinder derart verbunden sind, dass diese ein indirektes Kontaktieren zwischen dem Kolben und dem Zylinder sicherstellen. Dieses Bauteil kann insbesondere in Form einer Dichtlippe (bzw. einem Dichtelement) ausgebildet sein, welche die erste Verbrennungskammer von der zweiten Verbrennungskammer trennt.
  • Die bestimmte zweite Drehwinkelstellung ist unterschiedlich von der bestimmten ersten Drehwinkelstellung. Dies bedingt, dass entweder Arbeitsfluid in die erste Verbrennungskammer einströmbar oder in die zweite Verbrennungskammer einströmbar ist. Ferner ist entweder Arbeitsfluid aus der ersten Verbrennungskammer ausströmbar oder aus der zweiten Verbrennungskammer ausströmbar. Somit kann sichergestellt werden, dass die erste Zylinderöffnung und die zweite Zylinderöffnung unabhängig voneinander und nicht gleichzeitig durchströmt werden.
  • Anschaulich ist das Überlappen der zweiten Zylinderöffnung und der zweiten Steueröffnung derart mit dem Überlappen der ersten Zylinderöffnung und der ersten Steueröffnung aufgrund der Ausbildung der entsprechenden Zylinderöffnungen und Steueröffnungen abstimmbar, dass das Arbeitsfluid entweder in die erste Verbrennungskammer oder in die zweite Verbrennungskammer einströmbar oder entweder aus der ersten Verbrennungskammer oder aus der zweiten Verbrennungskammer ausströmbar ist.
  • Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Kolben zumindest ein Dichtelement auf, wobei das Dichtelement derart angeordnet ist, dass das Dichtelement gegen eine Innenwand des Zylinders drückt, um die erste Verbrennungskammer von der zweiten Verbrennungskammer abzudichten.
  • Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform ist das Dichtelement in Radialrichtung verschiebbar an dem Kolben angeordnet, so dass ein sich ändernder Abstand zwischen Kolben und Innenwand des Zylinders ausgleichbar ist.
  • Beispielsweise weist der Verbrennungsmotor ein Dichtelement auf, welches einen ersten Dichtelementabschnitt und einen zweiten Dichtelementabschnitt aufweist. Das Dichtelement ist derart beweglich im Kolben angeordnet, dass das Dichtelement in Radialrichtung im oder entlang dem Kolben bewegbar ist. Der zweite Dichtelementabschnitt ist zum ersten Dichtelementabschnitt in Radialrichtung außenliegend angeordnet. Zumindest der erste Dichtelementabschnitt ist im oder entlang dem Kolben angeordnet und der zweite Dichtelementabschnitt erstreckt sich derart zwischen Kolben und Zylinder, dass die erste Verbrennungskammer und die zweite Verbrennungskammer fluiddicht voneinander getrennt sind.
  • In der Radialrichtung außenliegend angeordnet von dem ersten Dichtelementabschnitt bedeutet, dass der zweite Dichtelementabschnitt und der erste Dichtelementabschnitt im zusammengebauten Verbrennungsmotor derart angeordnet sind, dass der zweite Dichtelementabschnitt in Radialrichtung weiter außen bzgl. der Drehachse angeordnet ist als der erste Dichtelementabschnitt. Der zweite Dichtelementabschnitt weist an seinem im zusammengebauten Verbrennungsmotor radial außenliegenden Ende eine Dichtung auf, welche das Dichtelement gegen den Zylinder abdichtet. Diese Dichtung mag insbesondere als Dichtlippe ausgebildet sein, welche zusätzlich eine Dichtung zwischen zwei sich um die Drehachse drehenden Bauteilen sicherstellt.
  • Fluiddicht voneinander trennbar bedeutet, dass kein Fluid in Umfangsrichtung zwischen Kolben und Zylinder von der ersten Verbrennungskammer in die zweite Verbrennungskammer bzw. von der zweiten Verbrennungskammer in die erste Verbrennungskammer strömen kann. Dies hat den Vorteil, dass das Arbeitsfluid in einer der ersten Verbrennungskammer und der zweiten Verbrennungskammer beim Verringern des entsprechenden Volumens verdichtet wird und nicht in das vergrößerte Volumen der jeweils anderen der ersten Verbrennungskammer und der zweiten Verbrennungskammer strömt und es somit nicht zu einem Druckausgleich kommt. Dadurch mag der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors erhöht werden.
  • Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist die weitere Zylinderseite ferner eine weitere zweite Zylinderöffnung auf und die weitere Steuerscheibe weist ferner eine weitere zweite Steueröffnung auf. Die weitere zweite Steueröffnung und die weitere zweite Zylinderöffnung sind derart ausgebildet, dass bei einer bestimmten weiteren zweiten Drehwinkelstellung des Kolbens und der weiteren Steuerscheibe die weitere zweite Steueröffnung und die weitere zweite Zylinderöffnung sich zumindest teilweise überlappen, so dass das Arbeitsfluid in die zweite Verbrennungskammer einströmbar oder aus der zweiten Verbrennungskammer ausströmbar ist.
  • Die weitere zweite Zylinderöffnung ist auf der weiteren Zylinderseite derart angeordnet, dass sie von der weiteren ersten Zylinderöffnung beabstandet ist. Die Beabstandung mag in radiale Richtung und/oder in Umfangsrichtung sein. Die weitere zweite Zylinderöffnung mag beispielsweise einen geringeren radialen Abstand zur Drehachse aufweisen als die weitere erste Zylinderöffnung.
  • Das Überlappen der weiteren zweiten Zylinderöffnung und der weiteren zweiten Steueröffnung ist derart mit dem Überlappen der weiteren ersten Zylinderöffnung und der weiteren ersten Steueröffnung abstimmbar, dass das Arbeitsfluid entweder in die erste Verbrennungskammer oder in die zweite Verbrennungskammer einströmbar oder aus der ersten Verbrennungskammer oder aus der zweiten Verbrennungskammer ausströmbar ist. Ferner ist das Überlappen der weiteren zweiten Zylinderöffnung und der weiteren zweiten Steueröffnung derart mit dem Überlappen der zweiten Zylinderöffnung und der zweiten Steueröffnung abstimmbar, dass die zweite Zylinderöffnung und die zweite Steueröffnung als Einlass fungieren und das Arbeitsfluid entweder aufgrund eines größer werdenden Volumens der zweiten Verbrennungskammer durch den Einlass einströmt. Alternativ können die zweite Zylinderöffnung und die zweite Steueröffnung als Auslass fungieren und das Arbeitsfluid aufgrund eines kleiner werdenden Volumens der zweiten Verbrennungskammer durch den Auslass ausströmt.
  • Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Verbrennungsmotor ferner eine Umfangsrichtung auf, welche sich (z. B. im Uhrzeigersinn) um die Drehachse erstreckt. Die erste Zylinderöffnung weist eine erste Zylinderöffnungslänge und eine erste Zylinderöffnungsbreite auf. Die erste Zylinderöffnungslänge erstreckt sich entlang einer ersten Zylinderöffnungskreisbahn bzw. entlang einer Umfangsrichtung um die Drehachse des Kolbens. Die erste Zylinderöffnungsbreite wird entlang der Radialrichtung und entsprechend rechtwinklig zur ersten Zylinderöffnungslänge definiert.
  • Die weitere erste Zylinderöffnung weist eine weitere erste Zylinderöffnungslänge und eine weitere erste Zylinderöffnungsbreite auf. Die weitere erste Zylinderöffnungslänge erstreckt sich entlang einer weiteren ersten Zylinderöffnungskreisbahn mit einem weiteren ersten Zylinderöffnungsradius in Umfangsrichtung und die weitere erste Zylinderöffnungsbreite erstreckt sich im 90°-Winkel zur weiteren ersten Zylinderöffnungslänge.
  • Die erste Zylinderöffnungslänge ist größer als die erste Zylinderöffnungsbreite und die weitere erste Zylinderöffnungslänge ist größer als die weitere erste Zylinderöffnungsbreite. Die erste Steueröffnung weist eine erste Steueröffnungslänge und eine erste Steueröffnungsbreite auf. Die erste Steueröffnungslänge erstreckt sich entlang einer ersten Steueröffnungskreisbahn mit einem ersten Steueröffnungsradius in Umfangsrichtung und die erste Steueröffnungsbreite erstreckt sich im 90°-Winkel zur ersten Steueröffnungslänge.
  • Die weitere erste Steueröffnung weist eine weitere erste Steueröffnungslänge und eine weitere erste Steueröffnungsbreite auf. Die weitere erste Steueröffnungslänge erstreckt sich entlang einer weiteren ersten Steueröffnungskreisbahn mit einem weiteren ersten Steueröffnungsradius in Umfangsrichtung und die weitere erste Steueröffnungsbreite erstreckt sich im 90°-Winkel zur weiteren ersten Steueröffnungslänge. Die erste Steueröffnungslänge ist größer als die erste Steueröffnungsbreite und die weitere erste Steueröffnungslänge ist größer als die weitere erste Steueröffnungsbreite. Der erste Steueröffnungsradius ist gleich dem ersten Zylinderöffnungsradius und der weitere erste Steueröffnungsradius ist gleich dem weiteren ersten Zylinderöffnungsradius.
  • Mit anderen Worten ist die erste Steueröffnungskreisbahn gleich der ersten Zylinderöffnungskreisbahn und die weitere erste Steueröffnungskreisbahn gleich der weiteren ersten Zylinderöffnungskreisbahn.
  • Die Zylinderöffnung ist durch die Zylinderöffnungslänge und die Zylinderöffnungsbreite definierbar. Die Zylinderöffnungsbreite erstreckt sich in Radialrichtung senkrecht zur Umfangsrichtung.
  • Die Zylinderöffnungskreisbahn ist eine kreisförmige Bahn deren Mittelpunkt auf der Drehachse liegt.
  • Die Zylinderöffnungslänge ist größer als die Zylinderöffnungsbreite. Insbesondere ist die Zylinderöffnungslänge um 10% größer als die Zylinderöffnungsbreite. Ferner insbesondere ist die Zylinderöffnungslänge um 50% größer als die Zylinderöffnungsbreite. Des Weiteren insbesondere ist die Zylinderöffnungslänge um 90% größer als die Zylinderöffnungsbreite. Dadurch dass die Zylinderöffnungslänge größer ist als die Zylinderöffnungsbreite ist die Zylinderöffnung besonders vorteilhaft als Schlitz ausgebildet. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Zylinderöffnung oval ist und sich entlang der Zylinderöffnungskreisbahn erstreckt.
  • Die Lage der ersten Zylinderöffnung auf der ersten Zylinderöffnungskreisbahn ist auf die Lage der weiteren ersten Zylinderöffnung auf der weiteren ersten Zylinderkreisbahn derart abstimmbar, dass die erste Zylinderöffnung und die weitere erste Zylinderöffnung nicht gleichzeitig von Arbeitsfluid durchströmbar sind. Nicht gleichzeitig durchströmbar bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Arbeitsfluid aufgrund der Winkelstellung des Kolbens und der entsprechenden Steuerscheibe entweder durch die erste Zylinderöffnung oder durch die weitere erste Zylinderöffnung strömbar ist.
  • Die Steueröffnungskreisbahn ist eine kreisförmige Bahn deren Mittelpunkt auf der Drehachse liegt und die einen Radius, d. h. den Steueröffnungsradius, größer Null Grad aufweist. Der Steueröffnungsradius ist der kürzeste Abstand zwischen der Drehachse und der Steueröffnungskreisbahn.
  • Die Steueröffnung weist vorteilhafterweise eine Erstreckung entlang der Steueröffnungslänge auf, welche auf die Erstreckung der Zylinderöffnungslänge abstimmbar ist, so dass eine Überlappung von der Steueröffnung und der Zylinderöffnung während einer Drehung um die Drehachse zu einer bestimmten Drehwinkelstellung stattfinden kann. Hierbei ist die bestimmte Drehwinkelstellung nicht auf einen bestimmten Winkelwert beschränkt. Anschaulich gesprochen ist die Zeitspanne, in welcher Arbeitsfluid in die Verbrennungskammer einströmbar oder aus der Verbrennungskammer ausströmbar ist, von der Erstreckung der Zylinderöffnung entlang der Zylinderöffnungslänge und der Erstreckung der Steueröffnung entlang der Steueröffnungslänge abhängig, da mit der Zylinderöffnungslänge und der Steueröffnungslänge die Dauer der Überlappung während der Drehung des Kolbens gesteuert wird.
  • Ferner ist die Steueröffnungslänge größer als die Steueröffnungsbreite. Insbesondere ist die Steueröffnungslänge um 10%, 50% oder um 90% größer als die Steueröffnungsbreite. Dadurch, dass die Steueröffnungslänge größer ist als die Steueröffnungsbreite ist die Steueröffnung besonders vorteilhaft als Schlitz ausgebildet. Der Schlitz kann einen beliebigen Querschnitt, durch welchen Arbeitsfluid strömbar ist, aufweisen. Insbesondere kann sich der Querschnitt aus mehr als einer Querschnittsform, wie beispielsweise rund, oval, viereckig, dreieckig, sternförmig oder tropfenförmig, zusammensetzen. Somit ist sicherstellbar, dass der Querschnitt der Steueröffnung individuell an die Randbedingungen beziehungsweise den Betriebspunkt der Strömung anpassbar ist.
  • Die Lage der ersten Steueröffnung auf der ersten Steueröffnungskreisbahn ist auf die Lage der weiteren ersten Steueröffnung auf der weiteren ersten Steuerkreisbahn derart abstimmbar, dass die erste Steueröffnung und die weitere erste Steueröffnung nicht gleichzeitig von Arbeitsfluid durchströmbar sind. Nicht gleichzeitig durchströmbar bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Arbeitsfluid entweder durch die erste Steueröffnung oder durch die weitere erste Steueröffnung Arbeitsfluid strömbar ist.
  • Insbesondere kann die erste Steueröffnungslänge unterschiedlich von jeder der weiteren ersten Steueröffnungslänge, der ersten Zylinderöffnungslänge und der weiteren ersten Zylinderöffnungslänge sein. Auch die erste Steueröffnungsbreite kann verschieden von jeder der weiteren ersten Steueröffnungsbreite, der ersten Zylinderöffnungsbreite und der weiteren ersten Zylinderöffnungsbreite sein.
  • Ferner insbesondere ist der erste Zylinderöffnungsradius gleich dem ersten Steueröffnungsradius. Dadurch ist das zumindest teilweise Überlappen der ersten Zylinderöffnung und der ersten Steueröffnung bei einer bestimmten ersten Drehwinkelstellung sichergestellt. Ferner ist der weitere erste Zylinderöffnungsradius gleich dem weiteren ersten Steueröffnungsradius. Dadurch ist das zumindest teilweise Überlappen der weiteren ersten Zylinderöffnung und der weiteren ersten Steueröffnung bei einer bestimmten weiteren ersten Drehwinkelstellung sichergestellt.
  • Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist die zweite Zylinderöffnung eine zweite Zylinderöffnungslänge und eine zweite Zylinderöffnungsbreite auf. Die zweite Zylinderöffnungslänge erstreckt sich entlang einer zweiten Zylinderöffnungskreisbahn mit einem zweiten Zylinderöffnungsradius in Umfangsrichtung und die zweite Zylinderöffnungsbreite erstreckt sich im 90°-Winkel zur zweiten Zylinderöffnungslänge.
  • Die weitere zweite Zylinderöffnung weist eine weitere zweite Zylinderöffnungslänge und eine weitere zweite Zylinderöffnungsbreite auf. Die weitere zweite Zylinderöffnungslänge erstreckt sich entlang einer weiteren zweiten Zylinderöffnungskreisbahn mit einem weiteren zweiten Zylinderradius in Umfangsrichtung und die weitere zweite Zylinderöffnungsbreite erstreckt sich im 90°-Winkel zur weiteren zweiten Zylinderöffnungslänge. Die zweite Zylinderöffnungslänge ist größer als die zweite Zylinderöffnungsbreite und die weitere zweite Zylinderöffnungslänge ist größer als die weitere zweite Zylinderöffnungsbreite. Die zweite Steueröffnung weist eine zweite Steueröffnungslänge und eine zweite Steueröffnungsbreite auf. Die zweite Steueröffnungslänge erstreckt sich entlang einer zweiten Steueröffnungskreisbahn mit einem zweiten Steueröffnungsradius in Umfangsrichtung und die zweite Steueröffnungsbreite erstreckt sich im 90°-Winkel zur zweiten Steueröffnungslänge.
  • Die weitere zweite Steueröffnung weist eine weitere zweite Steueröffnungslänge und eine weitere zweite Steueröffnungsbreite auf. Die weitere zweite Steueröffnungslänge erstreckt sich entlang einer weiteren zweiten Steueröffnungskreisbahn mit einem weiteren zweiten Steueröffnungsradius in Umfangsrichtung und die weitere zweite Steueröffnungsbreite erstreckt sich in einem 90°-Winkel zur weiteren zweiten Steueröffnungslänge. Die zweite Steueröffnungslänge ist größer als die zweite Steueröffnungsbreite und die weitere zweite Steueröffnungslänge ist größer als die weitere zweite Steueröffnungsbreite. Der zweite Zylinderöffnungsradius ist gleich dem zweiten Steueröffnungsradius und der weitere zweite Zylinderöffnungsradius ist gleich dem weiteren zweiten Steueröffnungsradius.
  • Die geometrische Ausbildung der zweiten Steueröffnung ist auf die geometrische Ausbildung der weiteren zweiten Steueröffnung abstimmbar, derart dass entweder die zweite Steueröffnung oder die weitere zweite Steueröffnung von Arbeitsfluid durchströmbar ist.
  • Insbesondere kann die zweite Steueröffnungslänge unterschiedlich sowohl von jeder der weiteren zweiten Steueröffnungslänge, der zweiten Zylinderöffnungslänge, der weiteren zweiten Zylinderöffnungslänge, der ersten Steueröffnungslänge, der weiteren ersten Steueröffnungslänge, der ersten Zylinderöffnungslänge oder der weiteren ersten Zylinderöffnungslänge sein. Auch die zweite Steueröffnungsbreite kann verschieden von jeder der weiteren zweiten Steueröffnungsbreite, der zweiten Zylinderöffnungsbreite, der weiteren zweiten Zylinderöffnungsbreite, der ersten Steueröffnungsbreite, der weiteren ersten Steueröffnungsbreite, der ersten Zylinderöffnungsbreite oder der weiteren ersten Zylinderöffnungsbreite sein.
  • Insbesondere ist der zweite Zylinderöffnungsradius gleich dem zweiten Steueröffnungsradius. Dadurch wird das zumindest teilweise Überlappen der zweiten Zylinderöffnung und der zweiten Steueröffnung bei einer bestimmten zweiten Drehwinkelstellung ermöglicht. Zusätzlich ist der weitere zweite Zylinderöffnungsradius gleich dem weiteren zweiten Steueröffnungsradius. Dadurch ist das zumindest teilweise Überlappen der weiteren zweiten Zylinderöffnung und der weiteren zweiten Steueröffnung bei einer bestimmten weiteren zweiten Drehwinkelstellung sichergestellt.
  • Mit anderen Worten ist die zweite Zylinderöffnungskreisbahn gleich der zweiten Steueröffnungskreisbahn und die weitere zweite Zylinderöffnungskreisbahn gleich der weiteren zweiten Steueröffnungskreisbahn.
  • Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Verbrennungsmotor ferner eine Steuerscheibenabdeckung, in welcher die Steuerscheibe drehbar angeordnet ist, und eine weitere Steuerscheibenabdeckung, in welcher die weitere Steuerscheibe drehbar angeordnet ist, auf. Zwei parallele Grenzflächen der Steuerscheibenabdeckung fallen jeweils mit zwei parallelen Grenzflächen der Steuerscheibe, durch welche das Arbeitsfluid in den Verbrennungsraum entsprechend einströmbar oder aus dem Verbrennungsraum ausströmbar ist, zusammen. Zwei parallele Grenzflächen der weiteren Steuerscheibenabdeckung fallen jeweils mit zwei parallelen Grenzflächen der weiteren Steuerscheibe, durch welche das Arbeitsfluid in den Verbrennungsraum entsprechend einströmbar oder ausströmbar ist, zusammen.
  • Die Steuerscheibenabdeckung und die Steuerscheibe sind derart ausgebildet und angeordnet, dass Arbeitsfluid bei geschlossener Steueröffnung nicht zwischen Steuerscheibe und Steuerscheibenabdeckung hindurch an der Steueröffnung vorbei strömen kann. Somit dient die Steuerscheibenabdeckung und die weitere Steuerscheibenabdeckung dazu die Steuerscheibe und die weitere Steuerscheibe zusätzlich abzudichten, so dass Leckagen unterbunden werden können.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben des vorstehend beschriebenen Verbrennungsmotors beschrieben. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf. Drehen des Kolbens und der Steuerscheibe auf eine bestimmte erste Drehwinkelstellung. Zumindest teilweises Überlappen der ersten Steueröffnung und der ersten Zylinderöffnung. Vergrößern des Volumens der ersten Verbrennungskammer. Einströmen des Arbeitsfluids in Axialrichtung durch die erste Zylinderöffnung in die erste Verbrennungskammer. Weiteres Drehen des Kolbens und der weiteren Steuerscheibe auf eine bestimmte weitere erste Drehwinkelstellung. Zumindest teilweises Überlappen der weiteren ersten Steueröffnung und der weiteren ersten Zylinderöffnung. Verringern des Volumens der ersten Verbrennungskammer. Sowie Ausströmen des Arbeitsfluids in Axialrichtung durch die weitere erste Zylinderöffnung aus der ersten Verbrennungskammer.
  • Das Drehen des Kolbens und der Steuerscheibe ist derart koppelbar, dass die Drehung der Steuerscheibe und die Drehung des Kolbens aufeinander abstimmbar sind. Dieses Abstimmen kann beispielsweise über eine Übersetzung mittels eines Getriebes erfolgen.
  • Das zumindest teilweise Überlappen der ersten Zylinderöffnung und der ersten Steueröffnung verläuft von einem ersten Überlappen eines kleinen Randbereichs der ersten Steueröffnung und der ersten Zylinderöffnung bis zu einem maximalen Überlappen dieser beiden. Das Vergrößern des Volumens der ersten Verbrennungskammer und das Einströmen des Arbeitsfluid durch die Überlappung der Zylinderöffnung und der Steueröffnung, welche in diesem Fall einen Einlass darstellt, bedingen einander dahingehend, dass durch das größere Volumen das Arbeitsfluid durch einen Einlass in die erste Verbrennungskammer gesaugt wird. Durch das zusätzliche Arbeitsfluid in der ersten Verbrennungskammer dehnt sich das Volumen der ersten Verbrennungskammer weiter aus, so dass das einströmende Arbeitsfluid aufgenommen werden kann. Nachdem das Überlappen der ersten Zylinderöffnung und der ersten Steueröffnung beendet ist und somit der Einlass wieder geschlossen ist, beginnt das Überlappen der weiteren ersten Zylinderöffnung und der weiteren ersten Steueröffnung. Das zumindest teilweise Überlappen der weiteren ersten Zylinderöffnung und der weiteren ersten Steueröffnung verläuft von dem ersten Überlappen eines kleinen Randbereichs der weiteren ersten Steueröffnung und der weiteren ersten Zylinderöffnung bis zu einem maximalen Überlappen der weiteren ersten Zylinderöffnung und der weiteren ersten Steueröffnung. Das Verringern des Volumens der weiteren ersten Verbrennungskammer und das Ausströmen des Arbeitsfluid durch die Überlappung der weiteren ersten Zylinderöffnung mit der weiteren ersten Steueröffnung, welche in diesem Fall einen Auslass darstellt, bedingen einander dahingehend, dass durch das geringere Volumen das Arbeitsfluid durch den Auslass aus der ersten Verbrennungskammer ausgeströmt wird. Durch weniger Arbeitsfluid in der ersten Verbrennungskammer verringert sich das Volumen der ersten Verbrennungskammer weiter, so dass die Volumenabnahme des ausströmenden Arbeitsfluids durch weniger Arbeitsfluid kompensiert werden kann.
  • Gemäß dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor wird dieser Verbrennungsmotor, z. B. ein Viertakt-Verbrennungsmotor, durch einen Kolben, auch Drehkolben genannt, angetrieben, welcher durch seine rotierende Bewegung die Arbeitstakte z. B. des Viertaktmotors ausführt. Durch die Größe des Kolbens und die Anordnung der Drehachse kann das gewünschte Verdichtungsverhältnis erreicht werden. Somit kann sowohl ein rechtslaufender als auch ein linkslaufender Verbrennungsmotor auf einfache Art und Weise erzeugt werden. Der Verbrennungsmotor weist die zwei Steuerscheiben auf, wobei die Steuerscheibe den Einlass und die weitere Steuerscheibe den Auslass des Verbrennungsraums steuert. Die Steuerscheiben sind mit der Welle, bzw. Kurbelwelle, verbunden. Danach folgt in Richtung der Drehachse auf beiden Seiten eine Abdeckung für die Steuerscheiben. Zwischen beiden axial beabstandeten Zylinderseiten bewegt sich der rotierende Kolben. Die zwei Zylinderseiten sind mit Bohrungen, welche auch Zylinderöffnungen genannt werden, versehen, die ein Einströmen eines Brennstoffgemisches und ein Ausströmen eines Abgases ermöglichen und durch die Steueröffnungen auf den Steuerscheiben freigegeben werden.
  • In jeder der zwei Zylinderseiten (bzw. Zylinderwänden) sind Lager für die Kurbelwelle angerordnet. Die Kurbelwelle kann auf der einen Seite zentrisch gelagert sein. Auf der anderen Seite sitzt entsprechend der Kolbengröße und der Größe des Zylinders die versetzte Welle, die den Motor zum Laufen bringt.
  • Der Kolben kann eine Dreiecksform ausbilden und/oder der Zylinder bzw. der Verbrennungsraum kann viereckig ausgebildet sein. Der Zylinder kann an den Ecken entsprechende Abrundungen besitzen. Der Kolben bewegt/rotiert entsprechend im Verbrennungsraum. Der Kolben ist mit Gleitschienen (z. B. Dichtelementen) versehen, welche den Zylinder und den Kolben abdichten und welche sich in Führungen bewegen können und so die Dichtheit zwischen Kolben und Zylinder gewährleisten. Im Zylinder befinden sich zusätzlich die Zündkerzen, die bei der höchsten Verdichtung und dem oberen Todpunkt den Zündfunken geben und so einen weiteren Arbeitstakt einleitet.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. So ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier expliziten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Im Folgenden werden zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Teilschnittansicht des Verbrennungsmotors in Richtung der Drehachse gesehen mit einem geschnitten dargestellten Zylinder und einem nicht geschnitten dargestellten Kolben gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 eine schematische Draufsicht einer Zylinderseite gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 3 eine schematische Draufsicht einer Steuerscheibe und einer Steuerscheibenabdeckung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 4 eine schematische Draufsicht einer Zylinder-Steuerscheibe-Anordnung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 5 eine Schnittansicht eines Zylinders entlang der Drehachse gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 6 eine Schnittansicht eines Verbrennungsmotors entlang der Drehachse gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Detaillierte Beschreibung von exemplarischen Ausführungsformen
  • Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen. Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen oder mit Bezugszeichen versehen, welche sich lediglich in der ersten Ziffer voneinander unterscheiden. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen werden bereits anhand einer vorher beschriebenen Ausführungsform erläuterte Merkmale bzw. Komponenten an späterer Stelle nicht mehr im Detail erläutert.
  • 1 zeigt eine schematische Teilschnittansicht des Verbrennungsmotors 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Der Verbrennungsmotor 100 weist einen Zylinder 110, mit einem Verbrennungsraum 170 und einen Kolben 130 auf, welcher im Verbrennungsraum 170 angeordnet ist und um eine Drehachse 190 drehbar ist. Der Zylinder 110, und der Kolben 130 sind derart ausgebildet, dass bei einer Drehung des Kolbens 130 im Verbrennungsraum 170 zwischen Kolben 130 und Zylinder eine erste Verbrennungskammer 171 vorliegt, deren Volumen aufgrund der Drehung des Kolbens 130 variierbar ist. Der Zylinder 110 weist eine Zylinderseite 114 mit einer ersten Zylinderöffnung 111 auf. Die Zylinderseite 114 grenzt zumindest teilweise den Verbrennungsraum 170 in Axialrichtung entlang der Drehachse (190) derart ein, dass ein Arbeitsfluid in Axialrichtung durch die erste Zylinderöffnung 111 in die erste Verbrennungskammer 171 einströmbar oder aus der ersten Verbrennungskammer 171 ausströmbar ist.
  • Der Verbrennungsmotor 100 weist ferner eine Steuerscheibe 150 auf, welche um die Drehachse 190 drehbar an der Zylinderseite 114 angeordnet ist und welche durch die Zylinderöffnung 111 in der Zylinderseite 114 sichtbar ist. Die Steuerscheibe 150 weist eine erste Steueröffnung 151 auf, wobei die erste Steueröffnung 151 und die erste Zylinderöffnung 111 derart ausgebildet sind, dass bei einer bestimmten ersten Drehwinkelstellung des Kolbens 130 und der Steuerscheibe 150 die erste Steueröffnung 151 und die erste Zylinderöffnung 111 sich zumindest teilweise überlappen, so dass das Arbeitsfluid in die erste Verbrennungskammer 171 einströmbar oder aus der ersten Verbrennungskammer 171 ausströmbar ist.
  • In dem Kolben 130 ist ein erstes Dichtelement 181 (bzw. ein Gleitelement), ein zweites Dichtelement 182 (bzw. ein Gleitelement) und ein drittes Dichtelement 183 (bzw. ein Gleitelement) angeordnet.
  • Der Kolben 130 weist eine dreieckige Grundform mit abgerundeten Ecken auf. An jeder der drei abgerundeten Ecken ist eine Dichtelementaussparung 135 in den Kolben 130 eingebracht. Der Zylinder 110 weist eine viereckige Grundform mit einem ebenfalls viereckigen Verbrennungsraum 170 auf. Die vier Ecken des Verbrennungsraums 170 sind ebenfalls abgerundet, so dass ein entsprechendes Abgleiten des ersten Dichtelements 181, des zweiten Dichtelements 182 und des dritten Dichtelements 183 über diese Ecken vereinfacht wird und gleichzeitig die Dichtung zwischen einer ersten Verbrennungskammer 171, einer zweiten Verbrennungskammer 172 und einer dritten Verbrennungskammer 173, respektive, sicherstellbar ist.
  • Die erste Steueröffnung 151 und die erste Zylinderöffnung 111 überlappen sich teilweise, so dass ein Arbeitsfluid durch die sich durch das Überlappen ergebende Öffnung einströmbar oder ausströmbar in eine erste Verbrennungskammer 171 ist. Die Drehrichtung 191 des Kolbens 130 ist in 1 im Uhrzeigersinn um die Drehachse 190 dargestellt, dadurch wird die sich durch das Überlappen ergebende Öffnung größer und das Volumen der ersten Verbrennungskammer 171 kleiner werden. Somit wird das Arbeitsfluid durch die erste Zylinderöffnung 111 sowie die erste Steueröffnung 151 aus der ersten Verbrennungskammer 171 ausgeströmt. Exemplarisch ist in 1 lediglich die erste Zylinderöffnung 111 und die erste Steueröffnung 151 dargestellt. Dies dient ausschließlich zur vereinfachten und übersichtlicheren Darstellung. Ferner sei darauf hingewiesen, dass die zweite Verbrennungskammer 172 eine zweite Steueröffnung 352 und eine zweite Zylinderöffnung (in 2 dargestellt) aufweist und eine dritte Verbrennungskammer 173 eine dritte Steueröffnung 353 und eine dritte Zylinderöffnung (in 2 dargestellt) aufweist. Die Ausströmvorgänge der ersten Verbrennungskammer 171, der zweiten Verbrennungskammer 172 und der dritten Verbrennungskammer 173 sind derart aufeinander abgestimmt, dass der Zeitpunkt und die Dauer des Ausströmens aus er jeweiligen Verbrennungskammer aufeinander und auf das jeweilige Volumen der jeweiligen Verbrennungskammer abgestimmt ist und somit eine Rotation des Kolbens 130 in dem Zylinder 110 gewährleistet ist.
  • Das erste Dichtelement 181 ist zwischen der ersten Verbrennungskammer 171 und der zweiten Verbrennungskammer 172 angeordnet und trennt diese zwei fluiddicht voneinander. Das zweite Dichtelement 182 ist zwischen der zweiten Verbrennungskammer 172 und der dritten Verbrennungskammer 173 angeordnet und trennt diese zwei fluiddicht voneinander. Des Weiteren ist das dritte Dichtelement 183 zwischen der dritten Verbrennungskammer 173 und der ersten Verbrennungskammer 171 angeordnet und trennt diese zwei fluiddicht voneinander. Fluiddicht voneinander trennen bedeutet, dass unter anderem kein Arbeitsfluid in einer Umfangsrichtung zwischen Kolben 130 und Zylinder 110 von der ersten Verbrennungskammer 171 in die zweite Verbrennungskammer 172 strömen kann, wenn das Volumen der ersten Verbrennungskammer 171 aufgrund der Drehung des Kolbens 130 in Drehrichtung 191 um die Drehachse 190 verringert wird und es gleichzeitig zu einer Vergrößerung des Volumens der zweiten Verbrennungskammer 172 kommt. Somit mag ein sich ohne Dichtung einstellender Druckausgleich unterbunden werden.
  • Um ein derartiges fluiddichtes Trennen der unterschiedlichen Verbrennungskammern voneinander bereitzustellen, weist das erste Dichtelement 181 einen ersten Dichtelementabschnitt 184 und einen zweiten Dichtelementabschnitt 185 auf. Der erste Dichtelementabschnitt 184 ist teilweise innerhalb des Kolbens 130 angeordnet. Der Kolben 130 weist zumindest eine Dichtelementaussparung 135 auf. Insbesondere weist der Kolben 130 so viele Dichtelementaussparungen 135 auf wie Dichtelemente. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Kolben 130 drei Dichtelementaussparungen 135 auf. Exemplarisch wird auf das erste Dichtelement 181 eingegangen. Das erste Dichtelement 181 ist in der Dichtelementaussparung 135 des Kolbens 130 derart angeordnet, dass der erste Dichtelementabschnitt 184 in der Dichtelementaussparung 135 angeordnet ist. Die Dichtelementaussparung 135 ist mit einer Dämpfung versehen, welche den Boden der Dichtelementaussparung 135 mit dem ersten Dichtelement 181 verbindet. Die Dämpfung dient dazu, dass das erste Dichtelement 181 beim Eindrücken in den Kolben 130 nicht direkt den Boden der Dichtelementaussparung 135 kontaktiert. Zusätzlich dient die Dämpfung als Dichtung und unterbindet oder behindert zu keinem Zeitpunkt während der Drehung des Kolbens eine Bewegung des ersten Dichtelements 181 in Radialrichtung.
  • Der zweite Dichtelementabschnitt 185 ist wie in 1 dargestellt der Abschnitt des ersten Dichtelements 181, welcher weiter entfernt von der Drehachse 190 angeordnet ist als der erste Dichtelementabschnitt 184. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der zweite Dichtelementabschnitt 185 an einem den Zylinder 110 berührenden und auf diesem abgleitenden Ende eine Dichtlippe oder eine andersartige Dichtung aus einem Dichtmaterial aufweist. Somit ist eine gleitende Dichtung des Kolbens 130 gegen den Zylinder 110 ermöglichbar.
  • Das zweite Dichtelement 182 und das dritte Dichtelement 183 sind insbesondere beide identisch zum ersten Dichtelement 181 ausgebildet. Jedoch kann es in einigen Anwendungsfällen von besonderem Vorteil sein, wenn eines des ersten Dichtelements 181, des zweiten Dichtelements 182 und des dritten Dichtelements 183 unterschiedlich zu den beiden anderen des ersten Dichtelements 181, des zweiten Dichtelements 182 und des dritten Dichtelements 183 ausgebildet ist oder auch alle drei des ersten Dichtelements 181, des zweiten Dichtelements 182 und des dritten Dichtelements 183 jeweils voneinander unterschiedlich ausgebildet sind.
  • 2 zeigt eine schematische Draufsicht einer Zylinderseite 114 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Zylinderseite 114 weist die erste Zylinderöffnung 111, eine zweite Zylinderöffnung 212 und eine dritte Zylinderöffnung 213 auf. Die erste Zylinderöffnung 111 weist eine erste Zylinderöffnungslänge 225 und eine erste Zylinderöffnungsbreite 224 auf. Die erste Zylinderöffnungslänge 225 erstreckt sich entlang einer ersten Zylinderöffnungskreisbahn 221 mit einem ersten Zylinderöffnungsradius 226. Die erste Zylinderöffnungskreisbahn 221 verläuft entlang eines Kreises, welcher die Drehachse 190 als Mittelpunkt hat. Der erste Zylinderöffnungsradius 226 erstreckt sich in Umfangsrichtung, welche sich im Uhrzeigersinn in Drehrichtung 191 (in 1 gezeigt) um die Drehachse 190 erstreckt. Die erste Zylinderöffnungsbreite 224 erstreckt sich im 90°-Winkel zur ersten Zylinderöffnungslänge 225.
  • Die zweite Zylinderöffnung 212 weist eine zweite Zylinderöffnungslänge 228 und eine zweite Zylinderöffnungsbreite 227 auf. Die zweite Zylinderöffnungslänge 228 erstreckt sich entlang einer zweiten Zylinderöffnungskreisbahn 222 mit einem zweiten Zylinderöffnungsradius 229. Die zweite Zylinderöffnungskreisbahn 222 verläuft entlang eines Kreises, welcher ebenfalls wie die erste Zylinderöffnungskreisbahn 221 die Drehachse 190 als Mittelpunkt hat. Der zweite Zylinderöffnungsradius 229 erstreckt sich wie der erste Zylinderöffnungsradius 226 in Umfangsrichtung, welche sich im Uhrzeigersinn in Drehrichtung 191 (in 1 gezeigt) um die Drehachse 190 erstreckt. Die zweite Zylinderöffnungsbreite 227 erstreckt sich im 90°-Winkel zur zweiten Zylinderöffnungslänge 228.
  • Die dritte Zylinderöffnung 213 erstreckt sich entlang einer dritten Zylinderöffnungskreisbahn 223, welche einen dritten Zylinderöffnungsradius aufweist. Der dritte Zylinderöffnungsradius ist ebenso wie eine dritte Zylinderöffnungslänge und eine dritte Zylinderöffnungsbreite aufgrund der Übersichtlichkeit nicht in 2 dargestellt sind. Die dritte Zylinderöffnungskreisbahn 223 verläuft entlang eines Kreises, welcher ebenfalls wie die erste Zylinderöffnungskreisbahn 221 und die zweite Zylinderöffnungskreisbahn 222 die Drehachse 190 als Mittelpunkt hat.
  • Wie in 2 dargestellt, ist der erste Zylinderöffnungsradius 226 kleiner als der zweite Zylinderöffnungsradius 229 und der dritte Zylinderöffnungsradius. Der zweite Zylinderöffnungsradius 229 ist kleiner als der dritte Zylinderöffnungsradius und größer als der erste Zylinderöffnungsradius 226. Daraus folgt, dass sich die erste Zylinderöffnung 111 an der in Radialrichtung gesehen am weitesten innen gelegenen Position erstreckt und die zweite Zylinderöffnung 212 in Radialrichtung weiter außen an der Zylinderseite 114 angeordnet ist. Die erste Zylinderöffnungslänge 225 ist größer als die zweite Zylinderöffnungslänge 228. Die dritte Zylinderöffnung 223 ist in Radialrichtung noch weiter außen angeordnet und weist eine noch geringere dritte Zylinderöffnungslänge auf als die zweite Zylinderöffnung 222.
  • Der jeweilige Querschnitt der ersten Zylinderöffnung 111, der zweiten Zylinderöffnung 212 und der dritten Zylinderöffnung 213 ist in 2 jeweils ellipsenförmig dargestellt. Die Querschnitte können jedoch beispielsweise auch rechteckig, quadratisch oder tropfenförmig sein. Jede der ersten Zylinderöffnung 111, der zweiten Zylinderöffnung 212 und der dritten Zylinderöffnung 213 können eine eigene geeignete Form des Querschnitts haben, die sich insbesondere voneinander unterscheiden. Die erste Zylinderöffnung 111, die zweite Zylinderöffnung 212 und die dritte Zylinderöffnung 213 sind als Durchgangsöffnungen in der Zylinderseite 114 ausgebildet und werden besonders bevorzugt durch ein materialabtragendes Verfahren hergestellt. Besonders geeignet ist Lasererodieren, da dieses eine hohe Präzision der Geometrie der Zylinderöffnungen ermöglicht. Jedoch kann auch ein anderes materialabtragendes Verfahren, wie Fräsen oder Bohren, verwendet werden. Auch ein Vorsehen der Zylinderöffnungen bereits beim Herstellen der Zylinderseite 114, beispielsweise durch Vorsehen eines Kerns oder einer verlorenen Form beim Gießen, ist möglich. Meistens werden die Zylinderöffnungen in diesem Fall jedoch vor einem Verwenden in einem darauffolgenden Schritt noch nachbearbeitet. Das Herstellverfahren der Zylinderöffnungen kann auch für jede Zylinderöffnung ein unterschiedliches sein und wird in erster Linie nach der gewünschten Präzision der Zylinderöffnung und den erwünschten Herstellkosten ausgewählt.
  • Die weitere Zylinderseite (in 6 dargestellt) kann entsprechend der Zylinderseite 114 hergestellt und ausgebildet sein.
  • 3 zeigt eine schematische Draufsicht einer Steuerscheibe 150 und einer Steuerscheibenabdeckung 355 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Steuerscheibenabdeckung 355 weist eine viereckige Außengeometrie mit einer kreisförmigen Öffnung darin auf, in welcher die kreisförmige Steuerscheibe 150 drehbar angeordnet ist. Die Steuerscheibenabdeckung 355 weist zwei parallele Grenzflächen auf, welche jeweils mit zwei parallelen Grenzflächen der Steuerscheibe 150, durch welche das Arbeitsfluid in den Verbrennungsraum 170 einströmbar oder aus dem Verbrennungsraum 170 ausströmbar ist, zusammenfallen. Mit anderen Worten, bilden die erste Grenzfläche der Steuerscheibe 150 und die erste Grenzfläche der Steuerscheibenabdeckung 355 im in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel eine planare erste Ebene aus und die zweite Grenzfläche der Steuerscheibe 150 und die zweite Grenzfläche der Steuerscheibenabdeckung 355 bilden eine zur ersten planaren Ebene parallele zweite planare Ebene aus.
  • In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann es von besonderem Vorteil sein, wenn die Grenzfläche der Steuerscheibe 150 und die Grenzfläche der Steuerscheibenabdeckung 355 nicht planar zusammenfallen und somit die Steuerscheibe 150 und die Steuerscheibenabdeckung 355 unterschiedliche Dicken aufweisen, so dass es am Übergang zwischen der Grenzfläche der Steuerscheibe 150 und der Grenzfläche der Steuerscheibenabdeckung 355 eine Stufe ausgebildet ist. Dies kann besondere Vorteile beim Abdichten des Verbrennungsmotors 100 (in 1 gezeigt), insbesondere der Steuerscheibe 150, gegen andere an den Verbrennungsmotor 100 angrenzende Bauteile mit sich bringen. Insbesondere können auch die erste Grenzfläche der Steuerscheibe 150 und die erste Grenzfläche der Steuerscheibenabdeckung 355 planar zusammenfallend ausgebildet sein und die zweite Grenzfläche der Steuerscheibe 150 und die zweite Grenzfläche der Steuerscheibenabdeckung 355 am Übergang mit einer Stufe ausgebildet sein.
  • Zwischen der Steuerscheibe 150 und der Steuerscheibenabdeckung 355 ist eine Dichtung vorgesehen, die es ermöglicht, dass die Steuerscheibe 150 problemlos und ohne großen Kraftaufwand in der Öffnung der Steuerscheibenabdeckung 355 drehbar ist. Gleichzeitig ermöglicht die Dichtung einen fluiddichten Anschluss zwischen der Steuerscheibe 150 und der Steuerscheibenabdeckung 355, so dass das Arbeitsfluid lediglich durch die erste Steueröffnungen 151, die zweite Steueröffnung 352 oder die dritte Steueröffnung 353 strömt und nicht durch den Spalt zwischen der Steuerscheibe 150 und der Steuerscheibenabdeckung 355.
  • Die in 3 dargestellt beispielhafte Ausführungsform weist eine erste Steueröffnung 151 mit einer ersten Steueröffnungslänge 365 und einer ersten Steueröffnungsbreite 364 auf. Die erste Steueröffnungslänge 365 erstreckt sich entlang einer ersten Steueröffnungskreisbahn 361 mit einem ersten Steueröffnungsradius 366 in Umfangsrichtung. Die erste Steueröffnungsbreite 364 erstreckt sich im 90°-Winkel zur ersten Steueröffnungslänge 365.
  • Die zweite Steueröffnung 352 weist eine zweite Steueröffnungslänge 368 und eine zweite Steueröffnungsbreite 367 auf. Die zweite Steueröffnungslänge 368 erstreckt sich entlang einer zweiten Steueröffnungskreisbahn 362 mit einem zweiten Steueröffnungsradius 369 in Umfangsrichtung. Die zweite Steueröffnungsbreite 367 erstreckt sich im 90°-Winkel zur zweiten Steueröffnungslänge 368.
  • Die dritte Steueröffnung 353 weist eine dritte Steueröffnungsbreite und eine dritte Steueröffnungslänge auf. Die dritte Steueröffnungslänge erstreckt sich entlang einer dritten Steueröffnungskreisbahn 363 mit einem dritten Steueröffnungsradius in Umfangsrichtung. Die dritte Steueröffnungsbreite erstreckt sich im 90°-Winkel zur dritten Steueröffnungslänge. Aus Gründen der Kürze und Übersichtlichkeit ist die dritte Steueröffnung 353 in 3 lediglich exemplarisch dargestellt.
  • In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erste Steueröffnungslänge 365 größer als die erste Steueröffnungsbreite 364, die zweite Steueröffnungslänge 368 größer als die zweite Steueröffnungsbreite 367 und die dritte Steueröffnungslänge größer als die dritte Steueröffnungsbreite. Ferner ist der jeweilige Querschnitt der ersten Steueröffnung 151, der zweiten Steueröffnung 352 und der dritten Steueröffnung 353 elliptisch ausgebildet. In weiteren Ausführungsbeispielen kann der Querschnitt auch tropfenförmig, rechteckig oder vieleckig ausgebildet sein.
  • In 2 und 3 ist die jeweilige Steueröffnungslänge größer als die jeweilig dazugehörige Steueröffnungsbreite, so dass die Steueröffnungen länglich, insbesondere schlitzförmig, ausgebildet sind. Dies hat den Vorteil, dass Arbeitsfluid, welches durch die entsprechende Steueröffnung strömt, über einen längeren Zeitraum einströmen kann, als wenn die Steueröffnung eine kürzere Steueröffnungslänge aufweisen würde. Somit kann das Arbeitsfluid kontinuierlich und gleichzeitig mit geringeren Arbeitsfluidmengen und geringerem Durchfluss durch die Steueröffnung strömen. Die dritte Steueröffnungslänge bzw. dritte Zylinderöffnungslänge ist kürzer als die zweite Steueröffnungslänge 368 bzw. zweite Zylinderöffnungslänge 228 und die erste Steueröffnungslänge 365 bzw. erste Steueröffnungsbreite 364, da die Steuerscheibe 150 sich mit einer definierten variierbaren Winkelgeschwindigkeit dreht und somit die absolute Geschwindigkeit beim dritten Steueröffnungsradius höher ist, als beim zweiten Steueröffnungsradius 369 und als beim ersten Steueröffnungsradius 366. Dasselbe gilt für die Drehgeschwindigkeit der zweiten Steueröffnung 352, die einen zweiten Steueröffnungsradius 369 aufweist, welcher größer ist als der erste Steueröffnungsradius 366 der ersten Steueröffnung 151, so dass die erste Steueröffnungslänge 365 größer ist, als die zweite Steueröffnungslänge 368. Die verschiedenen Steueröffnungslängen sind abhängig vom Betriebspunkt und der jeweils benötigten Menge von Arbeitsfluid aufeinander abstimmbar.
  • Der Steueröffnungsradius ist gleich dem entsprechenden Zylinderöffnungsradius. Anschaulich bedeutet dies, dass der erste Steueröffnungsradius 366 gleich dem ersten Zylinderöffnungsradius 226 ist, der zweite Steueröffnungsradius 369 gleich dem zweiten Zylinderöffnungsradius 229 ist und der dritte Steueröffnungsradius gleich dem dritten Zylinderöffnungsradius ist. Dadurch lassen sich mit lediglich einer Steuerscheibe 150 in diesem Fall drei Einlässe bzw. Auslässe realisieren. Bei einer ersten Drehwinkelstellung des Kolbens 130 und der Steuerscheibe 150 überlappen sich die erste Steueröffnung 151 und die erste Zylinderöffnung 111 zumindest teilweise, so dass das Arbeitsfluid in die erste Verbrennungskammer 171 (in 1 gezeigt) einströmbar ist. Dies gilt entsprechend für eine zweite Drehwinkelstellung bei der die zweite Steueröffnung 352 und die zweite Zylinderöffnung 212 einander überlappen, sowie für eine dritte Drehwinkelstellung bei der die dritte Steueröffnung 353 und die dritte Zylinderöffnung 213 einander überlappen. Die erste Drehwinkelstellung, die zweite Drehwinkelstellung und die dritte Drehwinkelstellung sind unterschiedliche voneinander, so dass gewährleistbar ist, dass sich entweder die erste Steueröffnung 151 mit der ersten Zylinderöffnung 111 oder die zweite Steueröffnung 353 sich mit der zweiten Zylinderöffnung 212 oder die dritte Steueröffnung 353 sich mit der dritten Zylinderöffnung 213 vollständig überlappen. Somit ist sichergestellt, dass Arbeitsfluid immer nur in eine der ersten Verbrennungskammer 171, der zweiten Verbrennungskammer 172 und der dritten Verbrennungskammer 173 einströmt oder ausströmt, so dass sichergestellt ist, dass genügend Arbeitsfluid in die entsprechende Verbrennungskammer einströmen kann.
  • 4 zeigt eine schematische Draufsicht einer Zylinder-Steuerscheibe-Anordnung 400 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Zylinder-Steuerscheiben-Anordnung 400 weist eine wie in 2 gezeigte Zylinderseite 114 und eine wie in 3 gezeigte Steuerscheibe 150 auf. Die Steuerscheibe 150 weist eine erste Steueröffnung 151, eine zweite Steueröffnung 352 und eine dritte Steueröffnung 353, welche jeweils mit durchgezogenen Linien dargestellt sind, auf. Die Zylinderseite 114 (im Detail in 2 gezeigt) weist eine erste Zylinderöffnung 111, eine zweite Zylinderöffnung 212 und eine dritte Zylinderöffnung 213, welche jeweils mit gestrichelten Linien dargestellt sind, auf. Die dritte Steueröffnung 353 und die dritte Zylinderöffnung 213 überlappen sich teilweise und die Überlappung stellt einen Einlass 401 der ersten Verbrennungskammer 171 dar. Gleichzeitig überlappen sich die zweite Steueröffnung 352 und die zweite Zylinderöffnung 212 nicht und auch die dritte Steueröffnung 353 und die dritte Zylinderöffnung 213 überlappen sich nicht. So ist sichergestellt, dass das Arbeitsfluid lediglich durch den Einlass 401 in die erste Verbrennungskammer 171 einströmt.
  • 5 zeigt eine Schnittansicht eines Zylinders 110 entlang der Drehachse 190 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Zylinder 110 ist einstückig ausgebildet und weist eine Zylinderseite 512 und eine weitere Zylinderseite 514 auf, welche oben und unten durch jeweils eine Wand miteinander verbunden sind, so dass ein Verbrennungsraum 170 zwischen der Zylinderseite 512, der weiteren Zylinderseite 514 und den beiden Wänden ausgebildet wird. In diesem ist der Kolben 130 (in 1 dargestellt) derart angeordnet, dass bei einer Drehung des Kolbens 130 im Verbrennungsraum 170 zwischen Kolben 130 und Zylinder 110 eine erste Verbrennungskammer 171 vorliegt, deren Volumen aufgrund der Drehung des Kolbens 130 variierbar ist.
  • Die Zylinderseite 512 weist eine erste Zylinderöffnung 111 auf und die weitere Zylinderseite 514 weist eine weitere erste Zylinderöffnung 515 auf. Das Arbeitsfluid strömt in der in 5 gezeigten beispielhaften Ausführungsform entlang der Drehachse 190 von links nach rechts. Somit stellt die erste Zylinderöffnung 111 einen Einlass des Verbrennungsraums 170 und die weitere erste Zylinderöffnung 515 einen Auslass des Verbrennungsraums 170 dar. Die erste Zylinderöffnung 111 erstreckt sich entlang einer ersten Zylinderöffnungskreisbahn 221 (in 2 gezeigt) aufweisend einen ersten Zylinderöffnungsradius 226 (in 2 gezeigt) und die weitere erste Zylinderöffnung 515 erstreckt sich entlang einer weiteren ersten Zylinderöffnungskreisbahn aufweisend einen weiteren ersten Zylinderöffnungsradius. Der erste Zylinderöffnungsradius 226 ist kleiner als der weitere erste Zylinderöffnungsradius. Der erste Zylinderradius 226 ist derart ausgewählt, dass ein möglichst turbulenzfreies und verlustfreies Einströmen des Arbeitsfluids in die erste Verbrennungskammer 171 sicherstellbar ist. Dasselbe gilt für die Auswahl des Weiteren ersten Zylinderöffnungsradius.
  • 6 zeigt eine Schnittansicht eines Verbrennungsmotors 600 entlang der Drehachse 190 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Verbrennungsmotor 600 weist einen Zylinder 610, eine Zylinderseite 614, eine weitere Zylinderseite 618, eine Steuerscheibe 650 und eine weitere Steuerscheibe 658 auf. Das Arbeitsfluid durchströmt den Verbrennungsmotor 600 entlang der Drehachse 190 von links nach rechts. Der Zylinder 610 und die Zylinderseite 612 sowie die weitere Zylinderseite 614 sind aus jeweils einem Stück gefertigt und in einem anschließenden Schritt zu einem den Verbrennungsraum begrenzenden Bauteil zusammengefügt.
  • Das Zusammenfügen der Zylinderseite 612, der weiteren Zylinderseite 614 und der beiden diese verbindenden Wände kann entweder zerstörungsfrei lösbar oder zerstörungsbehaftet lösbar erfolgen. Beispielsweise kann eine zerstörungsfrei lösbar ausgebildete Verbindung in Form einer Schraubverbindung ausgebildet sein. In der zerstörungsbehaftet lösbar ausgebildeten Verbindung wie in 6 dargestellt, kann die Verbindung durch eine Schweißverbindung hergestellt sein. Die Zylinderseite 612 weist eine erste Zylinderöffnung 611 auf und die weitere Zylinderseite 614 weist eine weitere erste Zylinderöffnung 615 auf. Ferner weist die Steuerscheibe 650 eine erste Steueröffnung 651 auf und die weitere Steuerscheibe 658 eine weitere erste Steueröffnung 655 auf. Die erste Zylinderöffnung 611 und die erste Steueröffnung 611 überlappen sich bei der dargestellten ersten Drehwinkelstellung an der in 6 gezeigten Schnittposition derart, dass der sich überlappende Querschnitt einen Einlass mit einem maximalen Strömungsquerschnitt ausbildet und eine maximale Menge Arbeitsfluid von links nach rechts in den Verbrennungsraum 670 einströmen kann. Die weitere erste Zylinderöffnung 615 und die weitere erste Steueröffnung 655 überlappen sich bei der in 6 gezeigten ersten Drehwinkelstellung nicht, so dass kein Auslass gebildet wird. Somit kann kein Arbeitsfluid aus dem Verbrennungsraum 670 ausströmen.
  • Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass ”umfassend” keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und ”eine” oder ”ein” keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
  • Außerdem wird darauf hingewiesen, dass raumbezogene Begriffe, wie beispielsweise „vorne” und „hinten”, „oben” und „unten”, „links” und „rechts”, etc. verwendet werden, um die Beziehung eines Elements zu einem anderen Element oder zu anderen Elementen zu beschreiben, wie in den Figuren veranschaulicht. Demnach können die raumbezogenen Begriffe für Ausrichtungen gelten, welche sich von den Ausrichtungen unterschieden, die in den Figuren dargestellt sind. Es versteht sich jedoch von selbst, dass sich alle solchen raumbezogenen Begriffe der Einfachheit der Beschreibung halber auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausrichtungen beziehen und nicht unbedingt einschränkend sind, da die jeweils dargestellte Vorrichtung, Komponente etc., wenn sie in Verwendung ist, Ausrichtungen annehmen kann, die von den in der Zeichnung dargestellten Ausrichtungen verschieden sein können.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Verbrennungsmotor
    110
    Zylinder
    111
    erste Zylinderöffnung
    114
    Zylinderseite
    130
    Kolben
    135
    Dichtelementaussparung
    150
    Steuerscheibe
    151
    erste Steueröffnung
    170
    Verbrennungsraum
    171
    erste Verbrennungskammer
    172
    zweite Verbrennungskammer
    173
    dritte Verbrennungskammer
    181
    erstes Dichtelement
    182
    zweites Dichtelement
    183
    drittes Dichtelement
    184
    erster Dichtelementabschnitt
    185
    zweiter Dichtelementabschnitt
    190
    Drehachse
    191
    Drehrichtung
    212
    zweite Zylinderöffnung
    213
    dritte Zylinderöffnung
    221
    erste Zylinderöffnungskreisbahn
    222
    zweite Zylinderöffnungskreisbahn
    223
    dritte Zylinderöffnungskreisbahn
    224
    erste Zylinderöffnungsbreite
    225
    erste Zylinderöffnungslänge
    226
    erster Zylinderöffnungsradius
    227
    zweite Zylinderöffnungsbreite
    228
    zweite Zylinderöffnungslänge
    229
    zweiter Zylinderöffnungsradius
    352
    zweite Steueröffnung
    353
    dritte Steueröffnung
    355
    Steuerscheibenabdeckung
    361
    erste Steueröffnungskreisbahn
    362
    zweite Steueröffnungskreisbahn
    363
    dritte Steueröffnungskreisbahn
    364
    erste Steueröffnungsbreite
    365
    erste Steueröffnungslänge
    366
    erster Steueröffnungsradius
    367
    zweite Steueröffnungsbreite
    368
    zweite Steueröffnungslänge
    369
    zweiter Steueröffnungsradius
    400
    Zylinder-Steuerscheibe-Anordnung
    401
    Einlass
    512
    Zylinderseite
    514
    weitere Zylinderseite
    515
    weitere erste Zylinderöffnung
    600
    Verbrennungsmotor
    610
    Zylinder
    611
    erste Zylinderöffnung
    612
    Zylinderseite
    615
    weitere erste Zylinderöffnung
    614
    weitere Zylinderseite
    650
    Steuerscheibe
    651
    erste Steueröffnung
    655
    weitere erste Steueröffnung
    658
    weitere Steuerscheibe
    670
    Verbrennungsraum

Claims (10)

  1. Verbrennungsmotor (100), aufweisend einen Zylinder (110, 610) mit einem Verbrennungsraum (170), einen Kolben (130), welcher im Verbrennungsraum (170) angeordnet ist und um eine Drehachse (190) drehbar ist, wobei der Zylinder (110, 610) und der Kolben (130) derart ausgebildet sind, dass bei einer Drehung des Kolbens (130) im Verbrennungsraum (170) zwischen Kolben (130) und Zylinder (110, 610) eine erste Verbrennungskammer (171) vorliegt, deren Volumen aufgrund der Drehung des Kolbens (130) variierbar ist, wobei der Zylinder (110, 610) eine Zylinderseite (114) mit einer ersten Zylinderöffnung (111) aufweist, wobei die Zylinderseite (114) zumindest teilweise den Verbrennungsraum (170) in Axialrichtung entlang der Drehachse (190) derart eingrenzt, dass ein Arbeitsfluid in Axialrichtung durch die erste Zylinderöffnung (111) in die erste Verbrennungskammer (171) einströmbar oder aus der ersten Verbrennungskammer (171) ausströmbar ist, eine Steuerscheibe (150), welche um die Drehachse (190) drehbar an der Zylinderseite (114) angeordnet ist, wobei die Steuerscheibe (150) eine erste Steueröffnung (151) aufweist, wobei die erste Steueröffnung (151) und die erste Zylinderöffnung (111) derart ausgebildet sind, dass bei einer bestimmten ersten Drehwinkelstellung des Kolbens (130) und der Steuerscheibe (150) die erste Steueröffnung (151) und die erste Zylinderöffnung (111) sich zumindest teilweise überlappen, so dass das Arbeitsfluid in die erste Verbrennungskammer (171) einströmbar oder aus der ersten Verbrennungskammer (171) ausströmbar ist.
  2. Verbrennungsmotor (100) gemäß Patentanspruch 1, ferner aufweisend eine weitere Zylinderseite (514) mit einer weiteren ersten Zylinderöffnung (615), eine weitere Steuerscheibe (658), welche um die Drehachse (190) drehbar an der weiteren Zylinderseite (514) angeordnet ist, wobei die weitere Zylinderseite (514) entlang der Axialrichtung der Drehachse (190) von der Zylinderseite (114) beabstandet ist, wobei die weitere Zylinderseite (514) zumindest teilweise den Verbrennungsraum (170) in Axialrichtung derart eingrenzt, dass das Arbeitsfluid in Axialrichtung durch die entsprechend andere der ersten Zylinderöffnung (111) und der weitere ersten Zylinderöffnung in die erste Verbrennungskammer (171) einströmbar oder aus der ersten Verbrennungskammer (171) ausströmbar ist, wobei die weitere Steuerscheibe (658) eine weitere erste Steueröffnung (655) aufweist, wobei die weitere erste Steueröffnung (655) und die weitere erste Zylinderöffnung (111) derart ausgebildet sind, dass bei einer bestimmten weiteren ersten Drehwinkelstellung des Kolbens (130) und der weiteren Steuerscheibe (658) die weitere erste Steueröffnung (655) und die weitere erste Zylinderöffnung (611) sich zumindest teilweise überlappen, so dass das Arbeitsfluid in die erste Verbrennungskammer (171) einströmbar oder aus der ersten Verbrennungskammer (171) ausströmbar ist.
  3. Verbrennungsmotor (100) gemäß Patentanspruch 2, wobei die Zylinderseite (114) ferner eine zweite Zylinderöffnung (212) und die Steuerscheibe (150) ferner eine zweite Steueröffnung (352) aufweisen, wobei der Zylinder (110) und der Kolben (130) ferner derart ausgebildet sind, dass bei einer Drehung des Kolbens (130) im Verbrennungsraum (170) zwischen Kolben (130) und Zylinder (110) ferner eine zweite Verbrennungskammer (172) vorliegt, deren Volumen aufgrund der Drehung des Kolbens (130) variierbar ist, wobei die Zylinderseite (114) zumindest teilweise den Verbrennungsraum (170) in Axialrichtung derart eingrenzt, dass ein Arbeitsfluid in Axialrichtung durch die zweite Zylinderöffnung (212) in die zweite Verbrennungskammer (172) einströmbar oder aus der zweiten Verbrennungskammer (172) ausströmbar ist, wobei die Steuerscheibe (150) eine zweite Steueröffnung (352) aufweist, wobei die zweite Steueröffnung (352) und die zweite Zylinderöffnung (212) derart ausgebildet sind, dass bei einer bestimmten zweiten Drehwinkelstellung des Kolbens (130) und der Steuerscheibe (150) die zweite Steueröffnung (352) und die zweite Zylinderöffnung (212) sich zumindest teilweise überlappen, so dass das Arbeitsfluid in die zweite Verbrennungskammer (172) einströmbar oder aus der zweiten Verbrennungskammer (172) ausströmbar ist.
  4. Verbrennungsmotor (100) gemäß Patentanspruch 3, wobei der Kolben zumindest ein Dichtelement (181) aufweist, wobei das Dichtelement (181) derart angeordnet ist, dass das Dichtelement (181) gegen eine Innenwand des Zylinders (110, 610) drückt, um die erste Verbrennungskammer (172) von der zweiten Verbrennungskammer (172) abzudichten.
  5. Verbrennungsmotor (100) gemäß Patentanspruch 4, wobei das Dichtelement (181) in Radialrichtung verschiebbar an dem Kolben (130) angeordnet ist, so dass ein sich ändernder Abstand zwischen Kolben (130) und Innenwand des Zylinders (110, 610) ausgleichbar ist,
  6. Verbrennungsmotor (100) gemäß einem der Patentansprüche 2 bis 5, wobei die weitere Zylinderseite (514) eine weitere zweite Zylinderöffnung aufweist, wobei die weitere Steuerscheibe (658) eine weitere zweite Steueröffnung aufweist, wobei die weitere zweite Steueröffnung und die weitere zweite Zylinderöffnung derart ausgebildet sind, dass bei einer bestimmten weiteren zweiten Drehwinkelstellung des Kolbens (130) und der weiteren Steuerscheibe (658) die weitere zweite Steueröffnung und die weitere zweite Zylinderöffnung sich zumindest teilweise überlappen, so dass das Arbeitsfluid in die zweite Verbrennungskammer (172) einströmbar oder aus der zweiten Verbrennungskammer (172) ausströmbar ist.
  7. Verbrennungsmotor (100) gemäß einem der Patentansprüche 2 bis 6, wobei die erste Zylinderöffnung (111) eine erste Zylinderöffnungslänge (225) aufweist, wobei die erste Zylinderöffnungslänge (225) sich entlang einer ersten Zylinderöffnungskreisbahn (221) in Umfangsrichtung erstreckt, wobei die weitere erste Zylinderöffnung (615) eine weitere erste Zylinderöffnungslänge aufweist, wobei die weitere erste Zylinderöffnungslänge sich entlang einer weiteren ersten Zylinderöffnungskreisbahn in Umfangsrichtung erstreckt, wobei die erste Steueröffnung (151) eine erste Steueröffnungslänge (365) aufweist, wobei die erste Steueröffnungslänge (365) sich entlang einer ersten Steueröffnungskreisbahn (361) in Umfangsrichtung erstreckt, wobei die weitere erste Steueröffnung (655) eine weitere erste Steueröffnungslänge aufweist, wobei die weitere erste Steueröffnungslänge sich entlang einer weiteren ersten Steueröffnungskreisbahn in Umfangsrichtung erstreckt, wobei die erste Steueröffnungskreisbahn (361) gleich der ersten Zylinderöffnungskreisbahn (221) ist und die weitere erste Steueröffnungskreisbahn gleich der weiteren ersten Zylinderöffnungskreisbahn ist.
  8. Verbrennungsmotor (100) gemäß einem der Patentansprüche 3 bis 7, wobei die zweite Zylinderöffnung (212) eine zweite Zylinderöffnungslänge (228) aufweist, wobei die zweite Zylinderöffnungslänge (228) sich entlang einer zweiten Zylinderöffnungskreisbahn (222) in Umfangsrichtung erstreckt, wobei die weitere zweite Zylinderöffnung eine weitere zweite Zylinderöffnungslänge aufweist, wobei die weitere zweite Zylinderöffnungslänge sich entlang einer weiteren zweiten Zylinderöffnungskreisbahn in Umfangsrichtung erstreckt, wobei die zweite Steueröffnung (352) eine zweite Steueröffnungslänge (368) aufweist, wobei die zweite Steueröffnungslänge (368) sich entlang einer zweiten Steueröffnungskreisbahn (362) in Umfangsrichtung erstreckt, wobei die weitere zweite Steueröffnung eine weitere zweite Steueröffnungslänge aufweist, wobei die weitere zweite Steueröffnungslänge sich entlang einer weiteren zweiten Steueröffnungskreisbahn in Umfangsrichtung erstreckt, wobei die zweite Zylinderöffnungskreisbahn (222) gleich der zweiten Steueröffnungskreisbahn (362) ist und die weitere zweite Zylinderöffnungskreisbahn gleich der weiteren zweiten Steueröffnungskreisbahn ist.
  9. Verbrennungsmotor (100) gemäß einem der Patentansprüche 2 bis 8, ferner aufweisend eine Steuerscheibenabdeckung (355), in welcher die Steuerscheibe (150) drehbar angeordnet ist, wobei zwei parallele Grenzflächen der Steuerscheibenabdeckung (355) mit zwei parallelen Grenzflächen der Steuerscheibe (150), durch welche das Arbeitsfluid in den Verbrennungsraum (170) entsprechend einströmbar oder aus dem Verbrennungsraum (170) ausströmbar ist, zusammenfallen.
  10. Verfahren zum Betreiben des Verbrennungsmotors (100) gemäß einem beliebigen der Patentansprüche 1 bis 9, das Verfahren aufweisend Drehen des Kolbens (130) und der Steuerscheibe (150) auf eine bestimmte erste Drehwinkelstellung, so dass sich die erste Steueröffnung (151) und die erste Zylinderöffnung (111) zumindest teilweise überlappt, wobei sich beim Drehen des Kolbens (130) ein Volumen der ersten Verbrennungskammer (171) vergrößert und das Arbeitsfluid in Axialrichtung durch die erste Zylinderöffnung (111) und die erste Steueröffnung (151) in die erste Verbrennungskammer (171) einströmt, weiteres Drehen des Kolbens (130) und der weiteren Steuerscheibe (658) auf eine bestimmte weitere erste Drehwinkelstellung, so dass sich die weitere erste Steueröffnung (151) und die weitere erste Zylinderöffnung (615) zumindest teilweise überlappt, wobei sich bei dem weiteren Drehen des Kolbens (130) das Volumen der ersten Verbrennungskammer (171) verringert und das Arbeitsfluid in Axialrichtung durch die weitere erste Zylinderöffnung (615) aus der ersten Verbrennungskammer (171) ausströmt.
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US11891948B1 (en) * 2022-05-20 2024-02-06 David Stiles Moving wall positive displacement turbine system

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