DE19711972A1

DE19711972A1 - Kreiskolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19711972A1
Application number: DE19711972A
Authority: DE
Inventors: Jakob Ettner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-03-21
Filing date: 1997-03-21
Publication date: 1998-09-24

Description

Die Erfindung betrifft eine Kreiskolbenbrennkraftma schine nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 17 sowie ein Verfahren zur Steuerung einer Kreiskolbenbrennkraftma schine nach dem Oberbegriff des Anspruches 24.

In der Praxis sind zahlreiche Varianten von Kreiskol benbrennkraftmaschinen bekannt, von denen vor allem der Wankelmotor eine gewisse Bedeutung erlangt hat. Kreiskol benmotoren zeigen Vorteile hinsichtlich eines vollkommenen Massenausgleichs, eines günstigen Drehkraftverlaufs, einer kompakten Bauweise und eines sehr guten Laufverhaltens, wo bei kein Ventiltrieb notwendig ist.

Trotz all dieser Vorteile konnte sich der Kreiskolben motor bisher in der Praxis kaum durchsetzen, da er neben hohen Herstellungskosten einen hohen Kraftstoff- und Ölver brauch bei ungünstigen Emissionswerten bedingt. Der geringe Wirkungsgrad bekannter Kreiskolbenmotoren ist dabei auch systembedingt, da der üblicherweise verwendete Gehäuse mantel in trochoidaler Form zur Ausbildung zweier benachbarter Brennkammern führt, wodurch bei der Verbren nung stets eine der Drehbewegung des Rotorkolbens entgegen gerichtete Kraftkomponente entsteht. Darüber hinaus waren Verrichtungsverhältnisse von größer als 13 : 1 kaum her stellbar. Des weiteren traten thermische Probleme im Motor auf und es zeigte sich, daß es mit Schwierigkeiten verbun den ist, ein homogenes Brennstoff-/Luftgemisch im Motor zu erzeugen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kreiskolbenbrennkraftmaschine zu schaffen, mit der die im Stand der Technik gegebenen Nachteile überwunden werden können und bei einem einfachen Aufbau insbesondere ein hoher Wirkungsgrad erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird vorrichtungstechnisch durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 17 und verfahrenstechnisch durch die Merkmale des Anspruchs 24 gelöst.

Der wesentliche Grundgedanke der Erfindung basiert darauf, die Innenseite des Gehäusemantels in einer im wesentlichen elliptischen Gestalt auszubilden, welche anstelle der trochoidalen Gehäuseform tritt.

Hieraus ergibt sich der bedeutende Vorteil, daß kein zweigeteilter Brennraum auftritt. Durch eine geeignet eingeleitete Zündung des Brennstoffgemisches ist es daher möglich, die Verbrennungsenergie im wesentlichen voll ständig zum Antrieb des Kreiskolbens zu nutzen. Die im Stand der Technik bekannte Aufgliederung des Ver brennungsverlaufes in die dort vorhandenen beiden Kammern kann so beseitigt werden, wodurch keine einander ent gegenwirkenden Kraftkomponenten auftreten. Somit läßt sich ein hoher Wirkungsgrad der Kreiskolbenbrennkraftmaschine erreichen.

Als weiterer Vorteil hieraus ergibt sich, daß die Bau weise des Gehäusemantel vereinfacht werden kann. Da die Ab dichtung der einzelnen Arbeitsräume durch die Eckdichtlei sten des Rotorkolbens hergestellt wird, können Toleranzabweichungen an den Innenflächen des Gehäusemantels auf einfache Weise wirksam ausgeglichen werden, wodurch sich der Herstellungsaufwand wesentlich verringert.

Der erfindungsgemäß verbesserte Wirkungsgrad der Kreiskolbenbrennkraftmaschine ermöglicht es zudem, höhere Leistungen bei geringeren Drehzahlen zu erreichen. Dadurch sinkt der Kraftstoffverbrauch wesentlich und gleichzeitig wird der Motor geringer belastet.

Als weiterer Vorteil ergibt sich hieraus, daß die von der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ausgehenden Umweltbelastungen reduziert werden können.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Kreiskolben brennkraftmaschine liegt darin, daß diese vielstofftauglich ist. Daher können neben den konventionellen Brennstoffen auch Alkohole und ähnliches als Energielieferant genutzt werden. Dadurch erhöht sich die Umweltverträglichkeit der erfindungsgemäßen Kreiskolbenbrennkraftmaschine weiter.

Vorteilhaft ist ferner, daß durch eine Anpassung der Gestalt der Seitenflächen des Rotorkolbens an die Gestalt des elliptischen Gehäusemantels die Verdichtung nahezu beliebig eingestellt werden kann. Bei vollständiger Anpassung, das heißt Konturgleichheit dieser beiden Komponenten, ist theoretisch sogar eine Verdichtung gegen unendlich möglich. Dadurch kann die Leistung der Brennkraftmaschine theoretisch unbegrenzt erhöht werden.

Hierbei ist es ferner vorteilhaft, wenn eine Rotormulde im Rotorkolben ausgebildet wird, da hierdurch auf einfache Weise die Größe des Verdichtungsverhältnisses bestimmt wer den kann. Zudem ermöglicht es die Rotormulde, durch eine entsprechende Gestaltung den Verbrennungsverlauf gezielter derart zu steuern, daß die entstehenden Kraftkomponenten wirksam für den Antrieb des Rotorkolbens gerichtet sind. Die Leistungsfähigkeit der Kreiskolbenbrennkraftmaschine erhöht sich dadurch weiter.

Nutzt man die erfindungsgemäße Kreiskolbenbrennkraftma schine dazu, eine Verdichtung größer 30 : 1 zu erreichen, so kann ein sehr hoher Wirkungsgrad erreicht werden. Ferner kann eine Selbstzündung des Brennstoffgemisches bewirkt werden, das heißt auch eine das Dieselverfahren anwendende Kreiskolbenbrennkraftmaschine geschaffen werden. Damit kön nen in vorteilhafter Weise die Vorteile der Kreiskolben brennkraftmaschine mit denen des Dieselverfahrens verbunden werden.

Von weiterem Vorteil ist es, wenn die bewegbaren Eck dichtleisten mechanisch über die Exzenterwelle gesteuert werden. Dadurch kann eine zuverlässige Abdichtung der Ar beitsräume gegeneinander erzielt werden. Somit können Ener gieverluste vermieden werden, wodurch sich der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine weiter erhöht.

Von weiterem Vorteil ist es, wenn ein Regelventil zum Einleiten von Brennstoff-Gas vorgesehen ist. Hieraus ergibt sich, daß Brennstoffgas in den Arbeitsraum des Motors mit eingeleitet werden kann und dadurch ein homogeneres Gemisch bei einer besseren Füllung des Verbrennungsraumes möglich wird. Auf diese Weise läßt sich der Wirkungsgrad des Kreiskolbenmotors steigern und gleichzeitig ist es möglich, den Verbrauch an Brennstoff und Öl zu senken. Damit einher geht eine Minderung der Abgasmenge und aufgrund der besseren Verbrennung eine Reduzierung der darin enthaltenen giftigen Stoffe.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Kreiskolbenmotoren ver ringern sich auch die Ablagerungen im Motorraum wesentlich. Die vor allem im kalten Motorzustand auftretenden Gemisch ablagerungen an den Eckpunkten des Rotorkolbens, die auf grund einer inhomogenen Gemischverteilung auftreten, können so im wesentlichen vermieden werden. Damit können Probleme hinsichtlich der Beweglichkeit der Eckdichtleisten vermieden werden, wodurch sich auch die Schwierigkeiten hinsichtlich der Dichtigkeit der Arbeitsräume zueinander deutlich verringern.

Das an sich bereits sehr gute Laufverhalten des Kreis kolbenmotors läßt sich durch die sich ergebende homogene Verbrennung weiter verbessern. Die thermische wie auch die dynamische Belastung der einzelnen Motorelemente, insbeson dere des Rotorkolbens, kann wesentlich verringert werden, wodurch sich die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Kreis kolbenmotors wesentlich verbessert. Ferner werden dadurch höhere Drehzahlen des Kreiskolbenmotors möglich.

Von weiterem Vorteil ist es, wenn das Regelventil im Lufteintritt angeordnet ist. Dies ermöglicht eine gute Ver mischung des Brennstoffgases mit der angesaugten Luft und trägt so wesentlich zur Homogenisierung des Gemisches bei. Das in den Arbeitsraum eingebrachte Brennstoffgas-/Luft gemisch kann sich zudem mit dem anschließend einge spritzten und zerstäubtem Brennstoff gleichmäßig vermi schen. Damit wird die Homogenisierung des Gesamtgemisches sichergestellt und ein geringer Verbrauch bei niedrigen Ab gaswerten ermöglicht.

Alternativ kann das Regelventil auch im Arbeitsbereich der Brennkraftmaschine außerhalb des Verbrennungsbereiches angeordnet sein. Dadurch wird eine Einbringung des Brenn stoffgases nach dem Schließen des Lufteintritts möglich. Durch eine geeignete Plazierung des Regelventils und der Brennstoff-Einspritzdüse wird somit eine gute Vermischung erreicht.

Mittlerweile sind Einspritzdüsen für jeden Anwendungs zweck im Handel erhältlich und die Anordnung der Brenn stoff-Einspritzdüse ist an keinen bestimmten Ort mehr gebunden. Die Brennstoff-Einspritzdüse kann dabei in jedem Bereich zwischen dem Lufteintritt und einem zur Direkt einspritzung in die Rotormulde bei OT geeigneten Ort angeordnet werden.

Alternativ können das Regelventil und die Brennstoff- Einspritzdüse in einer Zweistoffdüse zusammengefaßt werden. Damit vereinfacht sich der Aufbau wesentlich und zudem kann der Brennstoff beim Einspritzen deutlich besser zerstäubt werden. Dadurch läßt sich ein homogeneres Gas-Luft-/Brenn stoffgemisch erzeugen. Die Zweistoffdüse ist hierbei vor zugsweise elektronisch regelbar, was z. B. durch einen Schritt- oder Servomotor erfolgen kann. Dadurch läßt sich die Zusammensetzung des Gemisches und damit das Leistungs vermögen vorteilhaft steuern.

Ferner ist es dadurch möglich, einen zusätzlichen Vor verdichtereffekt zu erreichen, da das Medium mit Gasdruck in den Verdichterraum eingebracht wird. Damit läßt sich der Wirkungsgrad der Anordnung weiter erhöhen.

Durch die Anordnungsweise der Zweistoffdüse in einem Bereich außerhalb des Verbrennungsbereiches kann gemäß obi ger Ausführungen die thermische Belastung der Düse gering gehalten werden.

Dadurch, daß das über das Regelventil eingeleitete Brennstoffgas ein gasförmiger Alkohol, insbesondere Spalt gas oder Methanoldampf und der über die Brennstoff-Ein spritzdüse eingebrachte Brennstoff ein flüssiger Alkohol, insbesondere Methanol ist, kommt ein Brennstoff zum Ein satz, der günstigste Abgaswerte erreicht. Darüber hinaus verbrennt z. B. Methanol sehr schnell im Verhältnis zu her kömmlichen Brennstoffen, wodurch höhere Drehzahlen möglich werden. Die Anwendung von Brennstoffen auf Alkoholbasis führt insbesondere im Zusammenwirken mit der erfindungs gemäßen elliptischen Gestalt der Innenseite des Gehäuse mantels zu einer wesentlichen Verbesserung des Wirkungs grades.

Von weiterem Vorteil ist, daß Methanol eine sehr hohe Kühlleistung aufweist. Dadurch kann der konstruktive Auf wand für die Kühlung des Kreiskolbenmotors wesentlich ver ringert werden. Ferner bewirkt die Kühlfähigkeit des Met hanols beim Einspritzen ein starkes Abkühlen im Arbeits raum, wodurch eine Sogwirkung entsteht, die ein besseres Füllen des Arbeitsraumes zur Folge hat. Damit kann der Wir kungsgrad des Kreiskolbenmotors wesentlich gesteigert wer den.

Da Methanol zudem wesentlich billiger als herkömmliche Brennstoffe ist, wird so ein kostengünstiger und leistungs fähiger Kreiskolbenmotor ermöglicht.

Vorteilhafterweise ist das sich ergebende Gas-/Flüs sigkeitsgemisch lastabhängig steuerbar. Je nach dem von der Gaspedalstellung ableitbarem Lastbereich wird daher ein geeignetes Gemisch bereitgestellt. Im Laborversuch hat sich hierbei ein Gas-/Flüssigkeitsgemisch im Verhältnis 1 : 2 für einen mittleren Leistungsbereich als günstig für eine hohe Motorleistung erwiesen. Damit kann der Wirkungsgrad des Kreiskolbenmotors optimiert werden.

Von weiterem Vorteil ist es, wenn der Lufteintritt un gefähr eine Seitenlänge des Rotorkolbens vom Abgasauslasses entfernt ist. Damit ergibt sich eine längere Schließzeit, da ein größerer Bereich zwischen dem Lufteintritt und dem Abgasauslaß im Gehäusemantel vorliegt, als dies bei her kömmlichen Kreiskolbenmotoren in der Regel der Fall ist. Der Druckverlust durch einen direkten Übertritt des ange saugten Gas-Luftgemisches und des eingebrachten Brennstof fes in den Abgasauslaß kann so wesentlich verringert wer den. Bei einer Aufladung des Kreiskolbenmotors, z. B. durch einen Turbolader, verringert sich aufgrund der Lage der Eintrittsöffnung des Lufteintritts der Gegendruck durch den Rotorkolben. Das einströmende Brennstoff-Gas-/Luftgemisch trifft nur sehr kurz direkt auf die Seitenfläche des Rotor kolbens und strömt nach fortgesetzten Bewegung des Rotor kolbens ungehindert in den Arbeitsraum ein. Damit kann eine bessere Füllung des Arbeitsraumes und eine höhere Verdich tung erreicht werden.

Von weiterem Vorteil ist es, wenn eine Kreiskolben brennkraftmaschine insbesondere der aufgezeigten Art derart gestaltet ist, daß die Zündkerze im Bereich zwischen 30° vor dem oberen Totpunkt (OT) und 35° nach OT angeordnet ist. Damit wird der Zündzeitpunkt in einen Bereich versetzt, bei dem sich der Brennstoff in einem günstigen Abschnitt unter hoher Verdichtung angesammelt hat. Dieser versetzte Zündzeitpunkt ist insbesondere bei der Verwendung von Methanol als Brennstoff sinnvoll, da Methanol wesentlich schneller als Benzin verbrennt. Die Zeitdauer, bis die volle Wirkung der Verbrennung zum Tragen kommt, verkürzt sich daher wesentlich.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Kreiskolbenmotoren, liegt das Brennstoffgemisch im wesentlichen in einem einzigen Ab schnitt vor. Bei herkömmlichen Kreiskolbenmotoren verteilt sich das Brennstoffgemisch aufgrund der Gestalt des Gehäu semantels und des Rotorkolbens auf einem Bereich vor OT und einem Bereich nach OT. Durch das Ansammeln des Brennstoff gemisches in einem einzelnen Bereich um OT, erhält man dagegen eine gezieltere Wirkung durch die Verbrennung. Es entsteht nämlich keine Gegenkraftkomponente, die der Rotor bewegung entgegenwirkt und daher kann ein sogenanntes "Klopfen" im Motor vermieden werden.

Im Zusammenwirken zwischen der Anordnung der Zündkerze und einer Mulde im Rotorkolben kann der Kraftverlauf derart abgestimmt werden, daß die Zündung eine effektive Kraftbe aufschlagung in Drehrichtung des Rotorkolbens bewirkt. Da mit erhöht sich der Wirkungsgrad des Kreiskolbenmotors we sentlich.

Wie sich in Versuchen herausgestellt hat, ist dabei ei ne Anordnung der Zündkerze um ungefähr 5° nach dem OT als besonders vorteilhaft anzusehen.

Dadurch, daß im Bereich der Zündkerze eine Mulde im Ge häusemantel vorgesehen ist, wird erreicht, daß die durch den Zündfunken ausgelöste Verbrennung sich nicht vom Rand des Brennstoffgemisches hin ausbreitet, sondern aus einem Bereich kommt, der weiter innen im Gemisch liegt. Der vor dere Bereich der Zündkerze ist dabei vom Brennstoffgemisch umfaßt, wodurch sich die Verbrennung schneller ausbreiten kann.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die be anspruchten Oberflächenbereiche der Kreiskolbenbrennkraft maschine zumindest abschnittsweise aus einem verschleißfe sten und hitzebeständigen Material ausgebildet, das zudem einen derart geringen Reibungskoeffizient und/oder selbst schmierende Eigenschaften aufweist, daß ein Trockenlauf der Kreiskolbenbrennkraftmaschine ermöglicht ist.

Im Zusammenwirken mit der erfindungsgemäßen ellipti schen Bauform der Innenseite des Gehäusemantels ergeben sich hieraus besonders vorteilhafte Aspekte. Insbesondere ermöglicht die einfache Bauform eine kostengünstige und zuverlässige Ausbildung der hoch beanspruchten Oberflächen bereiche.

Als weiterer Vorteil wird hierdurch eine Betriebsweise des Motors ohne Ölschmierung ermöglicht. Dadurch wird der Ölbedarf auf das Getriebe beschränkt und es kann weiterhin ein betriebssicherer Motor zur Verfügung gestellt werden. Die Umweltverträglichkeit der Brennkraftmaschine wird gesteigert und die Bauweise vereinfacht sich wesentlich.

Die Laufflächen der Kreiskolbenbrennkraftmaschine wer den somit derart ausgebildet, daß sie den Beanspruchungen hinsichtlich der auftretenden Reibung und der Wärmeentwick lung gerecht werden. Damit ist eine hohe Lebensdauer der Brennkraftmaschine möglich.

Ferner ist hierdurch eine geringfügige Wasserumlauf schmierung möglich, welche sich nicht wesentlich auf den konstruktiven Aufwand auswirken würde, z. B. aber für einen Heizungskreislauf von Vorteil wäre.

Vorteilhaft ist dabei das Aufbringen einer keramischen Legierungsschicht auf die beanspruchten Bereiche. Damit kann bei einer großen Temperaturbeständigkeit eine sehr verschleißfeste Oberfläche ausgebildet werden. Die Kreis kolbenbrennkraftmaschine kann somit auch bei höheren Tempe raturen betrieben werden, ohne daß der Verschleiß übermäßig ansteigt.

Wird als Beschichtungsmaterial ein Fluoropolymer-Werk stoff verwendet, so erhalten die beanspruchten Oberflächen neben einer guten Temperaturbeständigkeit und Verschleißfe stigkeit "Trockenschmierungseigenschaften". Ferner weisen derartige Beschichtungen einen niedrigen Reibungskoeffizi ent und einen sehr guten Abriebwiderstand auf.

Die Verwendung eines Kohlenstoffwerkstoffs als Be schichtungsmaterial ermöglicht ebenfalls selbstschmierende Eigenschaften. Dazu sind hierbei Werkstoffe auf Graphitba sis verfügbar, die eine sehr große Härte aufweisen.

Die Eigenschaften der genannten Beschichtungsmateria lien lassen sich ferner bei einer kombinierten Anwendung vorteilhaft miteinander verbinden. Damit können die Be standteile der Kreiskolbenbrennkraftmaschine mittels einer derartigen Legierung so gestaltet werden, daß ein Trocken lauf ohne Ölschmierung möglich ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Ver fahren zur Steuerung einer Kreiskolbenbrennkraftmaschine aufgezeigt.

Aus diesem erfindungsgemäßen Verfahren ergibt sich fer ner der wesentliche Vorteil, daß das zu verbrennende Ge misch durch die Kombination der angesaugten Luft, des über ein Regelventil eingebrachten Brennstoffgases und dem ein gespritzten und zerstäubten flüssigen Brennstoff eine homo gene Verteilung ermöglicht, die einen hohen Wirkungsgrad ermöglicht und die Emissionen minimiert.

Dadurch, daß die Einspritzmenge des Brennstoffs durch die erste Steuereinheit geregelt wird, die über eine Lamb dasonde die Abgaszusammensetzung erfaßt und mit vorgegebe nen Sollwerten vergleicht, sowie daraus ein Signal an die Brennstoff-Einspritzdüse ableitet, ist auf einfache Weise eine zuverlässige und exakte Steuerung der Brennstoffmenge für den jeweiligen Leistungszustand möglich. Der Kreiskol benmotor ist daher in der Lage, durch die Vorgabe des je weiligen Lastbereiches, d. h. der Stellung des Gaspedals, angesteuert zu werden, um den Bedarf an Brennstoff zu re geln. Durch diesen einfachen Steuerungsaufbau kann eine im wesentlichen wartungsfreie und zuverlässige Regelung des Motors sichergestellt werden. Der Motor kann daher schnell auf veränderte Lastbereiche eingeregelt werden.

Indem die Brennstoff-Gaszuführung über das Regelventil durch eine zweite Steuereinheit geregelt wird, kann diese exakt gesteuert werden. Die zweite Steuereinheit erfaßt da bei einen Gasdruck in einem mit dem Regelventil verbundenen Gaszwischenlager und vergleicht diesen mit einem voreinge stellten Sollwert. Dabei ist das System so eingestellt, daß der Druck im Gaszwischenlager möglichst konstant bleibt. Da das Regelventil je nach Lastbereich mehr oder weniger Gas zum Motor zuführt, sorgt die zweite Steuereinheit über die Druckkontrolle im Gaszwischenlager dafür, daß dementspre chend mehr oder weniger Gas durch eine Vorrichtung zur Gas erzeugung und -zuführung erzeugt und zum Gaszwischenlager zugeführt wird. Damit kann eine gleichbleibende Zusammen setzung des Brennstoffgemisches im Motor erreicht werden.

Der Wirkungsgrad des Kreiskolbenmotors kann somit beständig auf einem hohen Niveau gehalten werden.

Die Vorrichtung zur Gaserzeugung kann dabei zum Bei spiel entweder ein Spaltgasgenerator oder ein Verdampfer sein, durch die entweder Spaltgas oder Methanoldampf herge stellt wird. In beiden Fällen ist eine einfache, relativ ungefährliche und zuverlässige Erzeugung von Brennstoff-Gas möglich.

Dadurch, daß die Vorrichtung zur Gaserzeugung die Wär meenergie des Abgasstromes nutzt, kann der Wirkungsgrad des gesamten Systems wesentlich verbessert werden.

Indem die Gaszuführung über ein drehzahlabhängiges Re gelventil erfolgt, wird diese automatisch abhängig vom je weiligen Lastfall gesteuert. Somit ist sichergestellt, daß das zu verbrennende Gemisch im wesentlichen immer in der gleichen, jeweils gewünschten Zusammensetzung vorliegt. Die Leistungsfähigkeit des Motors ist somit in allen Lastfällen gegeben.

Dadurch, daß die Zündung des Gas-Luft-/Brennstoffgemi sches in einem Bereich um den oberen Totpunkt erfolgt, wird erreicht, daß die resultierende Kraftkomponente die Drehbewegung des Rotorkolbens noch besser unterstützt und somit der Wirkungsgrad des Kreiskolbenmotors optimiert wird.

Die Erfindung wird im folgenden in Ausführungs beispielen anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch die Kreiskolben brennkraftmaschine, wobei der Rotorkolben in einer Stellung zum Ansaugen des Brennstoffgemisches steht;

Fig. 2 eine Ansicht gemäß Fig. 1, wobei der Rotorkolben während des Ansaugvorgangs gezeigt ist;

Fig. 3 eine Ansicht gemäß den Fig. 1 und 2, wobei der Rotorkolben die Zündstellung erreicht hat;

Fig. 4 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausfüh rungsform, in welcher die Brennstoff-Einspritz vorrichtung im Bereich des oberen Totpunkts angeordnet ist;

Fig. 5 eine schematische Ansicht einer Ansteuerungsweise der Eckdichtleisten durch die Exzenterwelle mittels einer Kurvenscheibe;

Fig. 6 ein Funktionsschema der gesamten Anordnung;

Fig. 7 ein Funktionsschema zur Regelung der Brennstoffein spritzung; und

Fig. 8 ein Funktionsschema zur Regelung der Brennstoff-Gas zuführung zur Kreiskolbenbrennkraftmaschine.

Gemäß der Darstellung in den Fig. 1 bis 4 weist eine Kreiskolbenbrennkraftmaschine 1 einen Gehäusemantel 2, ei nen Rotorkolben 3, einen Lufteintritt 4, einen Abgasauslaß 5, eine Brennstoff-Einspritzdüse 6, eine Zündkerze 7 und ein drehzahlabhängig gesteuertes Regenventil 8 auf.

Der Gehäusemantel 2 der Kreiskolbenbrennkraftmaschine 1 weist eine im wesentlichen elliptische Gestalt auf, welche durch die Seitenlänge des Rotorkolbens 3 und die Exzentri zität der Anordnung definiert ist. Hierbei ist die Gestalt jeder Seitenfläche des im wesentlichen dreieckig ausge bildeten Rotorkolbens 3 im wesentlichen vollständig an die Gestalt des elliptischen Gehäusemantels 2 derart angepaßt, daß ein zuverlässiger Umlauf des Rotorkolbens 3 um eine Exzenterwelle 33 möglich ist und dennoch kein wesentlicher Spalt zwischen einer Außenfläche des Rotorkolbens 3 und der Innenfläche des Gehäusemantels 2 in der Stellung der höchsten Verdichtung verbleibt.

Um die einzelnen Arbeitsbereiche gegeneinander abzu dichten, sind Eckdichtleisten 32 vorgesehen, welche in ihrer Längserstreckung verschiebbar ausgebildet sind. Die Antriebskraft zum Anpressen der Eckdichtleisten gegen die Innenseite des Gehäusemantels 2 wird dabei von der Exzen terwelle 33 über einen in Fig. 5 beschriebenen Mechanismus aufgebracht.

Der Gehäusemantel 2 weist ferner im Bereich der Zündke rze 7 eine Mulde 21 auf, die kegelig ausgebildet ist und sich zum Arbeitsraum der Kreiskolbenbrennkraftmaschine 1 hin erweitert. Der Lufteintritt 4 im Gehäusemantel 2 ist ferner um ca. eine Seitenlänge des Rotorkolbens 3 von dem Abgasauslaß 5 beabstandet.

Der Rotorkolben 3 weist ferner an jeder Seitenfläche eine Rotormulde 31 auf, von denen in den Figuren nur jeweils eine dargestellt ist.

Die Brennstoff-Einspritzdüse 6 ist gemäß der Fig. 1 bis 3 in einem Bereich angeordnet, in dem sie nicht der unmittelbaren thermischen Belastung durch die Zündung des Brennstoffes ausgesetzt ist.

Über das Regelventil 8 wird der im Lufteintritt 4 angesaugten Luft gemäß diesem Ausführungsbeispiel als Brennstoff-Gas Methanoldampf zugemischt. Dieses Brennstoff- Gas-Luftgemisch wird im Arbeitsraum mit flüssigem Methanol vermengt, der über die Brennstoff-Einspritzdüse 6 in den Arbeitsraum eingespritzt und dabei zerstäubt wird.

Im Zusammenwirken des Rotorkolbens 3 mit dem Gehäuse mantel 2 ergeben sich drei Arbeitsräume, in denen gleich zeitig Luft angesaugt, das Brennstoffgemisch verdichtet bzw. gezündet und die Abgase ausgestoßen werden.

Im folgenden wird die Funktionsweise der Kreiskolben brennkraftmaschine 1 an einem Ablaufzyklus aufgezeigt.

Gemäß der Darstellung in Fig. 1 beginnt der Rotorkolben 3 in der aufgezeigten Stellung und bei einer Fortführung der Drehbewegung in Richtung des Pfeiles 9 Luft und Met hanoldampf aus dem Lufteintritt 4 anzusaugen. Der Methanol dampf wird dabei über das Regelventil 8 zugeführt. Der Methanoldampf wird hierbei erst zugeführt, wenn der Abgasauslaß 5 geschlossen ist.

Gemäß der Darstellung in Fig. 2 öffnet sich während der Drehbewegung des Rotorkolbens 3 ein Ansaugbereich in der Kreiskolbenbrennkraftmaschine 1. In diesem wird das Met hanoldampf-Luftgemisch eingesaugt und anschließend mit dem über die Brennstoff-Einspritzdüse 6 eingespritzten und zer stäubten Methanol vermischt.

Bei einer Fortführung der Drehung des Rotorkolbens 3 in Richtung des Pfeiles 9 schließt eine Eckdichtleiste 32 des Rotorkolbens 3 zunächst den Lufteintritt 4 und schließlich die Öffnung der Brennstoff-Einspritzdüse 6. Diese Rotor kolbenstellung ist in Fig. 3 dargestellt. Dabei wird das Methanoldampf-Luft-/Methanolgemisch verdichtet, da sich das Volumen des Arbeitsraumes wesentlich verringert und im aufgezeigten Ausführungsbeispiel gegen Null geht. Das Verdichtungsverhältnis wird folglich nur durch die Größe der Rotormulde 31 bestimmt.

In diesem Bereich liegt das Methanoldampf-Luft-/Metha nolgemisch als homogenes Gemisch vor. Dies wird durch die Abstimmung der Zuführzeitpunkte für den Methanoldampf und das Einspritzen des flüssigen Methanols erreicht, da das Einspritzen des Methanols über die Brennstoff-Ein spritzdüse 6 durch die auftretenden Verwirbelungen für eine homogene Verteilung im Arbeitsraum sorgt. Das Methanol dampf-/Methanolgemisch liegt in diesem Beispiel schließlich z. B. im Verhältnis 1 : 2 im Arbeitsraum vor.

In diesem Bereich wird das Gemisch gezündet. Hierbei ist wesentlich, daß Methanol sehr schnell verbrennt, wodurch ein hoher Wirkungsgrad der Kreiskolbenbrennkraft maschine 1 am besten erreichbar ist, wenn die Zündung der schnellen Verbrennungsgeschwindigkeit angepaßt ist.

Im Zusammenwirken der Stellung des Rotorkolbens 3 bzw. der darin vorliegenden Rotormulde 31 mit der Zündkerze 7 wird eine optimale Ausnutzung der Verbrennungsenergie er reicht. Die Rotormulde 31 ist je nach dem gewünschten Verdichtungsverhältnis entsprechend tief ausgebildet. Dabei bleibt die Verbrennungsenergie weitestgehend in der Mulde. Durch die Mulde 21 im Gehäusemantel 2, in die die Zündkerze 7 hineinragt, wird zudem ein wesentlich verbesserter Ver brennungsablauf erreicht, da das verdichtete Brennstoff gemisch rund um den Zündkontakt der Zündkerze 7 vorliegt. Die Verbrennung geht daher nicht vom Rand des Brenn stoffgemisches aus, sondern zündet sich in seinem Inneren. Damit kann die Verbrennung exakter und schneller ablaufen, was wiederum zur Folge hat, daß weniger Wärme weggekühlt werden muß.

Durch die bei der Verbrennung entstandene Energie wird der Rotorkolben 3 weiter in Richtung des Pfeiles 9 vorange trieben. Dabei wird der verbrauchte Brennstoff den Ab gasauslaß 5 hinausgedrückt.

Ein Übertreten des verbrannten Brennstoffes in den An saugbereich wird durch die Formgebung des Gehäusemantels 2 und dem damit zusammenwirkenden Rotorkolben 3, sowie durch die Eckdichtleisten 32 vermieden. Gemäß der Darstellung in Fig. 1 ist der Bereich zwischen dem Lufteintritt 4 und dem Abgasauslaß 5 im wesentlichen gegeneinander abgeschlossen und der Abstand zwischen dem Lufteintritt 4 und dem Abgasauslaß 5 ist dabei so groß gewählt, daß ein Übertritt kaum möglich ist. Entsprechendes gilt für einen möglichen Übertritt von unverbrauchtem Brennstoff in den Bereich des Abgasauslasses 5.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform der Kreis kolbenbrennkraftmaschine dargestellt. Die Brennstoff-Ein spritzdüse ist hier ungefähr im Bereich des oberen Tot punkts angeordnet, um eine Direkteinspritzung des Brenn stoffs in die Rotormulde 31 zu ermöglichen.

Es ist auch möglich, das Regelventil im Lufteintritt der Kreiskolbenbrennkraftmaschine anzuordnen. Dadurch kann in bestimmten Anwendungsfällen abhängig vom verwendeten Brennstoff eine verbesserte Vermischung erzielt werden.

Abweichend von der Darstellung in den Figuren ist es auch möglich, das Regelventil 8 und das Brennstoff- Einspritzventil 6 in ihrer Anordnungsweise zu vertauschen, um eine gute Vermischung der Medien zu erreichen. Ferner können sie auch zu einer Einheit zusammengefügt werden und die Einspritzung des jeweiligen Mediums an einer Stelle ausführen.

Die Ansteuerung der Eckdichtleisten 32 kann gemäß der Darstellung in Fig. 5 durch einen an die Exzenterwelle 33 gekoppelten Mechanismus mit einer Kurvenscheibe 34 erfol gen. Diese wirkt derart mit der Exzenterwelle 33 zusammen, daß eine auf die jeweilige Stellung des Rotorkolbens 3 abgestimmte, auswärts gerichtete Bewegung der Eckdichtlei sten 32 veranlaßt wird, um eine Abdichtung der Arbeitsräume zu bewerkstelligen. Die Gegenbewegung erfolgt durch die Kontur der Innenwandung des Gehäusemantels 2.

Im folgenden wird nun anhand des Funktionsdiagramms in Fig. 6 die Gesamtsteuerung der Kreiskolbenbrennkraftma schine aufgezeigt.

Dabei wird Luft über einen Luftfilter 11 und einem eventuell vorgesehenen Sauger bzw. Turbolader 12 in den Kreiskolbenmotor 1 angesaugt bzw. eingepreßt. Die einge führte Luft wird dabei über das Regelventil 8 mit Methanol dampf vermischt. Im Kreiskolbenmotor 1 wird flüssiger Methanol durch das Einspritzventil 6 zugeführt und mit dem Methanoldampf-Luftgemisch derart vermischt, daß das Brennstoffgemisch homogen vorliegt. Im Anschluß an die Zündung des Brennstoffgemisches durch die Zündkerze 7 wer den die Abgase aus dem Kreiskolbenmotor 1 herausgedrückt.

Ein λ-Sonde 13 im Abgasauslaß 5 erfaßt den Unterschied an Sauerstoffanteil zwischen den Abgasen und der Außenluft und liefert ein Signal, das an ein Stellglied bzw. eine erste Steuereinheit 14 übertragen wird. Gemäß der Dar stellung in Fig. 7 vergleicht diese erste Steuereinheit 14 das Meßergebnis der λ-Sonde 13 mit der Vorgabe L des jewei ligen Lastbereiches, d. h. mit der Stellung des hier nicht dargestellten Gaspedals. Der Wert L stellt einen variablen Lambda-Wert dar, der sich in Abhängigkeit vom gewünschten Lastfall ergibt. Je nach Bedarf bewirkt das die erste Steu ereinheit 14 eine Erhöhung oder Verminderung der durch die Brennstoff-Einspritzdüse 6 direkt eingespritzten Methanol menge.

Im Bereich des Abgasauslasses 5 ist ferner eine Vor richtung zur Gaserzeugung 15 in Gestalt eines Methanolver dampfers angeordnet, der die Abwärme der Abgase nutzt, um Methanoldampf zu erzeugen. Gemäß der Darstellung in Fig. 8 erfolgt die Steuerung des Methanolverdampfers in der Weise, daß der Druck in einem Gaszwischenlager 16 überwacht wird. Da das mit dem Gaszwischenlager 16 verbundene Einlaßregel ventil 8 drehzahlabhängig betätigt ist, wird je nach Last bereich mehr oder weniger Methanoldampf in den Lufteintritt 4 eingebracht. Dementsprechend verändert sich der Druck im Gaszwischenlager 16. Der dort tatsächlich vorliegende Druck wird über einen Drucksensor 17 erfaßt und zu einem Stell glied bzw. einer zweiten Steuereinheit 18 durch ein geeig netes Signal übertragen. Diese zweite Steuereinheit 18 ver gleicht den vorliegenden Druck mit einem fest vorgegebenen Sollwert D, z. B. 3 Bar. Je nach Bedarf wirkt die zweite Steuereinheit 18 auf ein elektrisches Regelventil bzw. eine Einspritzung, die Methanol in den Methanolverdampfer ein bringt. In diesem Methanolverdampfer wird das notwendige Ausmaß an Methanoldampf erzeugt, der dem Gaszwischenlager 16 zugeführt und über das Regelventil 8 der angesaugten Luft im Lufteintritt 4 beigemengt wird.

Anstatt dem Methanolverdampfer kann als Vorrichtung zur Gaserzeugung auch ein Spaltgasgenerator angeordnet sein, der anstelle des Methanoldampfes Spaltgas d. h. Methan und Wasserstoff erzeugt. In diesem Falle wird dem Kreiskolben motor Spaltgas anstelle des Methanoldampfes zugeführt.

Die Steuerung des Motors erfolgt also gemäß den Funkti onsdarstellungen in den Fig. 6 bis 8 auf sehr einfache Weise. Die Regelung der Einspritzmenge an Brennstoff wird über einen einfachen Vergleich des Meßergebnisses der λ-Son de 13 mit der durch das Gaspedal vorgegebenen Lastberei che (Lambda-Wert) erreicht. Die Zuführung an Methanoldampf bzw. Spaltgas erfolgt über das drehzahlabhängige Einlaßre gelventil 8, wodurch sichergestellt ist, daß sich die Ver sorgung am jeweiligen Lastbereich orientiert. Auch die zur Verfügungstellung des Methanoldampfes und Spaltgases wird über den einfachen Drucksensor 17 und ein Stellglied 18 ge regelt.

Da die erfindungsgemäße Kreiskolbenbrennkraftmaschine 1 einen weiten Lastbereich zuläßt, z. B. von λ = 0,8 im Vollast betrieb und λ = 2,0 im Leerlauf, kann unter Umständen auf ei ne Drosselklappe zur Steuerung der angesaugten Luftmenge verzichtet werden. Die Motorleistung wird dann einzig durch die Menge des eingespritzten Brennstoffs (in Abhängigkeit von λ) und die drehzahlabhängige Zuführung an Methanoldampf gesteuert.

Die Bauweise der Kreiskolbenbrennkraftmaschine verein facht sich dadurch weiter. Ferner ist dadurch auf einfache Weise eine zuverlässige und exakte Steuerung der Brenn stoffmenge für den jeweiligen Leistungszustand möglich. Der Kreiskolbenmotor ist daher in der Lage, durch die Vorgabe des jeweiligen Lastbereiches, d. h. der Stellung des Gaspe dals, angesteuert zu werden, um den Bedarf an Brennstoff zu regeln. Durch diesen einfachen Steuerungsaufbau kann eine im wesentlichen wartungsfreie und zuverlässige Regelung des Motors sichergestellt werden. Der Motor kann daher schnell auf veränderte Lastbereiche eingeregelt werden.

Die Regelung der Brennstoff-Gaszuführung über das Re gelventil durch eine zweite Steuereinheit ermöglicht, daß das System so eingestellt ist, daß der Druck im Gaszwi schenlager möglichst konstant bleibt. Da das Regelventil je nach Lastbereich mehr oder weniger Gas zum Motor zuführt, sorgt die zweite Steuereinheit über die Druckkontrolle im Gaszwischenlager dafür, daß dementsprechend mehr oder weni ger Gas durch eine Vorrichtung zur Gaserzeugung und -zuführung erzeugt und zum Gaszwischenlager zugeführt wird. Damit kann eine gleichbleibende Zusammensetzung des Brenn stoffgemisches im Motor erreicht werden. Der Wirkungsgrad des Kreiskolbenmotors kann somit beständig auf einem hohen Niveau gehalten werden.

Die Vorrichtung zur Gaserzeugung erlaubt eine einfache, relativ ungefährliche und zuverlässige Erzeugung an Brenn stoff-Gas. Ferner nutzt sie die Wärmeenergie des Abgasstro mes, wodurch der Wirkungsgrad des gesamten System wesent lich verbessert werden kann.

Da die Gaszuführung über ein drehzahlabhängiges Regel ventil erfolgt, wird diese automatisch abhängig vom jewei ligen Lastfall gesteuert. Somit ist sichergestellt, daß das zu verbrennende Gemisch im wesentlichen immer in der glei chen Zusammensetzung vorliegt. Die Leistungsfähigkeit des Motors ist somit in allen Lastfällen gegeben.

Der im Gaszwischenlager 16 immer vorliegende Methanol dampf bzw. das Spaltgas verbessert zudem die Kaltstartei genschaften der Kreiskolbenbrennkraftmaschine 1 wesentlich, da dieser dem Motor bereits beim Start zugeführt werden kann. Das Gaszwischenlager 16 wird dabei aber so klein wie möglich gehalten, wobei auch der Druck so gering wie mög lich ist. Damit kann eine von diesem Behälter ausgehende Gefahr im Falle eines Autounfalles oder ähnlichem gering gehalten werden.

Von weiterer wesentlicher Bedeutung ist, daß die Kühl wirkung von Methanol sehr hoch ist. Sie beträgt ungefähr 5 : 1 gegenüber Wasser, was bewirkt, daß beim Einspritzen des Methanols in den Arbeitsraum ein starkes Abkühlen auftritt. Dadurch entsteht eine Sogwirkung, die zu einer besseren Füllung des Arbeitsraumes führt. Darüber hinaus kann der konstruktive Aufwand für die Kühlung der Kreiskolbenbrenn kraftmaschine wesentlich verringert werden und eine Wasser kühlung kann eventuell sogar völlig entfallen.

Die Bestandteile der Kreiskolbenbrennkraftmaschine 1 sind mit einer Legierung aus einem keramischen Werkstoff, einem Fluoropolymer-Werkstoff und einem Kohlenstoff-Werk stoff hergestellt.

Dies trifft insbesondere auf den Gehäusemantel 2, den Rotorkolben 3, die nicht dargestellte Lagerschale und die ebenfalls nicht detailliert dargestellte Exzenterwelle 33 zu. Grundsätzlich können alle weiteren Bestandteile im Bereich des Motors mit diesen Werkstofflegierungen versehen sein.

Als keramischer Werkstoff können z. B. alle Oxidkera miken wie die Werkstoffe Plascera® oder Plasdia® Anwendung finden. Diese weisen sehr gute Lauf- und Gleiteigenschaften auf und sind dabei schlag- und stoßunempfindlich. Darüber hinaus weisen diese Werkstoffe eine hohe Temperatur- und Temperaturwechselbeständigkeit auf. Plasdia® weist in einem Beispiel bei einer Fertigschichtstärke von ca. 0,25 mm folgende Materialeigenschaften auf:
Schichthärte: ca. 1200 HV 0,1
Haft-Zug-Festigkeit: ≧ 35 N/mm²
Druckfestigkeit: ≧ 150 N/mm²
Oberfläche: R_z = 2-4
DIN 4760: R_a ≦ 0,4
Therm. Einsatzbereich: -150°C bis 300°C.

Zudem werden damit schmierfilmbildende Eigenschaften erreicht und der Härteabfall unter Temperaturbelastung ist unwesentlich. Die genannten Werte sind auf ein Anwendungs beispiel bezogen und es können je nach gewünschter Verwen dung auch Oxid-Keramiken mit anderen Kennwerten hergestellt werden.

Einer der Vielzahl an geeigneten Fluoropolymer-Werk stoffen ist Xylan®, das eine Eigenschmierung ermöglicht und gute Verschleißfestigkeit und Hitzebeständigkeit auf weist. Im folgenden sind beispielhafte Materialkennwerte von Xylan® angegeben:
Reibungskoeffizient: 0,02 bis 0,11
Reibfestigkeit: 1,3.10⁷ bis 2,6.10⁷
Reibdehnung: 35 bis 50%
Wasseraufnahme: 0,03%
Temperaturbeständigkeit: 260°C (Dauerbetrieb) 285°C (kurzzeitig)
Durchschlagfestigkeit: 40 bis 80 V/µ
Abriebfestigkeit: 5,85.10⁻¹⁶ m³/Nm.

Als Kohlenstoff-Werkstoff lassen sich graphitartige Verbindungen verwenden, die selbstschmierende Eigenschaften mit großen Härten verbinden. Ferner kann eine hohe Tempera turbeständigkeit erreicht werden.

Die genannten Werkstoffe lassen sich miteinander kombi nieren, wodurch die Eigenschaften der einzelnen Werkstoffe gemeinsam zum Tragen kommen. Je nach gewünschter Eigen schaft können alle Werkstoffe oder nur zwei miteinander kombiniert werden. Ferner ist es möglich die einzelnen Be standteile des Kreiskolbenmotors mit unterschiedlichen, aber aufeinander abgestimmten Materialeigenschaften zu ver sehen.

Die genannten Materialien können als Legierung auf ei nen Basiskörper verwendet werden, oder die Bestandteile selbst können im ganzen daraus hergestellt sein. Der Basis körper besteht dabei z. B. aus einer Aluminiumlegierung.

Neben den beschriebenen Materialien können auch andere Materialien, die die gewünschten Eigenschaften besitzen, wie z. B. Carbonverbindungen, z. B. CFK/CFC, welche aufgrund ihrer hohen Festigkeit und der erzielbaren Gewichts ersparnis für die Erfindung von Bedeutung sind, Verwendung finden.

Eine derartige Ausgestaltung des Kreiskolbenmotors 1 ermöglicht einen Trockenlauf ohne Ölschmierung.

Das Gas-/Brennstoffgemisch, z. B. Methanoldampf mit flüssigem Methanol kann auch in einem anderen Verhältnis als 1 : 2 vorliegen. Je nach den gewünschten Eigenschaften und der Konfiguration des Motors kann auch ein anderes Ver hältnis effektiver sein.

Die Brennstoff-Einspritzdüse 6 kann jederzeit auch durch ein anderes Zuführelement, wie z. B. einem mechani schen Regelventil, das über den Zuführdruck gesteuert wird, ersetzt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind das Regelventil 8 und die Brennstoff-Einspritzdüse 6 in ei ner Zweistoffdüse zusammengefaßt. Die Zweistoffdüse wird in dem Bereich angeordnet, in dem die Brennstoff-Einspritzdüse gemäß der ersten Ausführungsform vorgesehen ist. Damit ver einfacht sich der Aufbau des Kreiskolbenmotors wesentlich, da auf ein Ventil im Lufteintritt 4 verzichtet werden kann.

Mit dieser Anordnung wird anstatt einer Vermischung von Brennstoffgas mit Luft eine Mischung aus flüssigen und gas förmigen Brennstoff erzeugt und in den Verdichterraum ein gebracht. In diesem verteilen sich die drei Medien dann in homogener Weise. Die Zweistoffdüse ermöglicht ein Einsprit zen des Gas-Brennstoffgemischs unter Gasdruck, wodurch ein Vorverdichtereffekt erreicht wird, der eine Leistungsstei gerung der Anordnung erlaubt.

Die Steuerung der Kreiskolbenbrennkraftmaschine erfolgt in dieser Ausführungsform im wesentlichen in gleicher Weise wie in der ersten Ausführungsform. Der Abgabedruck der Zweistoffdüse läßt sich über den Gasdruck steuern. Die zu geführte Flüssigkeitsmenge und/oder der Gasdruck können da bei mittels einem Schrittmotor gesteuert werden. Damit wird eine elektrische Ansteuerung der mechanischen Zweistoffdüse ermöglicht. Die Gaszufuhr selbst wird in gleicher Weise wie in der ersten Ausführungsform geregelt, in der ein separa tes Regelventil 8 vorgesehen war. Damit lassen sich die gleichen Effekte wie in der ersten Ausführungsform erzie len.

Um eine homogene Verteilung im Verdichtungsraum zu er halten, kann die Zweistoffdüse auch etwas näher am Luftein tritt angeordnet sein, als dies in der Zeichnung darge stellt ist.

Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Zündkerze 7 auch näher am OT bzw. im OT angeordnet wer den, um ein günstiges Druckverhältnis im Brennraum zu er reichen bzw. ein Überströmen oder eine Vorzündung zu ver hindern.

Ferner kann der Abgasauslaß 5 auch weiter beabstandet vom Lufteintritt 4 angeordnet sein. Der Abgasauslaß 5 kann dabei relativ nahe an den Verbrennungsbereich bzw. die Zündkerze 7 gelegt werden, um eine möglichst frühzeitige Abgabe der heißen Abgase zu ermöglichen. Die Kühlung der Brennkraftmaschine wird dadurch erleichtert.

Hierbei ist es ferner möglich, ein Glyzerin-Wasser- Gemisch als Schmiermittel zu verwenden. Diese kann dann zudem auch mit einem Heizkreislauf des Kraftfahrzeugs gekoppelt werden, wodurch sich die Energiebilanz der Anordnung weiter verbessern läßt.

Durch die erzielbaren hohen Verdichtungsverhältnisse kann zudem eine Betriebsweise ermöglicht werden, die eine Selbstzündung des Gemisches zuläßt. Daher ist es auch möglich, die erfindungsgemäße Kreiskolbenbrennkraftmaschine im Dieselbetrieb zu betreiben. In diesem Falle kann auf die Zündkerze 7 verzichtet werden.

Die Erfindung schafft somit eine Kreiskolbenbrennkraft maschine mit einem elliptischen Gehäusemantel, der einen Rotorkolben umschließt und einen Lufteintritt, einen Ab gasauslaß, eine Brennstoff-Einspritzdüse, eine Zündkerze und eventuell ein Regelventil zum Einleiten von Brenn stoff-Gas aufweist. Damit kann im Arbeitsraum der Kreiskol benbrennkraftmaschine ein homogenes Gemisch aus Luft, Brennstoff-Gas und zerstäubtem, flüssigen Brennstoff gebil det werden, das im Zusammenwirken mit einer geeigneten Po sitionierung der Zündkerze eine effektive Verbrennung des Brennstoffes ermöglicht. Dadurch ist ein hoher Wirkungsgrad der Kreiskolbenbrennkraftmaschine möglich, und bei einem Betrieb mit Methanol als Brennstoff kann das Problem der Abgasbelastung im wesentlichen behoben werden. Insbesondere durch die elliptische Formgebung des Innenseite des Gehäusemantels läßt sich dabei eine wesentliche Verein fachung der Bauweise bewirken, wodurch die Effektivität der Kreiskolbenbrennkraftmaschine wesentlich gesteigert werden kann.

Claims

1. Kreiskolbenbrennkraftmaschine (1) mit einem Gehäuse mantel (2), der einen Rotorkolben (3) mit Eckdichtleisten (32) und eine Exzenterwelle (33) umschließt, und einen Lufteintritt (4), einen Abgasauslaß (5), eine Brenn stoff-Einspritzvorrichtung (6) und eine Zündkerze (7) auf weist, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenseite des Gehäusemantels (2) eine im wesentli chen elliptische Gestalt aufweist, welche durch die Seiten länge des Rotorkolbens (3) und die Exzentrizität definiert ist.

2. Kreiskolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestalt der Seitenflächen des Ro torkolbens (3) teilweise oder vollständig an die Gestalt des elliptischen Gehäusemantels (2) angepaßt ist.

3. Kreiskolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe einer Rotormulde (31) das Verdichtungsverhältnis bestimmt.

4. Kreiskolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtung größer 30 : 1 ist.

5. Kreiskolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegbaren Eck dichtleisten (32) mechanisch über die Exzenterwelle (33) gesteuert werden.

6. Kreiskolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regelventil (8) zum Einleiten von Brennstoff-Gas vorgesehen ist.

7. Kreiskolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelventil (8) im Lufteintritt (4) angeordnet ist.

8. Kreiskolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelventil (8) im Arbeitsraum in einem Bereich außerhalb des Verbrennungsbereiches angeord net ist.

9. Kreiskolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoff-Ein spritzvorrichtung (6) in einem Bereich zwischen dem Luft eintritt (4) der Zündkerze (7) angeordnet ist.

10. Kreiskolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelventil (8) und die Brennstoff- Einspritzvorrichtung (6) in einer vorzugsweise elektronisch regelbaren Zweistoffdüse zusammengefaßt sind, welche in ei nem Bereich zwischen dem Lufteintritt (4) der Zündkerze (7) angeordnet ist.

11. Kreiskolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das über das Regel ventil (8) eingeleitete Brennstoff-Gas ein gasförmiger Al kohol, insbesondere Spaltgas oder Methanoldampf und der über die Brennstoff-Einspritzdüse (6) eingebrachte Brenn stoff ein flüssiger Alkohol, insbesondere Methanol ist.

12. Kreiskolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das sich ergebende Gas-/Flüssigkeitsgemisch lastabhängig steuerbar ist.

13. Kreiskolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Lufteintritt (4) und dem Abgasauslaß (5) ungefähr eine Seitenlänge des Rotorkolbens (3) beträgt.

14. Kreiskolbenbrennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkerze (7) im Bereich zwischen 30° vor dem oberen Tot punkt (OT) und 35° nach dem oberen Totpunkt (OT) angeordnet ist.

15. Kreiskolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 14, da durch gekennzeichnet, daß die Zündkerze (7) ungefähr 5° nach dem oberen Totpunkt (OT) angeordnet ist.

16. Kreiskolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Zünd kerze (7) eine Mulde (21) im Gehäusemantel (2) vorgesehen ist.

17. Kreiskolbenbrennkraftmaschine, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 16, mit einem vorzugsweise elliptischen Gehäusemantel (2), der einen Rotorkolben (3) umschließt, wobei die beanspruchten Oberflächenbereiche der Kreiskol benbrennkraftmaschine aus einem verschleißfesten und hitze beständigen Material ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die beanspruchten Oberflächenbereiche der Kreiskolben brennkraftmaschine zumindest abschnittsweise aus einem Ma terial mit hoher Temperaturbeständigkeit und einem derart geringen Reibungskoeffizient und/oder selbstschmierenden Eigenschaften besteht, daß ein Trockenlauf der Kreiskolben brennkraftmaschine ermöglicht ist.

18. Kreiskolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 17, da durch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der beanspruch ten Oberflächenbereiche aus einer keramischen Legierung ausgebildet sind.

19. Kreiskolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 17, da durch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der beanspruch ten Oberflächenbereiche aus einem Fluoropolymer-Werkstoff ausgebildet sind.

20. Kreiskolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 17, da durch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der beanspruch ten Oberflächenbereiche aus einem Kohlenstoff-Werkstoff ausgebildet sind.

21. Kreiskolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der beanspruchten Oberflächenbereiche aus einer Kombination der keramischen Legierung und/oder des Fluoropolymer-Werk stoffs und/oder des Kohlenstoff-Werkstoffs ausgebildet sind.

22. Kreiskolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der Ge häusemantel (2) und/oder der Rotorkolben (3) und/oder die Lagerschale und/oder die Exzenterwelle der Kreiskolben brennkraftmaschine im ganzen aus einem oder einer Kombina tion der keramischen Legierung und/oder des Fluoropolymer- Werkstoffs und/oder des Kohlenstoff-Werkstoffs und/oder ei ner Aluminium-Legierung und/oder einem Carbonverbundwerk stoff ausgebildet sind.

23. Kreiskolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibungskoeffi zient der beanspruchten Oberflächenbereiche geringer als 0,11 und insbesondere im Bereich von 0,02 ist.

24. Verfahren zur Steuerung einer Kreiskolbenbrennkraftma schine insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 23, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
Einleiten von Luft in die Kreiskolbenbrennkraftmaschine (1) über einen Lufteintritt (4),
Einleiten von Brennstoff-Gas in die Kreiskolbenbrennkraft maschine (1) über ein Regelventil (8),
Einspritzen von Brennstoff in die Kreiskolbenbrennkraftma schine (1) durch eine Brennstoff-Einspritzdüse (6),
Verdichten des Gas-Luft-/Brennstoffgemisches durch die Drehbewegung des Rotorkolbens (3),
Zünden des Gas-Luft-/Brennstoffgemisches durch eine Zünd kerze (7), und
Ablassen der Abgase über den Abgasauslaß (5).

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzmenge des Brennstoffs geregelt wird durch die Verfahrensschritte:
Erfassen der Abgaszusammensetzung mittels einer Meßsonde (13) im Abgasstrom, insbesondere einer Lambdasonde,
Vergleich der Meßwerte der Meßsonde (13) im Abgasstrom mit vorgegebenen Sollwerten (L) mittels einer ersten Steuer einheit (14),
Regeln der Einspritzmenge der Einspritzdüse (6) durch die erste Steuereinheit (14) in Abhängigkeit von den Meßwer ten der Meßsonde (13).

26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
Erfassen des Gasdrucks in einem mit dem Regelventil (8) verbundenen Gaszwischenlager (16) mittels eines Drucksen sors (17),
Vergleich der Meßwerte des Drucksensors (17) mit einem Sollwert (D) mittels einer zweiten Steuereinheit (18),
Regelung einer Vorrichtung (15) zur Gaserzeugung und -zu führung zum Gaszwischenlager (16) durch die zweite Steu ereinheit (18) in Abhängigkeit vom Meßwert des Drucksen sors (17).

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (15) zur Gaserzeugung und -zuführung zum Gaszwischenlager (16) ein mit einer Einspritzvorrich tung versehener Spaltgasgenerator ist, welcher Spaltgas herstellt und dem Gaszwischenlager (16) zuführt.

28. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (15) zur Gaserzeugung und -zuführung zum Gaszwischenlager (16) ein mit einem weiteren Regelven til versehener Verdampfer ist, der Dampf, insbesondere Met hanoldampf, herstellt und dem Gaszwischenlager (16) zu führt.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (15) zur Gaserzeugung die Wärmeenergie des Abgasstromes nutzt.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszuführung über ein drehzahlab hängiges Regelventil (8) erfolgt.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündung des Gas-Luft-/Brennstoffge misches in einem Bereich um den oberen Totpunkt (OT) er folgt.