DE19948006A1 - Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine (1) zur Erzeugung eines Drehmoments, mit einem geschlossenen Brenn- und Arbeitsraum (30, 31, 32, 33) und mindestens einem in diesem Raum beweglich angeordneten Kolben (6, 6', 7), welcher mit einer Antriebswelle (5) verbunden ist. Der Brenn- und Arbeitsraum (30, 31, 32, 33) weist zumindest abschnittsweise im wesentlichen die Form eines Torus auf, innerhalb dessen sich der Kolben (6, 7) auf einer Kreisbahn bewegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine zur Gewinnung von mechanischer Energie durch Verbrennung von Benzin, Dieselkraftstoff, Pflanzenöl, Biogas oder Wasserstoff, mit einem geschlossenen Brennraum und mindestens einem in diesem Brennraum beweglich angeordneten Kolben, welcher mit einer Antriebswelle zur Abnahme der mechanischen Energie in Form eines Drehmoments verbunden ist.

Bekannte Verbrennungsmotore zum Antrieb von Fahrzeugen oder Werkzeugen weisen als Kolben und Pleuelstangen ausgebildete Kraftübertragungselemente auf, wobei die in Zylindern geführten Kolben durch den bei der Verbrennung eines Kraftstoff/Luft-Gemisches entstehenden Druck in den Zylindern eine im wesentli­ chen geradlinige Abwärtsbewegung ausführen. Hierbei wird über die Pleuelstangen ein Drehmoment auf eine gekröpfte Kurbelwelle übertragen.

Der Kraftübertragungsmechanismus dieses Antriebsprinzips erfordert eine Mehrzahl von Bauteilen, um die Linearbewegung der Kolben in eine Drehbewegung umzu­ formen. Dadurch ergibt sich ein relativ komplizierter Aufbau für derartige Verbrennungskraftmaschinen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Verbrennungskraftmaschine anzugeben, welche eine konstruktiv vereinfachte und dadurch günstige Alternativlösung hinsichtlich der Anordnung und des Bewegungsmechanismus der kraftübertragenden Bauteile bildet und welche dadurch eine gegenüber den bekannten Verbrennungsmotoren vorteilhaft veränderte Bauform aufweist.

Die Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung schließt die Erkenntnis ein, daß in vorteilhafter Weise auf eine Antriebswelle durch auf einer Kreisbahn um diese Antriebswelle drehbar angeord­ nete Kolbenelemente ein Drehmoment erzeugt und zur Abgabe einer mechanischen Leistung genutzt werden kann. Im Rahmen des Kerngedankens der erfindungs­ gemäßen Lösung liegt somit ein innerhalb eines Torusabschnitts entlang eines Kreissegmentes hin- und herpendelnder Einzelkolben.

Erfindungsgemäß ist die Verbrennungskraftmaschine als Kreisverbrennungsmotor mit einem Brenn- und Arbeitsraum ausgebildet, welcher zumindest abschnittsweise im wesentlichen die Form eines Torus aufweist. In einer bevorzugten Ausführungs­ form sind die Kolbenelemente paarweise zu einem Doppelkolben zusammengefaßt und bewegen sich innerhalb dieses Torus auf einer Kreisbahn. Der Doppelkolben trägt erfindungsgemäß bevorzugt zwei gegeneinander um 180° versetzt an der Peripherie eines scheibenartigen Trägers angeordnete Kolbenelemente, welche im wesentlichen scheibenförmig oder als Zylinder mit einer geringen Höhe ausgebildet sind.

Entsprechend der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Kreisver­ brennungsmotor zwei Doppelkolben auf, welche im wesentlichen in einer Ebene auf gleicher Achse liegend um 180° gegeneinander versetzt angeordnet sind. Zwischen den Kolbenelementen dieser beiden Doppelkolben werden Brenn- und Arbeitsräume gebildet, welche sich durch eine wechselweise Relativbewegung der Doppelkolben zueinander um die gleiche Achse in ihrer Größe ändern und in welchen - in Anlehnung an einen bekannten Verbrennungsmotor - ein Brennstoff/Luft-Gemisch angesaugt nach entsprechender Verdichtung durch eine Selbst- oder Fremdzündung verbrannt wird.

Zur Sicherung des für den Betrieb des Zwei-Doppelkolben-Kreisverbrennungsmotors erforderlichen Bewegungsablaufs der beiden Doppelkolben - d. h. der Bewegung der Kolbenelemente innerhalb des Torus - ist entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine Verriegelungseinrichtung vorgesehen, durch welche die Kolben wechselweise blockiert bzw. beweglich gehalten sind. Der Wechsel zwischen Blockieren und Bewegung erfolgt jeweils nach einer halben Umdrehung, wobei das Aufheben der durch die Verriegelungseinrichtung bewirkten Blockierung des einen Doppelkolbens durch den jeweils beweglichen Doppelkolben nach etwas weniger als einer halben Umdrehung erfolgt. Kurz bevor der sich gerade bewegende Kolben die Position erreicht, an der sich der blockierte Kolben befindet und an der der sich bewegende Kolben blockiert werden wird, löst der bewegliche Kolben die Verriegelung für den blockierten Kolben. Der auf diese Weise frei gewordene Kolben bewegt sich daraufhin in gleicher Drehrichtung wie derjenige Kolben, der die Verriegelung soeben gelöst hat. Jener Kolben bewegt sich dann weiter genau in die Position, an der sich der zunächst blockierte Kolben befunden hat und verriegelt dort, um später bei Annäherung durch den anderen Kolben wieder entriegelt zu werden. Durch den Ort bzw. den Zeitpunkt an bzw. zu dem der bewegliche Kolben den blockierten Kolben entriegelt - genau gesagt, durch den Abstand den der sich an den blockierten Kolben annähernde bewegliche Kolben von dem blockierten Kolben in dem Augenblick hat, in dem der bewegliche Kolben die Verriegelung des blockierten Kolbens entriegelt - wird die Verdichtung des zwischen den beiden Kolben befindlichen Gases bestimmt.

Die Entriegelung des blockierten Kolbens durch den jeweils beweglichen Kolben kann durch eine rein mechanische Entriegelungsvorrichtung erfolgen, die so gestaltet und angeordnet ist, daß sie von dem jeweils beweglichen Kolben im bestimmten Abstand von der Verriegelungsposition des jeweils verriegelten Kolbens ausgelöst wird und damit den jeweils blockierten Kolben entriegelt.

Als eine bevorzugte Alternative für das Steuern der sich gegenseitig entriegelnden und abwechselnd verriegelnden Kolben kann zusätzlich eine elektrische oder elek­ trohydraulische oder elektromechanische Entriegelungsvorrichtung vorgesehen sein. Eine solche elektrisch auszulösende Entriegelung des jeweils fest stehenden Doppelkolbens kann durch eine elektronische Steuervorrichtung erfolgen, die den Entriegelungszeitpunkt beispielsweise in Abhängigkeit eines Kennfeldes aus Motordrehzahl, Gaspedalstellung, Motortemparatur und wahlweise anderen Kenngrößen bestimmt und in der Lage ist, ein elektrisches Entriegelungssignal an die Entriegelungsvorrichtung abzugeben. Mittels einer solchen elektromechanischen oder elektrohydraulischen Entriegelungsvorrichtung kann für jeden Betriebszustand die optimale Verdichtung gewählt werden, so daß der Motor nicht durch vorzeitiges Klopfen beschädigt wird und der Kraftstoff optimal ausgenutzt werden kann. Die elektromechanische Entriegelung kann mit der rein mechanischen Entriegelung derart kombiniert werden, daß die mechanische Entriegelung auch bei Ausfall der elektromechanischen Entriegelung eine Entriegelung des jeweils blockierten Kolben bei Annäherung des jeweils beweglichen Kolbens auf jeden Fall sicherstellt, damit sich die Doppelkolben nicht gegenseitig mechanisch beschädigen.

Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist bei der Verbrennungs­ kraftmaschine für die Kraftübertragung von den beiden Doppelkolben auf die Antriebswelle ein Freilauf vorgesehen, so daß die Antriebswelle durch den sich gerade bewegenden Doppelkolben angetrieben werden kann, ohne daß durch den gerade blockierten Doppelkolben des Verbrennungsmotors eine Bremswirkung an der Antriebswelle erzeugt werden kann. Somit kann der zuvor blockierte Doppelkol­ ben - unterstützt durch die explosionsartige Verbrennung des Brennstoff/Luft- Gemisches in dem Brennraum - in der gleichen Richtung weiterbewegt werden, wie der sich zuvor frei bewegende Doppelkolben.

Die Verriegelungseinrichtung und der Freilauf bilden in bevorzugten Ausführungs­ form eine bauliche Einheit, welche als Verbindungsglied zwischen den Doppelkolben und der Antriebswelle angeordnet ist. Über die Zeitfolge für das Sperren und Freigeben der Doppelkolben durch die Verriegelungseinrichtung läßt sich einerseits der Gleichlauf steuern und andererseits auch das Verdichtungsverhältnis der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine einstellen. In den Freilauf kann auch eine Ölpumpe zur Schmierung und Kühlung des Motors integriert sein.

Die Kühlung des Motors kann wie bei bekannten Verbrennungsmotoren üblich mit Luft, Wasser, Öl oder einem anderen Kühlmittel erfolgen. Um eine kompakte Bauform zu erreichen, bietet es sich an, das Öl sowohl zur Schmierung des Motors als auch gleichzeitig als Kühlmittel zu verwenden. In vorteilhafter Weise ist dann nur eine Pumpe und auch nur ein Kühler notwendig. Außerdem kann die Ölmenge in den Kühlkanälen des Motors dann die Ölmenge ersetzen, die bei herkömmlichen Motoren im Ölsumpf zur Verfügung steht. Es ergibt sich eine größere Ölmenge, die zu längeren Ölwechselintervallen führt.

Entsprechend der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die der Antriebswelle der Verbrennungskraftmaschine zugewandten Teile des Torusmantels durch die periphere Ringfläche der scheibenförmigen Träger der Kolbenelemente der beiden Doppelkolben gebildet. Die der Antriebswelle abgewandten Abschnitte des Torusmantels werden durch ein bevorzugt mehrteilig, insbesondere zweiteilig ausgebildetes, schalenförmiges Motorgehäuse geformt, in welchem eine Lagerung der Abtriebswelle vorgesehen ist. Für die Ausbildung des torusförmigen Brennraum ist es hierbei konstruktiv günstig, daß zumindest Teile des Torusmantels durch die Doppelkolben gebildet sind. Dadurch wird eine besonders einfache Konstruktion der einzelnen Schalen des Motorgehäuses möglich.

Die Kolbenelemente der Doppelkolben der erfindungsgemäßen Verbrennungs­ kraftmaschine weisen ein im wesentlichen durch bogenförmige Linien begrenztes Querschnittsprofil auf. Bevorzugt sind Kolbenelemente mit einem ovalen oder kreisförmigen Querschnittsprofil vorgesehen, da sich bei diesen Profilen die dichtende Trennung der einzelnen Brenn- und Arbeitsräume der Verbrennungs­ kraftmaschine und die Schmierung der bewegten Teile besonders einfach realisieren läßt. Die Umfangskanten der Kolbenelemente können dazu mit Dichtelementen nach Art von Kolbenringen versehen sein. Diese Dichtelemente können die freie Umfangskante eines Kolbenelementes, die etwa einen Dreiviertelkreis ausmacht, umfassen und darüber hinaus auch etwas in eine jeweilige Tragscheibe hineinragen, an der die Kolbenelemente vorzugsweise befestigt sind. Darüber hinaus besitzen bevorzugte Ausführungsformen auch zwischen den beiden Doppelkolben selbst sowie zwischen jedem der Doppelkolben und dem Motorgehäuse Dichtungen.

Der erfindungsgemäße Zwei-Doppelkolben-Kreisverbrennungsmotor kann in vor­ teilhafter Weise sowohl als Selbstzünder als auch als Fremdzünder ausgebildet werden. Die Gemischaufbereitung kann dabei grundsätzlich wie bei einem Kolbenmotor bekannter Art erfolgen. Ein brennbares Kraftstoffluftgemisch kann dazu entweder von außen angesaugt werden oder es wird durch Direkteinspritzung des Kraftstoffes in den Brennraum erzeugt. Aus dem an sich bekannten Einsatz von Turboladern oder Kompressoren ergeben sich weitere bevorzugte Ausführungs­ formen der Erfindung.

Eine bevorzugte Variante des Motors zeichnet sich außerdem durch jeweils eine oder mehrere, in ihrer Geometrie variable Einlaß- und/oder Auslaßöffnungen aus. Auf diese Weise kann die Form der Ein- und Auslaßöffnungen zur Optimierung des Motordrehmomentes und der Motorleistung in ihrer Größe und Form variiert werden. Durch diese Variabilität läßt sich nicht nur der Ein- bzw. Auslaßquerschnitt variieren, sondern auch das Volumen sowohl des Verdichtungsraumes als auch des Expansions- oder Verbrennungsraums. Diese Veränderung der Einlaß- bzw. der Auslaßöffnung erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit der Motordrehzahl.

In einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist ein Motorgehäuse vorgesehen, welches eine Teilung in Richtung der Antriebswelle aufweist. Diese Art der Teilung ermöglicht eine einfache Montage der Lagerung für die Antriebswelle des erfindungsgemäßen Zwei-Doppelkolben-Kreisverbrennungsmotors.

Durch den im wesentlichen zylindrischen bzw. scheibenförmigen Aufbau des erfindungsgemäßen Zwei-Doppelkolben-Kreisverbrennungsmotors können auf relativ einfache Weise mehrere einzelne Motore zu einem Antriebssystem zusammen­ geschaltet werden, um für bestimmte Anwendungsfälle eine höhere Leistungs­ abgabe zu sichern.

Entsprechend einer zusätzlichen Variante der Erfindung sind mehrere Zwei- Doppelkolben-Kreisverbrennungsmotore in axialer Reihung angeordnet und weisen eine gemeinsame Antriebswelle auf, an welcher eine höhere mechanischen Leistung abgenommen werden kann.

Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform der Erfindung ohne Gehäu­ se,

Fig. 3 und 4 einen in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eingesetz­ ten Doppelkolben in Draufsicht bzw. in Ansicht von der Seite,

Fig. 5 und 6 eine günstige Variante der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Aus­ führungsform der Erfindung,

Fig. 7 die Darstellung eines Teilschnittes längs der Linie A-A in Fig. 1;

Fig. 8 und 9 eine schematisierte Darstellung der Verbrennungsabläufe in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 10 ein mechanisches Verriegelungselement in einer Tragscheibe;

Fig. 11A und B einen Schnitt durch einen Motor mit mechanischem Verriegelungs­ element und elektromechanischen Entriegelungselementen;

Fig. 12A eine Innenansicht des Motorgehäuses mit Vertiefungen für die Verriegelungen eines Doppelkolbens und

Fig. 12B den in Fig. 12A bezeichneten Längenschnitt durch die Vertiefung.

Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Zwei-Doppelkolben-Kreisverbrennungsmotor 1 weist ein zweiteiliges Gehäuse 2 mit den Motorhalbschalen 3 und 4 auf. Aus dem Gehäuse 2 ist die Antriebswelle 5 herausgeführt. Die Antriebswelle 5 durchdringt die Doppelkolben 6 und 7, welche jeweils aus zwei peripher und um 180° gegen­ einander versetzt an einer Tragscheibe 8 bzw. 9 angeordneten Kolbenelementen 10, 11 bzw. 12, 13 bestehen, in axialer Richtung. Zur Kraftübertragung zwischen den Doppelkolben 6, 7 und der Antriebswelle 5 ist ein Freilauf 14 vorgesehen, welcher im Zentrum der Tragscheiben 8 und 9 positioniert ist und hier eine Verbindung zwischen Antriebswelle und Doppelkolben herstellt.

Durch die peripheren Begrenzungsflächen der Tragscheiben 8, 9 und die Motorhalb­ schalen 3, 4 wird ein Torus begrenzt, in welchem sich die vier kreisscheibenförmi­ gen Kolbenelemente 10, 11, 12, 13 der Doppelkolben bewegen und dabei den Torus in mehrere Brenn- und Arbeitsräume (vergleiche die Positionen 30, 31, 32, 33 in den Fig. 8 und 9) unterteilen. Diese Brenn- und Arbeitsräume verändern sich in ihrer Größe, wenn die Doppelkolben 6 und 7 relativ zueinander eine Drehbewegung ausführen, und ermöglichen - entsprechend der Betriebsweise von bisher bekannten Verbrennungsmotoren - ein Ansaugen und Verdichten eines Brennstoff/Luft-Gemisches, das Verbrennen des verdichteten Gemisches und ein Ausstoßen der Verbrennungsrückstände.

Durch eine - aus Gründen der Übersichtlichkeit nur schematisch dargestellte - Verriegelungseinrichtung 15 werden die beiden Doppelkolben 6 und 7 gegenein­ ander wechselweise derart blockiert und freigegeben, so daß sich der Doppelkolben 6 bei durch die Verriegelungseinrichtung blockiertem Doppelkolben 7 relativ zu diesem bewegen kann oder eine Bewegung des Doppelkolbens 7 bei einem entsprechend blockiertem Doppelkolben 6 ermöglicht wird und damit eine Größenvariation der in dem Torus befindlichen Brenn- und Arbeitsräume vor­ genommen werden kann.

Die Drehrichtung der Antriebswelle 5 bezüglich des Motorgehäuses 2 ist durch den Pfeil 16 angedeutet.

Das Motorgehäuse 2 besitzt in seiner Halbschale 4 eine Einspritzvorrichtung 17 und eine Zündeinrichtung 18. Die Einspritzvorrichtung 17 und die Zündeinrichtung 18 sind in den Figuren schematisch dargestellt und können wie in Fig. 1 gezeigt, in radialer Richtung hintereinander angeordnet sein, oder wie in Fig. 7 abgebildet, in radialer Richtung nebeneinander. Einspritzvorrichtung 17 und Zündeinrichtung 18 können wahlweise so angordnet sein, daß eine Gemischzündung bereits vor maximaler Kompression des Gemisches oder erst danach möglich ist.

In Fig. 1 nicht dargestellt sind ein Einlaß für Luft oder Brennstoffluftgemisch sowie ein Auslaß für Abgas. Diese befinden sich auf der Unterseite der in Fig. 1 abgebildeten Gehäusehalbschale 3 und sind daher in Fig. 1 perspektivisch verdeckt.

Der in den Fig. 3 und 4 dargestellte Doppelkolben 6 besteht aus einer kreisförmi­ gen Tragscheibe 8, an deren Peripherie zwei Kolbenelemente 10, 11 befestigt sind. Die Kolbenelemente sind als Kreiszylinder mit geringer Höhe ausgebildet und um 180° gegeneinander versetzt angeordnet. Die periphere Begrenzung 20 der Tragscheibe 8 ist bogenförmig konkav ausgeformt und bildet den unteren, der Antriebswelle 5 des erfindungsgemäßen Zwei-Doppelkolben-Kreisverbrennngs­ motors zugewandten, Teil des Mantels des Torus, in welchem sich die Brenn- und Arbeitsräume (vergleiche die Positionen 30 bis 33 in den Fig. 8 und 9) befinden. Die zentrale Ausnehmung in der Tragscheibe 8 zur Aufnahme des Freilaufs (vergleiche die Position 14 in Fig. 2) und der die Bewegung der Doppelkolben bestimmenden Verriegelungseinrichtung 15 ist mit 21 bezeichnet.

Als Variante der Erfindung ist in den Fig. 5 und 6 ein Doppelkolben 6' gezeigt, welcher an seiner kreisförmigen Tragscheibe 8' zwei scheibenförmig ausgebildete Kolbenelemente 10', 11' mit einem ovalen Querschnitt aufweist. Die periphere Begrenzungsfläche 20' ist entsprechend der Form der Kolbenelemente konkav ausgeformt. Im Zentrum der Tragscheibe 8' ist - wie bei dem bereits vorstehend beschriebenen Doppelkolben 6 - eine Ausnehmung 21' für den Freilauf und ggf. eine in den Freilauf integrierte Verriegelungseinrichtung für die Doppelkolben des Verbrennungsmotors vorgesehen.

In die Tragscheibe 8 bzw. 8' sind jeweils Ringnuten 22 bzw. 22' eingelassen, die der Aufnahme von Dichtungen dienen. Diese Dichtungen dienen der Abdichtung der Tragscheiben 8 bzw. 8' gegenüber der jeweils anderen Tragscheibe 8' gegenüber der jeweils anderen Tragscheibe 8 oder 8' und gegenüber dem Motorgehäuse 2. An den Umfangskanten 23 bzw. 23' der Kolbenelemente 10, 11, 12 und 13 bzw. 10', 11', 12' und 13' sind (nicht dargestellte) Dichtungen nach Art von Kolbenringen vorgesehen.

Die in Fig. 6B dargestellten Nuten 24 dienen dem Auslösen bzw. Entriegeln der mechanischen Verriegelungseinrichtung 15.

In Fig. 7 ist die Lage der Doppelkolben 6 und 7 innerhalb des Gehäuses 2 des Zwei-Doppelkolben-Kreisverbrennngsmotors 1 gezeigt, wobei jeweils eines der beiden Kolbenelemente 10 bzw. 13 der gegeneinander um 180° versetzt angeord­ neten Doppelkolben 6, 7 zu erkennen ist. Die kreisförmigen Tragscheiben 8 und 9 sind an dem Freilauf 14 befestigt und liegen - in axialer Richtung der in den Lagerungen 28 gehaltenen Antriebswelle 5 gesehen - eng aneinander. Sie weisen peripher jeweils eine konkave, im Profil einen Viertelkreis bildende Einformung 27 bzw. 25 auf, deren Fläche die in dem Torus angeordneten Brenn- und Arbeitsräume (vergleiche die Positionen 30, 31, 32, 33) in Richtung der Antriebswelle 5 begrenzen. Der obere Teil der Mantelfläche des Torus wird durch die Innenwandung 26 der im Schnitt gezeigten Halbschale 4 des Motorengehäuses 2 gebildet.

Die Halbschale 4 des Motorengehäuses 2 trägt die Direkteinspritzvorrichtung 17 für den Kraftstoff sowie die Zündeinrichtung 18 und ist mit einer ausreichenden Anzahl von Kühlkanälen 19 versehen, um die beim Betrieb des Zwei-Doppelkolben-Kreisverbrennngsmotors entstehende Abwärme ableiten zu können.

In den schematischen Darstellungen gemäß der Fig. 8 und 9 ist die Anordnung der Brenn- und Arbeitsräume 30, 31, 32 und 33 des Zwei-Doppelkolben-Kreisver­ brennungsmotors 1 gezeigt.

In der Grundstellung des Verbrennungsmotors 1 (Fig. 8) sind die zwischen den Kolbenelementen 10, 11, 12, 13 befindlichen Brenn- und Arbeitsräume 30, 31, 32, 33 gleichgroß. Über den Einströmkanal 34 gelangt Frischluft oder Frischgas in den Einlaßbereich 30 des Verbrennungsmotors. Während der Bewegung des Doppelkol­ bens 6 im Uhrzeigersinn (Pfeilrichtung 16) und feststehenden Doppelkolben 7 wird die Frischluft oder das Frischgas im Bereich 31 verdichtet (vergleiche Position 31' in Fig. 9).

Im Bereich des Brennraums 32 wird das verdichtete Frischgas mittels einer Zündeinrichtung 36 gezündet. Der Brennraum vergrößert sich durch die Bewegung des Doppelkolbens (vergleiche Position 32' in Fig. 9). Die Verbrennungsrückstände werden über den sich verkleinernden Raumbereich 33 (vergleiche die Position 33' in Fig. 9) in den Auslaß 37 gedrückt. Durch die Kolbenelemente des jeweils feststehenden Doppelkolbens sind der Einlaß- und der Auslaßbereich bzw. der Verdichtungsraum und der Brennraum des Zwei-Doppelkolben-Kreisverbrennungs­ motors 1 ständig voneinander getrennt.

Gleichermaßen läuft dieser Vorgang ab, wenn anstelle von Brenngas Luft angesaugt und nachfolgend verdichtet wird. Über eine Direkt-Einspritzvorrichtung 35 wird Brennstoff eingepreßt und das entstandene Brennstoff/Luft-Gemisch durch Akti­ vieren der Zündeinrichtung 36 zur Explosion gebracht.

Die Verriegelungsvorrichtung, welche die über einen Freilauf mit der Antriebswelle verbundenen Doppelkolben wechselweise blockiert oder für eine Drehbewegung freigibt, wird jeweils von dem in Bewegung befindlichen Doppelkolben aktiviert. Diese Aktivierung erfolgt kurz bevor der rotierende Doppelkolben 6 mit dem feststehenden Doppelkolben 7 zusammenstoßen würde. Dadurch kann in vorteilhafter Weise der Bewegungsimpuls des gerade noch rotierenden Doppelkol­ ben über das verdichtete Frischgas bzw. die verdichtete Frischluft auf den gerade entriegelten Doppelkolben 7 übertragen werden. Durch optimale Wahl des Zündzeitpunktes wird gleichzeitig erreicht, daß die Explosion des Gemisches im Brennraum 32 (bzw. 32') den in voller Bewegung befindlichen Doppelkolben 6 so stark abbremst, daß dieser Doppelkolben problemlos von der einrastenden Ver­ riegelungseinrichtung festgehalten werden kann. Gleichzeitig wird der gerade entriegelte Doppelkolben 7 in Drehrichtung beschleunigt und bewegt sich in der gleichen Richtung wie der zuvor entriegelte Doppelkolben.

Das wechselseitige Blockieren des einen Doppelkolbens und die Freigabe des anderen Doppelkolbens erfolgt im wesentlichen jeweils nach einer halben Umdrehung, wobei der gerade blockierte Doppelkolben bereits freigegeben wird, bevor der sich gerade in Bewegung befindliche Doppelkolben erneut dort arretiert wird, wo sich der zuvor blockierte Doppelkolben zuvor befunden hat. Durch Verwenden des Freilaufs läuft der durch die Verrieglungseinrichtung blockierte Doppelkolben frei auf der Antriebswelle. Der sich bewegende Doppelkolben überträgt dagegen die durch die Verbrennung gewonnene Energie in Form eines Drehmoments auf die den beiden Doppelkolben gemeinsame Antriebswelle.

Innerhalb eines Rotationszyklusses werden in dem erfindungsgemäßen Zwei- Doppelkolben-Kreisverbrennungsmotor mit Ansaugen, Verdichten, Expandieren und Ausstoßen die verschiedenen Arbeitsschritte wie bei einem herkömmlichen Ver­ brennungsmotor ausgeführt.

Zum Anlassen des Zwei-Doppelkolben-Kreisverbrennngsmotors werden die in günstiger Weise im Brennraumbereich 32 angeordnete Zündeinrichtung 36 bzw. die Einspritzvorrichtung 35 unter Mitwirkung eines bevorzugt als Elektromotor ausgebildeten Anlassers benutzt. Der gerade nicht blockierte Doppelkolben wird durch den Anlasser soweit entgegen dem Uhrzeigersinn zurückgedreht, daß sich der Brennraum stark verkleinert. Nach Einspritzen von Brennstoff und Aktivieren der Zündung springt der Verbrennungsmotor an.

Alternativ ist es auch möglich, durch eine gesonderte Düse Luft mit sehr großem Druck in den Expansionsbereich des Zwei-Doppelkolben-Kreisverbrennungsmotors zu drücken, so daß eine Motorbewegung im Uhrzeigersinn erfolgt und der beweg­ liche Doppelkolben die Verriegelung des blockierten Doppelkolbens löst und selbst einrastend verriegelt wird. Nach einigen halben Umdrehungen der Doppelkolben erfolgt das Einspritzen und Zünden von Brennstoff.

Fig. 10 zeigt ein mechanisches Verriegelungselement 15.10, von denen jeweils zwei um 180° versetzt in jede der beiden Tragscheiben 8 und 9 bzw. 8' und 9' integriert sind. Das dargestellte Verriegelungselement 15.10 ist in einer Durch­ gangsöffnung der Tragscheibe 9 angeordnet. Das mechanische Verriegelungs­ element 15.10 wird von einem Gehäuse 15.12 mit eingeschraubtem Deckel 15.14 gebildet, das einen zylinderförmigen Innenraum einschließt, der an beiden Zylinderstirnflächen nach außen führende Öffnungen aufweist. In dem zylindrischen Innenraum sind zwei Druckfedern 15.16 und 15.18 sowie zwei durch diese Druckfedern belastete Stifte 15.20 und 15.22 angeordnet. Die Druckfeder 15.16 stützt sich am Gehäusedeckel 15.14 ab und übt über einen Kragen 15.24 Druck auf den Verriegelungsstift 15.20 aus, der in Fig. 10 nach rechts gerichtet ist. Der zweite Verriegelungsstift 15.22 ist im Inneren des ersten Verriegelungsstiftes 15.20 angeordnet und wird von der Druckfeder 15.18 in die dargestellte Position gedrückt. Unter Einfluß einer äußeren Kraft kann der zweite Verriegelungsstift 15.22 ins Innere des ersten Verriegelungsstiftes 15.20 ausweichen. Der erste Verriegelungsstift 15.20 ist bereits in seiner gegen die Kraft der Feder 15.16 eingerückten Stellung dargestellt. Die dazu erforderliche äußere Kraft wird von der jeweils anderen Tragscheibe 8 ausgeübt. Nur wenn sich die Nut 24 in der zweiten Tragscheibe gegenüber dem ersten Verriegelungsstift 15.20 befindet, kann dieser in seine nicht dargestellte zweite Stellung rücken. Sobald der erste Verriegelungs­ stift 15.20 in diese nicht dargestellte Stellung rückt, zieht sich der zweite Verriegelungsstift 15.22 in das Innere des Gehäuses 15.12 des mechanischen Verriegelungselementes 15.10 zurück. Er zieht sich dadurch aus einer Ver­ riegelungsöffnung 15.30 in der Innenwandung des Motorgehäuses 2 zurück. Diese Verriegelungsöffnung 15.30 befindet sich an einem Ort, an dem eine ansonsten umlaufende Ringnut 15.32 auf der Innenseite des Motorgehäuses eine Untiefe 15.34 aufweist. Nach Entriegelung des Doppelkolbens infolge der Entriegelungs­ sicke 24' in dem anderen Doppelkolben kann das zweite Verriegelungselement 15.22 wieder in seine dargestellte Stellung zurückspringen und greift dann in die umlaufende Ringnut 15.32 ein, ohne daß der entsprechende Doppelkolben dadurch verriegelt ist. Erst wenn der zweite Verriegelungsstift 15.22 wieder auf eine Untiefe 15.34 mit daran befindlicher Verriegelungsöffnung 15.30 trifft, verriegelt er dort wieder.

Die Fig. 11a und b zeigen einen ähnlichen Schnitt wie die Fig. 7 zur weiteren Erläuterung der Funktionsweise der Ver- und Entriegelung der Doppelkolben. In die Tragscheibe 9 ist das Verriegelungselement 15.10 genau so eingesetzt, wie bereits in Fig. 10 dargestellt. In Fig. 11a befindet sich der zweite Verriegelungsstift 15.22 in seiner die Tragscheibe 9 und damit den entsprechenden Doppelkolben verriegelnden Position, die bereits in Fig. 10 dargestellt ist. In Fig. 11 haben die beiden Tragscheiben 8 und 9 eine relative Position zueinander eingenommen, in der sich die Entriegelungssicke 24 gegenüber dem ersten Verriegelungsstift 15.20 befindet, so daß dieser von der Druckfeder 15.6 in die Verriegelungssicke 24 gedrückt wird. Der erste Verriegelungsstift 15.20 nimmt dabei den in seinem Inneren angeordneten zweiten Verriegelungsstift 15.22 mit, so daß letzte aus der Verriegelungsöffnung 15.30 - in der Innenwand der oberen Motorgehäusehälfte 11 zurückgezogen wird. Die Tragscheibe 9 und der mit ihr verbundene Doppelkolben 7 sind damit entriegelt und können sich frei bewegen. Auf der gegenüberliegenden Innenwand des Motorgehäuses befinden sich ebenfalls eine Verriegelungsöffnung, in die der zweite Verriegelungsstift 15.22 als in der Tragscheibe 8 angeordneten Verriegelungselementes 10 eingreift, sobald sich der Doppelkolben 6 in der Position befindet, in der sich in den Fig. 11a und b der Doppelkolben 7 befindet.

Zusätzlich zu dem mechanischen Verriegelungselement 15.10 zeigen die Fig. 11a und 11b elektromechanische Entriegelungselemente 40. Diese besitzen einen elektromagnetischen längsverschiebbaren Entriegelungsstift 42 und sind bezüglich der Verriegelungsöffnung 15.30 so angeordnet, daß sie einen in die Verriegelungs­ öffnung 15.30 eingreifenden zweiten Verriegelungsstift 15.22 des Verriegelungs­ elementes 15.10 aus der Verriegelungsöffnung 15.30 herausdrücken können, um so auf ein elektrisches Signal hin, die Verriegelung des entsprechenden Doppelkol­ bens zu lösen. Das Entriegelungselement 40 besitzt dazu ein koaxial zur Ver­ riegelungsöffnung 15.30 in die jeweilige Motorgehäusehälfte 3 oder 4 ein­ schraubbares Gehäuse 44, in dem der Entriegelungsstift 42 längsverschieblich angeordnet ist. Außerdem sind elektrische Spulen 46 vorgesehen, die bei Anliegen eines elektrischen Stromes dazu geeignet sind, den Entriegelungsstift 42 von seiner dargestellten ersten Position in seine nicht dargestellte zweite Position zu bewegen, in der der Entriegelungsstift 42 einen in der Verriegelungsöffnung 15.30 befindli­ chen zweiten Verriegelungsstift 15.22 aus der Verriegelungsöffnung 15.30 drückt. Eine Feder 48 wirkt mit den Spulen 46 derart zusammen, daß sich der En­ triegelungsstift 42 bei Nichtanliegen einer elektrischen Spannung in seiner dargestellten ersten Position befindet, und nur bei Anliegen einer elektrischen Spannung in seine nicht dargestellte zweite Position rückt. Dadurch wirken das mechanische Verriegelungselement 15.10 und das elektromechanische En­ triegelungselement 40 derart zusammen, daß bei Nichtanliegen einer elektrischen Spannung eine Steuerung des Ver- und Entriegelns der Tragscheiben 8 und 9 allein durch das mechanische Verriegelungselement 15.10 im Zusammenwirken mit der Entriegelungssicke 24 und der Verriegelungsöffnung 15.30 bewirkt wird. Zur Optimierung des Motorbetriebs kann jede der Tragscheiben 8 und 9 und damit jeder der Doppelkolben 6 und 7 durch die elektromechanischen Entriegelungselement vorzeitig entriegelt werden. Bei Stromausfall ist eine Steuerung des Motors aber auch allein durch die mechanischen Verriegelungselemente 15.10 sichergestellt.

Fig. 12a zeigt einen Schnitt durch das Motorgehäuse 2 senkrecht zur Antriebs­ welle 5. In diesem Schnitt sind die Positionen der Verriegelungsöffnungen 15.30 sowie die umlaufende Ringnut 15.32 zu erkennen. Die Verriegelungsöffnung 15.30 befindet sich dabei in einer Untiefe 15.34 der Ringnut 15.32. Dies geht auch aus dem in Fig. 12a markierten Schnitt B-B hervor, der in Fig. 12b abgebildet ist.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten möglich, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

Claims (13)

1. Verbrennungskraftmaschine (1) zur Erzeugung eines Drehmoments, mit einem geschlossenen Brenn- und Arbeitsraum (30, 31, 32, 33) und mindestens einem in diesem Raum beweglich angeordneten Kolben (6, 6', 7), welcher mit einer Antriebswelle (5) verbunden ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Brenn- und Arbeitsraum (30, 31, 32, 33) zumindest ab­ schnittsweise im wesentlichen die Form eines Torus aufweist, innerhalb dessen sich der Kolben (6, 7) auf einer Kreisbahn bewegt.

2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben als Doppelkolben (6, 6', 7) ausgebildet ist, welcher zwei gegeneinander um 180° versetzt an der Peripherie eines scheibenförmigen Trägers (8, 8', 9) angeordnete Kolbenelemente (10, 11, 12, 13) aufweist.

3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch zwei Kolben (6, 6', 7), welche im wesentlichen in einer Ebene auf gleicher Achse (5) liegend um 180° gegeneinander versetzt angeordnet sind.

4. Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (6, 6', 7) durch eine Veriegelungs­ einrichtung (14.1) wechselweise blockiert bzw. beweglich gehalten sind und zur Kraftübertragung von den Kolben (6, 6', 7) auf die Antriebswelle (5) ein Freilauf (14) vorgesehen ist.

5. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichet, daß der Wechsel zwischen Blockieren und Bewegung nach jeweils einer halben Umdrehung des nicht blockierten Kolbens erfolgt.

6. Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest Teile (20, 22) des Torusmantels durch die Kolben (6, 6', 7) gebildet sind.

7. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die der Antriebswelle (5) zugewandten Teile des Torusmantels durch die scheibenförmigen Träger (8, 8', 9) der Kolben (6, 6', 7) gebildet sind.

8. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenelemente (10, 11, 12, 13) ein im wesentlichen durch bogenför­ mige Linien begrenztes Querschnittsprofil aufweisen.

9. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Kolbenelemente (10, 11, 12, 13) mit einem ovalen oder kreisförmigen Querschnittsprofil vorgesehen sind.

10. Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein in zwei im wesentlichen gleichgroße Gehäusescha­ len (3, 4) geteiltes Gehäuse (2), wobei sich die durch den Rand der Gehäuseschalen aufgespannten Ebene im wesentlichen parallel zur Achse der Antriebswelle (5) erstreckt.

11. Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch eine elektrische, elektrohydraulische oder elek­ tromechanische Steuerung einer Ver-und Entriegelung zum Blockieren oder Freigeben der Bewegung des Kolbens (6, 7).

12. Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch eine derart veränderbare Einlaßöffnung (34) und/oder Auslaßöffnung (37), daß die Einlaß- und/oder Auslaßquerschnitte in ihrer Größe veränderbar sind oder der Verdichtungsraum und der Expansionsraum verstellbar sind.

13. Antriebssystem mit mehreren Verbrennungskraftmaschinen (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ brennungskraftmaschinen in axialer Reihung angeordnet sind und eine gemeinsame Antriebswelle aufweisen.