EP1427925B1 - Hubkolbenmaschine mit umlaufendem zylinder - Google Patents

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EP1427925B1
EP1427925B1 EP02774600A EP02774600A EP1427925B1 EP 1427925 B1 EP1427925 B1 EP 1427925B1 EP 02774600 A EP02774600 A EP 02774600A EP 02774600 A EP02774600 A EP 02774600A EP 1427925 B1 EP1427925 B1 EP 1427925B1
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EP
European Patent Office
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reciprocating piston
rotor housing
piston
piston engine
accordance
Prior art date
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EP02774600A
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English (en)
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EP1427925A1 (de
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Erich Teufl
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Individual
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Publication of EP1427925B1 publication Critical patent/EP1427925B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B13/00—Reciprocating-piston machines or engines with rotating cylinders in order to obtain the reciprocating-piston motion
    • F01B13/04—Reciprocating-piston machines or engines with rotating cylinders in order to obtain the reciprocating-piston motion with more than one cylinder
    • F01B13/045—Reciprocating-piston machines or engines with rotating cylinders in order to obtain the reciprocating-piston motion with more than one cylinder with cylinder axes arranged substantially tangentially to a circle centred on main shaft axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/26—Engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main-shaft axis; Engines with cylinder axes arranged substantially tangentially to a circle centred on main-shaft axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B57/00—Internal-combustion aspects of rotary engines in which the combusted gases displace one or more reciprocating pistons
    • F02B57/08—Engines with star-shaped cylinder arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/025—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F2007/0097—Casings, e.g. crankcases or frames for large diesel engines

Definitions

  • the present invention relates to a reciprocating piston machine with a rotating cylinder for generating torque.
  • the reciprocating piston engine preferably works as an internal combustion engine; however, it can also be used in areas of hydraulics due to slightly different structural designs and arrangements of the control channels. Furthermore, the use according to the solution according to the invention is possible as a hydraulic pump, overpressure pump and as a vacuum pump.
  • Rotary piston machine in the field of internal combustion engines is the Wankel engine.
  • This has a piston which moves in a trochoid shape and forms a working space. This moves by means of an internal toothing and eccentric bearing of the motor shaft in the interior of an epitrochoid.
  • the corners and the side surfaces of the piston have sealing elements.
  • the gas is changed by opening and closing slots in a housing surrounding the piston.
  • the Wankel engine is characterized by its perfect mass balance, its compact design due to the absence of a valve train.
  • the low torque and the unfavorable shape of the combustion chamber with long combustion distances, the resulting high hydrocarbon emissions, the higher fuel and oil consumption compared to other reciprocating piston engines, and higher manufacturing costs are disadvantageous.
  • due to the working principle there is no direct possibility of realizing a diesel engine using the Wankel principle.
  • the object of the present invention is to provide a reciprocating piston machine whose overall efficiency is higher than that of reciprocating piston machines according to the prior art, whose mass-performance ratio is improved, whose control is simplified in terms of construction, whose production and assembly work is reduced, and whose smoothness is optimized and their pollutant emissions are reduced.
  • a reciprocating piston machine with rotating cylinders has at least one piston per cylinder unit, which is arranged in a rotor housing, wherein in an inner region of the rotor housing there is a space which has a contour around which the piston in the rotatable rotor housing is arranged to be movable through 360 °, whereby the piston is coupled to the contour in such a way that the contour causes a stroke movement of the piston when the cylinder unit moves around the contour.
  • This control carries out the work cycles of the reciprocating machine, such as suction, compression, combustion and ejection.
  • the 4-stroke principle is preferably used.
  • the torque generated depends in particular on how many pistons are arranged in the rotor housing. On the one hand, this can be made dependent on the size of the rotor, and on the other hand, vibrations that occur can also be taken into account.
  • a plurality of rotor housings in the manner of a radial engine
  • a rotor housing preferably has three, four or more pistons.
  • the line of action of the piston of a cylinder unit (stroke direction of the piston) is arranged in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor and lies in this plane so that the line of action is eccentric to the axis of rotation of the rotor and straight.
  • the contour is preferably designed such that a combustion chamber delimited by the piston is at least substantially isochoric, ie has a constant volume, during an operating cycle.
  • the combustion chamber does not change over a certain period of the work cycle. This enables a particularly high torque generation around the contour, since the combustion chamber itself remains essentially constant. In contrast to another reciprocating piston engine, this results in a complete combustion of the combustion gas in the combustion chamber on the one hand, and on the other hand the temperature occurring during the combustion and thus pressure increase in the combustion chamber can be used for a long time.
  • Such a period of time of an isochoric combustion chamber is set via the speed of rotation.
  • the length of the work cycle is also decisive. This is preferably at least 90 °, but in particular more than 100 ° rotation around the contour. With a corresponding adaptation of the discharge of the burned gas, it is possible to achieve an essentially isochoric combustion chamber over approximately 120 ° and more.
  • a rotor preferably has four cylinder units which are arranged offset by 90 ° to one another.
  • the piston executes a lifting movement due to the shape of the contour, which is preferably closed. This is useful, for example, if it is intended to ensure an improved flow in the combustion chamber and thus combustion.
  • the stroke movement, which is controlled by the contour is preferably such that an intake stroke is significantly longer than an exhaust stroke.
  • the contour for this reciprocating piston machine preferably has a path shape which has a first, a second, a third and a fourth section, which are all convex, all concave or all linear. The respective stroke cycles of the piston are even in this way.
  • the sections are connected to one another in such a way that an essentially uniform (negative or positive) acceleration of the piston is generated, so that a material load is kept low.
  • the contour is designed in such a way that occurring surface pressures remain as low as possible due to the coupling of the piston and contour.
  • An embodiment of the contour provides that it is implemented in a cam disk.
  • the cam has a groove.
  • the groove is designed in such a way that it specifies the contour along which the piston is moved in accordance with the coupling.
  • the contour / curve guidance is preferably designed such that when the cylinder units rotate completely, they perform at least one work cycle.
  • the reciprocating piston machine preferably has a lifting disk and a first and a second cam disk.
  • the two cams are arranged opposite the lifting disc and each have a congruent contour.
  • a connecting rod of the piston is guided between the two cam discs and the lifting disc via a corresponding guide in the grooves. Via the connecting rod, the controlled movement predetermined by the contour is transmitted to the piston, which executes its lifting movement along the cylinder space and its guidance.
  • the piston is preferably guided in the fixed cam mechanism via a needle-bearing connecting shaft.
  • the connecting shaft is preferably in one piece, for example cast or forged. In a further design, however, this is assembled from individual components to form a whole.
  • the cam mechanism is formed by the two cams and the lifting disc.
  • the pistons are guided without play by displacing the two flanks of the groove curve. Each flank has its own role, which is located on the connecting shaft. As a result, the rollers run in opposite directions and are constantly held in contact.
  • a further development of the reciprocating piston machine provides that a guide part which is separate from a sealing part of the piston is arranged on the piston.
  • the sealing part and the guide part are coupled with the piston and movable together.
  • the movable coupling serves to transmit the force acting on the piston to the rotor housing.
  • the guide part is arranged movably along a separate guide in the rotor housing.
  • the guide part is preferably at least partially in the rotor housing.
  • the sealing part for example formed via the piston with its piston rings and the connecting rod connected to it, thus forms a first arm, while the guide part forms a separate second arm. These two arms are preferably connected to one another again at a connecting rod bearing.
  • the sealing and the guide part form a lever system.
  • the lever arm of the guide part is shorter than the lever arm of the sealing part. In this way, it is possible to achieve a particularly high torque generation on the rotor housing via the connecting rod bearing, to which both arms are preferably attached.
  • the piston with the sealing and guiding part is matched to the contour so that the guiding part and the sealing part can each perform a respective lifting movement along a straight line in the rotor housing.
  • the guide part in particular ensures the force transmission of the compressive force acting on the piston to the rotor housing.
  • a lifting movement of the guide part is preferred executed by means of a bearing, in particular a roller bearing. This is especially designed so that it is able to transmit a compressive force from the guide part to the rotor housing permanently.
  • the sealing and the guide part thus form a lever system for transmitting a compressive force acting on the piston via the guide part to the rotor housing.
  • the piston with the sealing part and the guide part can be made of one piece, for example cast or forged. In a further embodiment, however, these are assembled from individual components to form a whole.
  • the axis of the guide part intersects the axis of rotation of the rotor perpendicularly.
  • the piston delimiting the combustion chamber is preferably designed in such a way that mixture rotation in the combustion chamber is supported during the intake process. This takes place, for example, by means of an approximately centrally symmetrical, conical piston crown, which increases turbulence by building an annular squeeze zone.
  • An inlet swirl for generating a swirl in the combustion chamber is preferably achieved by means of an oblique inflow into the combustion chamber.
  • an inlet channel is arranged obliquely to the longitudinal axis of the piston (stroke axis).
  • the reciprocating piston machine has a rotor housing which has a rotationally symmetrical outer jacket.
  • this has the advantage that an imbalance on the rotor housing is avoided. Therefore, it is also preferred that corresponding components of the reciprocating piston face each other and are thus arranged in pairs in order to avoid at high speeds, for example 5000 to 8000 min -1, in particular from 12000 corresponding min -1 (rpm) imbalance moments.
  • An arrangement of the components in such a way that forces generated due to the rotation of the rotor housing compensate each other is preferred.
  • a rotationally symmetrical outer jacket allows gas supply and gas discharge into the combustion chambers in the rotor housing to be made particularly gas-tight.
  • a version of the reciprocating machine has on the outer casing of the rotor housing a rotating gas exchange sealing system, the surface of which preferably closes radially at least partially with the outer casing of the rotor housing, ie rests sealingly. If the rotor housing is arranged in a jacket housing, the rotating gas exchange sealing system is able to produce a seal between the jacket housing and the rotor housing.
  • the rotor housing is preferably arranged in a jacket housing which has an at least concave surface which is arranged opposite an outer jacket of the rotor housing.
  • the gas exchange sealing system is designed in such a way that, on the one hand, the combustion chamber or chambers in the rotor housing are appropriately sealed during the respective cycles / phases of suction, compression, combustion and exhaust. On the other hand, the sealing system ensures that the combustion chamber is filled or emptied as completely as possible by appropriately supplying and discharging the incoming and outgoing gas.
  • corresponding control channels or corresponding openings are arranged in the casing, along which the combustion chamber is filled or emptied.
  • control channels can be arranged along the surface opposite the outer casing of the rotor housing or also laterally along the side surface of the rotor housing. This also applies to the gas exchange sealing system. Due to the circumferential gas exchange sealing system, the control channels, preferably in the form of slots, can be relatively long, for example extend over 10 ° to 30 ° angle of rotation over the outlet channel or for example up to 120 ° angle of rotation over the inlet channel or more; the inlet duct is preferably substantially longer than the outlet duct. The depth and the width of the control channels and the distance between the control channels depend on the size of the reciprocating machine. The control channels can be adapted to the inflow conditions and the corresponding pressures during inflow and outflow.
  • the gas exchange sealing system preferably has a pressurized, radially movable and preferably rotatable sliding element which is attached to the outer casing of the rotor housing off-center.
  • This sliding element is held, for example, in a groove which is arranged off-center on the outer casing of the rotor housing.
  • the sliding element which is preferably roller-bearing, seals the rotor space against the opposite jacket space.
  • the roller-mounted slide ring preferably also has a surface corresponding to that of the opposite casing housing. This is preferably spherical.
  • the slide ring has at least one sealing lip, preferably two sealing lips. The sealing lip touches the casing and thus has a sealing effect.
  • the first sealing lip encloses the second sealing lip. Both sealing lips are arranged in a circle.
  • the slide ring in turn preferably also carries out an axial movement in addition to the radial movement.
  • the axial movement is an axial rotary movement.
  • the slide ring is attached off-center and is arranged in relation to the surface of the jacket housing in such a way that it produces a rotary movement on the slide ring.
  • the rotary movement has the advantage, for example, that due to its presence any foreign bodies are transported outwards due to the radial force and are thus removed from the path.
  • an output is preferably flanged onto the rotor housing. This is done, for example, by means of a transmission gear, preferably by means of a planetary gear. This makes it possible to increase the speed, but also to lower it.
  • a particularly smooth running can be achieved if, in addition to the reciprocating piston machine, at least one additional reciprocating piston machine is additionally arranged in a row in a row on a shaft. For example, it is thereby possible for a first reciprocating piston machine to be compared with a second reciprocating piston machine the phase of the work cycle section is offset by 180 °. When the first and second reciprocating piston engines ignite at the same time, the running smoothness is improved.
  • a further development provides that a plurality of reciprocating piston machines that are arranged in multiple arrangements on a shaft or separately from one another can be switched on and off individually.
  • an ignition of a reciprocating piston machine for a cylinder is suspended. This is possible, for example, when using the reciprocating piston engine in overrun to save fuel, as is known in motor vehicle engines.
  • Another embodiment in turn has changeable inlet and outlet openings for the inflow and outflow of the medium to be burned and any air to be supplied. This change is possible, for example, by means of a throttle cross section.
  • the throttle cross-section is preferably controlled or regulated in accordance with the required output via an engine control
  • the reciprocating piston machine has a lubrication system that is independent of the installation position of the reciprocating piston machine, that is to say independent of the position.
  • the lubrication system is designed as position-independent pressure circulation lubrication.
  • the oil is sucked out of the oil ring by the gerotor pump.
  • a pressure relief valve inside the pump housing limits the oil pressure and directs the excess oil back into the pump's suction channel.
  • the oil is conveyed from the pressure channel via the oil filter to oil spray nozzles. From there, the lubricating oil gets into the rotor housing.
  • the rotor housing has several rotating lubrication channels. These distribute the lubricating oil to the relevant lubrication points.
  • the lubricant usually oil
  • the movable components are preferably lubricated from the inside of the rotor housing to the outside. In this way, the rotational speed of the reciprocating piston machine can be exploited in a further way.
  • the oil return takes place via the rotor housing, which has several rotating centrifugal channels.
  • the centrifugal force pushes the lubricating oil out through the centrifugal channels.
  • the oil hurls against the opposite oil ring opening, drips off and reaches the closed part of the oil ring. There it is returned to the lubrication circuit. This process is repeated continuously to ensure reliable lubrication regardless of position.
  • the oil ring can preferably be rotated through 360 °, is mounted on rollers and is arranged on the front casing housing.
  • the oil ring is sealed off from the suction channel by two sealing rings which are firmly connected to the casing housing.
  • the side opposite the suction channel is sealed by an axially movable sealing ring with a compression spring, which keeps the oil ring in constant contact.
  • the jacket housing has openings on the circumference through which the centrifugal oil enters the oil ring opening.
  • the ⁇ hing is divided into two, with a first oil ring housing being connected to a second oil ring end housing.
  • the oil ring can also consist of one part, for example as a cast part.
  • a float needle valve is arranged in the oil ring, the excess oil being fed back into the lubrication circuit through the float needle valve and the oil return holes in the casing.
  • the volume of the closed part of the oil ring should be less than, but at most the same as the volume of half the oil ring opening. This avoids unnecessary excess oil and minimizes losses of all kinds.
  • Sight glasses with markings are attached to the oil ring and the oil ring cover for checking the oil level.
  • the oil level itself is regulated by an oil fill and drain plug located
  • the reciprocating piston engine enables the conversion of energy contained in a combustible medium into mechanical energy.
  • the medium releases combustion energy in the combustion chamber, in which a movable piston is arranged, via which the pressure energy resulting from the combustion is converted into mechanical energy.
  • the pressure energy generates a torque around a fixed axis; which for rotation leads a combustion chamber with the combustion chamber and the piston around the fixed axis, mechanical energy being dissipated via this rotation.
  • This principle of operation has the advantage that it can utilize a circular movement or acceleration with a long lever arm, which creates high torques around the fixed axis.
  • the piston 1 shows a reciprocating piston machine 1. This has a first piston 2, a second piston 3, a third piston 4 and a fourth piston 5.
  • the pistons 2, 3, 4, 5 are each offset by 90 ° in a rotor housing 6
  • Reciprocating piston machine 1 is arranged in an inner area of the rotor housing 6 Room 7.
  • a curve or contour 8 is arranged in room 7.
  • the pistons 2, 3, 4, 5 each perform a stroke movement, indicated by a double arrow.
  • the piston 2, 3, 4, 5 runs along a straight first guide 9.
  • the first guide 9 is inserted as a cylinder unit in the rotor housing 6.
  • the piston 2, 3, 4, 5 has a piston head with a conical attachment 10 which is arranged in a centrally symmetrical (central) manner.
  • the attachment 10 helps shape the combustion chamber geometry.
  • the conical shape of the attachment 10 shown uses the inlet swirl of the inflowing fuel-air mixture in the intake process in order to achieve better swirling and thus mixing in the combustion chamber. This improves the subsequent combustion.
  • the cone-shaped attachment 10 can also be replaced by another attachment to design the combustion chamber, the geometry of which depends, for example, on the type of supply of the medium to be burned, ie the fuel.
  • various injection methods can be used, as are typical for a gasoline or diesel engine. This includes jet injection processes without air swirl with a 6- to 8-hole nozzle, as is known for slow-running large diesel engines.
  • a 3- to 5-hole nozzle can also be used, the combustion air flowing to the respective piston 2, 3, 4, 5 in the form of a swirl flow causing a mixture formation in the form of a swirl flow in the case of direct injection.
  • fuel injection onto the combustion chamber wall into a trough-shaped combustion chamber via an eccentrically arranged single-hole nozzle.
  • secondary chamber combustion processes such as swirl chamber processes or pre-chamber processes can also be used.
  • the reciprocating piston machine 1 can thus be used for a wide variety of fuels. In addition to conventional gasoline or diesel fuel, this also includes alcohol or gas, especially hydrogen.
  • the components required for the respective combustion processes are arranged in a casing, not shown, in which the rotor housing 6 is located.
  • the operation of the reciprocating piston engine 1 can also be supported by different types of charging processes.
  • vibrating intake manifold charging, resonance charging or switching suction systems are suitable, the intake pipe length of which can be changed depending on the speed by opening or closing flaps.
  • mechanical supercharging systems such as piston-type, multi-cell or roots-type superchargers can also be used.
  • Exhaust gas turbocharging can also be used, the exhaust gas turbine to be used being able to be switched on or off depending on the speed of the reciprocating piston engine 1.
  • pressure wave charging with a pressure wave charger is also possible.
  • a corresponding supercharging is still supported by using charge air cooling for the reciprocating piston engine 1. In this way it is possible to achieve an even higher compression.
  • a corresponding supercharger is, for example, connected directly or indirectly to the rotor housing 6 in order to be able to use its rotational energy.
  • the piston 2, 3, 4, 5 shown in FIG. 1 also has a first piston ring 11 and a second piston ring 12. Both piston rings 11, 12 seal one Combustion chamber 13 against room 7. According to the embodiment shown, the second piston ring 12 also takes on the function of an oil control ring. The oil used to lubricate the piston 2, 3, 4, 5 is brought out from the inner region of the space 7 to the first guide 9. Furthermore, the piston can have strain-regulating strip inserts, so that different materials and thus different expansion coefficients are taken into account.
  • the rotor housing 6 or the first guide 9 is made of aluminum.
  • the piston 2, 3, 4, 5 forms a sealing part 14 together with a connecting rod 15.
  • the connecting rod 15 is connected directly to the piston 2, 3, 4, 5, both of which are rigidly coupled to one another.
  • the design of the contour 8 allows the pistons 2, 3, 4, 5 to be guided linearly. This makes it possible, for example, to dispense with a piston pin and its mounting in the connecting rod.
  • the contour 8 has a curved section in order to ensure a linear guidance of the piston in the reciprocating piston engine 1 in conjunction with the coupling.
  • an opening 16 for a connecting rod bearing 17 is arranged on the connecting rod 15, the connecting rod bearing 17 receiving a connecting shaft 18.
  • the connecting shaft 18 connects the contour 8 to the connecting rod 15.
  • the connecting shaft 18 is arranged eccentrically to the center of the piston 2, 3, 4, 5.
  • the connecting rod 15 forms a lever arm.
  • the connecting rod 15 preferably has a web shape in cross section. This allows good absorption and transmission of pressure forces.
  • a guide part 19 is rigidly connected to the connecting rod 15.
  • the guide part 19 is arranged in a second guide 20.
  • the second guide 20 is, for example, a liner arranged in the rotor housing 6.
  • a bearing 21 is arranged around the guide part 19.
  • the bearing 21 allows a largely frictionless movement of the guide part 19 in the second guide 20.
  • the bearing 21 is preferably a roller bearing. Since the guide part 19 forms a lever system with the sealing part 14, the bearing 21 is in particular also capable of transmitting pressure forces occurring to the rotor housing 6 in accordance with the lever system. As shown in Fig. 1, the bearing 21 is movable relative to the second guide 20 and the guide member 19 relative to each other.
  • a securing ring 22 is arranged in the rotor housing 6 as a travel limitation.
  • the guide part 19 it is possible for the guide part 19 to extend beyond the second guide 20 during a revolution through 360 ° around the contour 8, but without a surface of the second guide 20 which transmits the force not being fully utilized.
  • the bearing 21 is advantageously at least as long as the second guide 20.
  • Fig. 1 shows the four pistons 2, 3, 4, 5 in different working positions.
  • the direction of rotation is indicated by arrows.
  • the first piston 2 is just starting to aspirate, the second piston 3 is approximately in the final phase of the priming, the third piston 4 is at the end of the ignition phase, and the fourth piston 5 is in the working phase.
  • the guide part 19 is in a different position within the second guide 20.
  • the bearing 21 is dimensioned such that it also extends radially inward beyond the second guide 20 can. In order that the bearing 21 does not hit the contour 8, for example when the reciprocating piston machine 1 is at a standstill, a corresponding travel limitation can be provided.
  • the bearing 21 is preferably also lubricated.
  • the lubricant is supplied via the oil spray nozzle 58, which supplies all components with sufficient lubricating oil.
  • the contour has a first section A, a second section B and a third section C. These are each curved.
  • the curvature is designed such that the guide part 19 as well as the piston 2, 3, 4, 5 along the first guide 9 and the second guide 20 can be linear.
  • the third section C is in particular at least partially designed such that the pistons 2, 3, 4, 5 remain essentially constant in their position within the first guide 9 during the working phase taking place there.
  • the combustion chamber 13 does not change during the working phase. This leads to a particularly high pressure generation in the combustion chamber 13. This causes a particularly large torque transmission to the rotor housing 6 via the lever system comprising the sealing part 14 and the guide part 19.
  • the contour 8 has a shape such that the piston 2, 3 , 4, 5 is directed such that the burned gas can flow out of the combustion chamber 13.
  • the contour 8 in section D has an essentially linear region.
  • the contour 8 is designed in such a way that piston tilting is prevented at the top and bottom dead center. This also results in a noise reduction.
  • the side pressure of the piston 2, 3, 4, 5 on the cylinder wall 9 is minimized.
  • the gas exchange sealing system 23 is arranged on an outer jacket 23a of the rotor housing 6. As a result, the gas exchange sealing system 23 rotates with the rotor housing 6.
  • the gas exchange sealing system 23 has a roller-mounted sliding element 24 which is resiliently fixed eccentrically at a cylinder end 25 in a groove 26 and is sealingly opposite the combustion chamber 13 ,
  • the slide ring 27 is adapted to an oppositely arranged surface of a casing 30.
  • the sealing lips 28, 29 cooperate in a sealing manner with the surface of the casing 30.
  • an ignition spark is preferably only triggered when the spark plug 32 is located within the round first sealing lip 28.
  • the geometry of the ignition channel 31 in the casing 30 is preferably designed such that both sealing lips 28, 29 provide a seal.
  • the sliding element 24 thus acts as a kind of security lock: should when the ignition channel overflows 31 a certain gas volume can escape through the first sealing lip 28, this is at least absorbed via the second sealing lip 29.
  • the sliding element 24 is in turn designed within the groove 26 such that lateral escape of the compressed gas along the groove 26 is prevented.
  • the groove 26 can have, for example, one or more sealing rings.
  • the sealing system 23 ensures that the combustion chamber is filled or emptied as completely as possible via a corresponding supply or discharge of the inflowing gas.
  • corresponding control channels 33, 34 are arranged in the casing 30, along which the combustion chamber is filled or emptied.
  • the control channels 33, 34 are arranged along the surface opposite the outer jacket 23a of the rotor housing 6. This also applies to the gas exchange sealing system 23. Because of the revolving gas exchange sealing system 23, the control channels 33, 34 can be relatively long.
  • the inlet channel 33 is preferably substantially longer than the outlet channel 34.
  • the depth of the control channels 33, 34 and the width of the control channels 33, 34 and the distance between the control channels 33, 34 depend on the size of the reciprocating piston machine.
  • FIG. 2 shows the reciprocating piston machine 1 according to FIG. 1 in a side sectional view.
  • the gas exchange sealing system 23 has a sealing body 35. Sealing strips 36 are arranged on the sealing bodies 35. The sealing strips 36 are placed radially under pressure via strip springs 37. The sealing bodies 35 are in turn also able to apply pressure to the sealing strips 36. The pressure is applied in the circumferential direction.
  • each sealing body 35 carries a leg spring 38. The leg spring 38 thus ensures a seal between the slide ring 27 or the slide element 24 and the The sliding element 24 abuts the sealing strip 36.
  • the sliding element 24 is attached off-center, the degree of eccentricity being indicated by the angle ⁇ .
  • the gas exchange sealing system 23 is thus able, on the one hand, to effect the combustion chamber seal as well as the seal when the charge is changed.
  • the gas exchange sealing system 23 enables gases to enter and exit via radial openings. This eliminates the need for conventional reciprocating engines. Complete control unit for the gas exchange, which leads to a considerable reduction in components and to a better charge exchange.
  • the reciprocating piston machine 1 shown in FIG. 1 operates in a four-stroke mode (suction, compression, work, ejection). With one revolution of the rotor housing 6, a working cycle takes place on two pistons, for example on pistons 2 and 3.
  • the reciprocating piston machine 1 has a jacket housing 30 which is divided into two.
  • a first casing part housing 39 is connected to a second casing part housing 40.
  • the rotating rotor housing 6 is arranged in the casing 30.
  • the rotor housing 6 is preferably also divided into two.
  • a first rotor part housing 41 is connected to a second rotor part housing 42.
  • the surface of the casing housing 30 opposite the outer casing 23a of the rotor housing 6 is curved, to be precise concave.
  • this spherical design of the surfaces has the advantage that a gas-tight sealing is facilitated by means of the gas exchange sealing system 23, the manufacturing tolerances of the gas exchange sealing system 23 being selected in such a way that the sealing of the functional spaces is adequately guaranteed, despite the Freedom of movement of the moving parts.
  • a connector 43 is also arranged on the casing 30. This is the connection for the out-Iasskanal 34.
  • the inlet channel 33 which continues in the casing 30 and is only shown in FIG. 1, is arranged opposite the piston in such a way that gas is supplied off-center. In this way, a swirl effect is generated with the inflowing gas.
  • the degree of eccentricity is again indicated by the angle ⁇ .
  • the contour 8 is formed by a lifting disk 44 and by two grooves 47 which are congruent with one another and are arranged in opposing cam disks 45, 46.
  • a connecting shaft 18 is arranged in the grooves 47, the ends 48, 49 of which each have a roller bearing 50. Rollers 51 are in turn assigned to rollers 51.
  • the rollers 51 and the connecting shaft 18 run along the contour 8.
  • a needle bearing 17 is arranged on the connecting shaft 18 as a connecting rod bearing. This is characterized in particular by the fact that it can absorb and transmit high bearing forces. This is advantageous in the case of the forces and moments that occur due to the lever system comprising the sealing part and the guide part 19.
  • the outer flank of the groove 47 absorbs the centrifugal forces of the pistons 2, 3, 4, 5, the cam flank of the lifting disk 44 absorbing the gas forces.
  • the roller 51 has play in relation to the inner flank of the groove 47. Because when rolling on the outer flank of the curve it makes a rotation about its own axis, which has the wrong direction compared to the other flank of the curve. This play is avoided by the lifting disk 44, since the two flanks of the groove curve 47 are offset from one another and each flank on the connecting shaft 18 has its own roller 51. The rollers 51 then run in opposite directions and can be kept permanently in contact.
  • the cam disks 45, 46 are arranged opposite the lifting disk 44, the contours being screwed together in a congruent and immovable manner.
  • the cams 45, 46 and the lifting disc 44 are in turn rigidly connected to the casing 30 via the housing cover 52.
  • the cam discs 45, 46 and the lifting disc 44 are used also as a support for a rotor housing bearing, which is designed here as a roller bearing 53.
  • a lubrication system 54 is shown.
  • the lubrication system 54 is arranged in the rotor housing 6 and on the casing housing 30 and has an oil pump 55. This is coupled to the rotor housing 6 by the driving disk 56 in such a way that it is driven.
  • the lubrication system 54 is designed as independent of the installation position of the reciprocating piston machine, i.e. position-independent pressure circulation lubrication designed.
  • the oil is sucked in by the gerotor pump 55 from the oil ring 57, and a pressure relief valve within the pump housing limits the oil pressure and returns the excess oil to the suction channel of the pump.
  • the oil is conveyed from the pressure channel via the oil filter to the oil spray nozzles 58.
  • the rotor housing 6 has a plurality of rotating lubrication channels 59; these distribute the lubricating oil to the relevant lubrication points. Due to the centrifugal forces, the lubricant, usually oil, is pressed outwards, so that the movable components are preferably lubricated from the inside of the rotor housing 6 to the outside. In this way, the rotational speed of the reciprocating piston machine can be exploited in a further way.
  • the oil return takes place via the rotor housing 6, which has several rotating centrifugal channels 60.
  • the centrifugal force pushes the lubricating oil through the centrifugal channels 60 to the outside.
  • the oil hurls against the opposite oil ring opening 61, drips off and reaches the closed part of the oil ring 57. There it is returned to the lubrication circuit. This process is repeated continuously to ensure reliable lubrication regardless of position.
  • the oil ring 57 is preferably rotatable through 360 °, mounted on rollers 62 and arranged in the first casing part housing 39.
  • the sealing of the oil ring 57 to the suction channel 63 is carried out by two sealing rings 64 which are fixed to the first casing part housing 39
  • the sealing of the side opposite the suction channel 63 is carried out by an axially movable sealing ring 66 provided with a compression spring 65, which is fixed in a groove 67 and which keeps the oil ring 57 in constant contact.
  • the first casing part housing 39 has openings 68 on the circumference, through which the centrifugal oil enters the oil ring opening 61.
  • the oil ring 57 is divided into two, a first oil ring housing 69 being connected to a second oil ring end housing 70.
  • the oil ring 57 can also consist of one part, for example as a cast part.
  • a float needle valve 71 is arranged in the oil ring 57. The excess oil or leaks are returned to the lubrication circuit through the float needle valve 71 and the oil return bores 72 in the first casing part housing 39.
  • an oil pressure storage container is also arranged. This is always kept under pressure during the operation of the reciprocating piston engine 1. This pressure does not decrease even after the reciprocating piston engine 1 has been switched off. Rather, it only releases this pressure when the reciprocating piston engine 1 is to be started. It is also possible to provide an oil pump that is separate from the rotor housing 6. This can be supplied, for example, via an external energy source, such as a battery. A further development provides that an oil pump is supplied by an external energy source as well as by the reciprocating piston engine 1 itself. It is possible to switch from one energy source to the other energy source at a predeterminable time.
  • the output 73 can act directly on a device absorbing mechanical energy. It is also possible to provide a clutch.
  • a further development provides for a transmission to be provided.
  • the transmission is preferably a planetary transmission 74. A further advantage is obtained if a continuously variable transmission is used.
  • the reciprocating piston machine 1 is then able to be operated at a constant speed.
  • the required speed of the energy-absorbing device is then set by means of the continuously variable transmission. It is also possible in this way to change the torque that has been removed.
  • the use of a transmission with gear stages is also possible.
  • FIG. 3 shows a section of the reciprocating piston engine 1 as shown in FIGS. 1 and 2.
  • the lever system comprising the sealing part 14, the guide part 19 and the contour 8 is shown.
  • the rollers 51 of the lever system are located along the contour 8 in a position in which a high torque is transmitted to the rotor housing 6.
  • This transfer is exemplified by a triangle of forces with appropriate dimensions. For example, while a maximum gas force F 1 of 2600 N acts on the center of the piston 2, 3, 4, 5, the distance I 2 is, for example, 38 mm. between the piston center axis and the roller center axis with a force action due to the geometry of the piston 2, 3, 4, 5 to a calculated force action direction, which results in an angle ⁇ of approximately 34 °.
  • the most suitable torque can be set for the respective application, for example taking into account the loads occurring in the material used for the individual components .
  • the contour 8 becomes accordingly adapted that in a revolution of 360 ° pistons 2, 3, 4, 5 as well as guide part 19 can each run along their guide.
  • FIG. 4 shows the section from FIG. 3 in a top view.
  • the rollers 51 which bear against the contour 8, are pressed against the latter via a centrifugal force F 3 of, for example, 800 N.
  • the centrifugal force is dependent on the rotational speed.
  • the first cam 45 and the second cam 46 are designed so that they can absorb this centrifugal force.
  • the rollers 51 which bear against the contour 8 of the lifting disc 44, are pressed against the latter by a gas force F 1 of, for example, 2600 N.
  • the lifting disc 44 is designed so that it can absorb this gas force accordingly.
  • the guide part 19 is preferably made of one part, and this can also be screwed onto the lever system as a sleeve element. In particular, this allows a modular system to be set up.
  • the modular system contains, for example, pistons, connecting rods, bearings, rollers, lifting discs, cams, etc.
  • FIG. 5 shows the gas exchange sealing system 23 from FIG. 2.
  • the gas exchange sealing system 23 has four sliding elements 24, eight sealing bodies 35 and sixteen sealing strips 36 and sixteen strip springs 37. Sealing strips 36 are sealingly adapted to the sealing bodies 35 and to the sliding elements 24.
  • the strip springs 37 exert a radial pressure on the sealing bodies 35 and sealing strips 36.
  • FIG. 6 shows a sliding element 24 from FIG. 5 in an exploded view.
  • the sliding element 24 has a roller-mounted sliding ring 27, on which a first sealing lip 28 and a second sealing lip 29 are arranged.
  • the slide ring 27 is fixed together with a ball cage 75, a race 76 and a plate spring 77 as a radial pressure device for the slide element 24 in a groove 26 located on the cylinder.
  • the inner sealing ring 78 seals the sliding element 24 from the combustion chamber 13. The fixation of the sliding element 24 and the sealing of the sliding element 24 to the combustion chamber 13 are shown in FIG. 1.
  • FIG. 7 shows a sealing body 35 from FIG. 5 in more detail.
  • the sealing body 35 contains a leg spring 38 which is fixed by a cylinder pin 79. A pressure is exerted on the sealing strips 36 to be arranged in the sealing body 35 via the leg spring 38.
  • the leg spring 38 presses the sealing strips 36 outwards, so that, when installed in the groove, a force effect in the circumferential direction presses the sealing strips 36 onto the sliding elements 24. As a result, the sealing strips 36 are also held in their position. In this way, the seal for the gas exchange is realized. On the other hand, this allows components that are located inside the rotor housing 6 to be sealed.
  • the sealing body 35 can consist, for example, of silicon nitrite.
  • FIG. 8 shows a sealing strip 36. This has a first end 80 and a second end 81.
  • the first end 80 is correspondingly adapted to the sliding element 24 for sealing.
  • the second end 81 in turn is designed to withstand the pressure of the leg spring 38 receives and transmits in particular uniformly into the sealing strip 36 to the first end 80.
  • the sealing strip 36 itself can in turn consist of silicon nitrite.
  • This radial pressure device is in the form of a strip spring 37.
  • the corrugation allows the strip spring 37 to have a plurality of force introduction points on the sealing strip 36 distributed over the circumference. This leads to a uniform application of pressure in the radial direction and thus a particularly effective seal.
  • the 10 shows an oil ring 57 of the lubrication system 54.
  • the oil ring 57 is divided into two parts.
  • a first oil ring housing 69 is connected to a second oil ring end housing 70.
  • the oil ring 57 has a first section E and a second section F. These are each radially assigned to the axis of rotation of the oil ring 57.
  • the section E represents the closed part, the section F the open part of the oil ring 57.
  • the volume of the closed part in section E of the oil ring should be less than the maximum but the same as the volume of half the oil ring opening of section F. This avoids unnecessary excess oil and minimizes oil and hydraulic losses.
  • the oil return takes place via the float needle valve 71, which is arranged in the oil ring 57 and in the oil return bores 72 in the first casing part housing 39.
  • the oil ring 57 is preferably mounted on rollers 62 so that it can rotate more easily about its own axis through 360 °.
  • sight glasses 82 are attached to the oil ring 57 and to the oil ring cover, which have markings in order to be able to measure the oil level.
  • the oil level itself is regulated by the oil filler screw 83 arranged in the oil ring 57 and the oil drain screw 84.
  • FIG. 11 shows a multiple arrangement of reciprocating piston machines 1a, 1b, 1c. These are linked together. Furthermore, this multiple arrangement has a charging device 85. This may include charge air cooling 86, for example, which is expediently provided in the case of exhaust gas turbocharging.
  • the reciprocating piston machines are supplied with lubricant via a lubrication device 87.
  • the lubricating device is preferably coupled to the reciprocating piston machines 1a, 1b, 1c in such a way that the latter is driven by the latter. Then position-independent pressure circulation lubrication is preferably used as the lubrication device 87. It is also possible to provide an external lubrication device 87. This is fed, for example, via an external energy source 88, for example a battery.
  • electronics 89 are provided in connection with the reciprocating piston machine 1a, 1b, 1c.
  • the electronics 89 control or regulate them.
  • one or more of these reciprocating piston machines 1a, 1b, 1c can be switched on or off.
  • Electronics 89 also controls ignition.
  • the ignition can also be switched on or off.
  • the electronics 89 regulate or control the amount of fuel which is fed to the reciprocating piston machines 1a, 1b, 1c via a fuel reservoir 90 via a corresponding mixture preparation 91 or the like.
  • An exhaust gas aftertreatment device 92 can also be connected to the reciprocating piston machines 1a, 1b, 1c. This is, for example, a catalytic converter, an exhaust gas recirculation, etc.
  • a consumer 93 can be connected to the reciprocating piston machines 1a, 1b, 1c and converts the energy originating from the machines.
  • An intermediate member 94 is preferably also arranged between the consumer 93 and the reciprocating piston machines 1a, 1b, 1c.
  • the intermediate member 94 is, for example, a clutch, a transmission or something else.
  • the reciprocating piston machine 1a, 1b, 1c can also be used in a network with one or more other energy supply devices 95.
  • This can be a fuel cell, a battery or the like.
  • the energy supply device 95 also supplies the consumer 93 with energy. Via the electronics 89, the energy supply device 95 can be switched on and off as well as one or more of the reciprocating piston machines 1a, 1b, 1c.
  • the reciprocating piston machines 1a, 1b, 1c can serve as a basic supplier, for example.
  • the energy supply device 95 is only switched on when required. The reverse is also possible. Both can also complement each other.
  • the reciprocating piston machine as described above, is preferably operated either alone or together with other units.
  • the reciprocating piston machine can be used as an energy generator in a stationary application. For example, this is possible with combined heat and power plants. Other areas of application in the stationary area are small energy suppliers or portable units such as emergency power units.
  • the reciprocating piston machine offers the possibility of being used for commercial vehicles, passenger vehicles or even small devices such as lawn mowers, saws and others.
  • the reciprocating piston machine can also be used with other means of transport, such as motorcycles or mopeds.
  • the reciprocating machine provides a very high torque at very low speeds. Therefore, good driving performance is possible.
  • the reciprocating piston machine can be used for vehicles that are operated with hydrogen.
  • the design of the reciprocating piston engine results in a reduction in the noise emissions that arise. This enables the reciprocating piston machine to be used even in noise-sensitive areas.
  • the reciprocating piston machine is designed in such a way that both sealing with appropriate lubrication is ensured in spite of an inevitable thermal expansion and possibly corresponding deformation even when components are under load, as well as functionality even with increasing wear.
  • the principle of operation allows many possibilities to operate the reciprocating machine. For example, it is advantageous to carry out a combustion of the fuel with the same cylinder volume in the work cycle.
  • the reciprocating piston machine is also designed so that no mass forces counteract the gas forces in the work cycle.
  • the advantageous four-stroke mode with separate gas exchange requires less loss of work compared to conventional piston engines.
  • the design of the piston with sealing and guiding part as a lever system enables high power transmission or high torque.
  • the combustion chamber can be kept compact, which in turn only requires a small combustion chamber surface. This allows the reciprocating piston machine to be liquid- but also air-cooled.
  • a combustion chamber can be sealed by means of a sliding ring, which can in particular be rotating. The rotation gives the fuel-air mixture a swirl that is advantageous for combustion.
  • the sealing between the jacket housing and the rotor housing takes place in a secure manner by means of the fixed sealing elements. For example, a planetary gear, an increase in the speed of the reciprocating piston machine is also possible for the consumer.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine mit umlaufendem Zylinder zur Drehmomenterzeugung. Die Hubkolbenmaschine arbeitet vorzugsweise als Verbrennungskraftmaschine; sie kann jedoch durch geringfügig unterschiedlich konstruktive Gestaltungen sowie Anordnungen der Steuerkanäle auch in Bereichen der Hydraulik eingesetzt werden. Weiterhin ist der Einsatz gemäß der erfindungsgemäßen Lösung als Hydraulikpumpe, Überdruckpumpe sowie als Vakuumpumpe möglich.
  • Bekanntester Vertreter einer. Rotationskolbenmaschine auf dem Gebiet der Verbrennungskraftmotoren ist der Wankelmotor. Dieser weist einen in einer Trochoidenform sich bewegenden, einen Arbeitsraum bildenden Kolben auf. Dieser bewegt sich mittels einer Innenverzahnung und exzentrischen Lagerung der Motorwelle im Innenraum einer Epitrochoide. Die Ecken und die Seitenflächen des Kolbens weisen Dichtelemente auf. Ein Gaswechsel erfolgt durch Öffnen und Verschließen von Schlitzen in einem den Kolben umgebenden Gehäuse. Der Wankelmotor zeichnet sich durch seinen vollkommenen Massenausgleich, seine kompakte Bauweise aufgrund des Verzichtes auf einen Ventiltrieb aus. Nachteilig ist dagegen das geringe Drehmoment sowie die ungünstige Brennraumform mit langen Brennwegen, die dabei entstehende hohe Kohlenwasserstoffemission, der gegenüber anderen Hubkolbenmotoren höhere Kraftstoff- und Ölverbrauch sowie höhere Herstellungskosten. Auch besteht aufgrund des Arbeitsprinzips nicht direkt die Möglichkeit einen Dieselmotor mit dem Wankelprinzip verwirklichen zu können.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hubkolbenmaschine zu schaffen, deren Gesamtwirkungsgrad gegenüber dem von Hubkolbenmaschinen gemäß dem Stand der Technik erhöht ist, deren Masse-Leistungsverhältnis verbessert ist, deren Steuerung konstruktiv vereinfacht ist, deren Fertigungs- und Montageaufwand gesenkt ist, deren Laufruhe optimiert ist sowie deren Schadstoffemissionen verringert sind.
  • Diese Aufgabe wird mit einer Hubkolbenmaschine mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Eine Hubkolbenmaschine mit umlaufenden Zylindern hat zumindest einen Kolben pro Zylindereinheit, der in einem Rotorgehäuse angeordnet ist, wobei in einem inneren Bereich des Rotorgehäuses ein Raum ist, der eine Kontur aufweist, um die der Kolben im drehbaren Rotorgehäuse um 360° beweglich angeordnet ist, wobei der Kolben mit der Kontur so gekoppelt ist, dass die Kontur eine Hubbewegung des Kolbens bei der Bewegung der Zylindereinheit um die Kontur bewirkt. Durch diesen Aufbau der Hubkolbenmaschine wird ein völlig neues Prinzip geschaffen: Während bisher bei den üblichen Hubkolbenmotoren das Zylindergehäuse feststehend war und der Hubkolben über eine sich drehende Kurbelwelle ein Drehmoment abgab, ist im vorliegenden Falle der Kolben mit dem Rotorgehäuse um 360° drehbar um eine Kontur angeordnet Auch hierbei ermöglicht eine Verbrennung eines brennbaren Mediums in einem Verbrennungsraum, dass am Kolben ein Druckaufbau vollzogen wird. Der Druck am Kolben liegt dabei auch am Rotorgehäuse an. Da dieses drehbar um die Kontur angeordnet ist und der Kolben wiederum mit der Kontur gekoppelt ist, entsteht ein Drehmoment um die Kontur, was zu einer Rotationsbewegung des Rotorgehäuses um die Kontur führt. Gleichzeitig wird durch die Kopplung von Kontur und Kolben die Hubbewegung des Kolbens gesteuert. Diese Steuerung verwirklicht die Arbeitstakte der Hubkolbenmaschine wie Ansaugen, Verdichten, Verbrennen und Ausstoßen. Bevorzugt wird dabei das 4-Takt-Prinzip angewendet. Es besteht jedoch auch bei geeigneter Auslegung die Möglichkeit, das 2-Takt-Verfahren anzuwenden. Das erzeugte Drehmoment ist insbesondere davon abhängig, wie viele Kolben im Rotorgehäuse angeordnet sind. Das kann zum einen von der Baugröße des Rotors abhängig gemacht werden, und zum anderen können auch auftretende Schwingungen berücksichtigt werden. Insbesondere können mehrere Rotorgehäuse (in der Art eines Sternmotors) aneinander gekoppelt werden, so dass eine Reihe von hintereinander liegenden Kolben entsteht, die um eine Kontur mit dem Rotorgehäuse beweglich sind. Vorzugsweise weist ein Rotorgehäuse drei, vier oder mehr Kolben auf.
  • Erfindungsgemäß ist also die Wirkungslinie des Kolbens einer Zylindereinheit (Hubrichtung des Kolbens) in einer Ebene senkrecht zur Drehachse des Rotors angeordnet und liegt in dieser Ebene so, dass die Wirkungslinie exzentrisch zur Drehachse des Rotors und geradlinig verläuft.
  • Vorzugsweise ist die Kontur so gestaltet, dass während eines Arbeitstaktes ein vom Kolben begrenzter Verbrennungsraum zumindest im Wesentlichen isochor ist, d.h. ein konstantes Volumen hat. Der Verbrennungsraum ändert sich über einen gewissen Zeitraum des Arbeitstaktes nicht. Dadurch gelingt eine besonders hohe Drehmomenterzeugung um die Kontur, da der Verbrennungsraum selbst im Wesentlichen konstant bleibt. Dadurch erfolgt im Gegensatz zu einem sonstigen Hubkolbenmotor zum einen eine vollständige Verbrennung des Verbrennungsgases im Verbrennungsraum, und zum anderen kann die während der Verbrennung auftretende Temperatur und damit Druckerhöhung im Verbrennungsraum lange ausgenutzt werden. Ein derartiger Zeitraum eines isochoren Verbrennungsraumes wird über die Umdrehungsgeschwindigkeit eingestellt. Ebenfalls entscheidend ist die Länge des Arbeitstaktes. Dieser beträgt vorzugsweise mindestens 90°, insbesondere jedoch über 100° Drehung um die Kontur. Bei einer entsprechenden Anpassung des Ausstoßens des verbrannten Gases gelingt es, dass ein im Wesentlichen isochorer Verbrennungsraum über etwa 120° und mehr realisierbar ist.
  • Vorzugsweise weist ein Rotor vier Zylindereinheiten auf, welche um 90° zueinander versetzt angeordnet sind. Es besteht die Möglichkeit, dass während des Arbeitstaktes der Kolben aufgrund der Form der Kontur, welche vorzugsweise geschlossen ist, eine Hubbewegung ausführt. Dies ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn dadurch eine verbesserte Durchströmung im Verbrennungsraum und damit Verbrennung gewährleistet sein soll. Die Hubbewegung, die durch die Kontur gesteuert wird, ist vorzugsweise so, dass ein Ansaughub deutlich länger ist als ein Ausstoßhub. Vorzugsweise weist die Kontur für diese Hubkolbenmaschine eine solche Bahnform auf, welche einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten Abschnitt hat, die jeweils alle konvex, alle konkav oder alle linear sind. Die jeweiligen Hubtakte des Kolbens sind auf diese Weise gleichmäßig. Insbesondere sind die Abschnitte so miteinander verbunden, dass eine im Wesentlichen gleichförmige (negative oder positive) Beschleunigung des Kolbens erzeugt wird, so dass eine Materialbelastung gering gehalten wird. Insbesondere im Bereich der Umkehrpunkte wird die Kontur so ausgelegt, dass auftretende Flächenpressungen aufgrund der Kopplung von Kolben und Kontur möglichst gering bleiben. Eine Ausgestaltung der Kontur sieht vor, dass diese in einer Kurvenscheibe verwirklicht ist. Die Kurvenscheibe hat eine Nut. Die Nut ist so gestaltet, dass sie die Kontur vorgibt, entlang welcher der Kolben entsprechend der Kopplung verfahren wird. Vorzugsweise ist die Kontur/Kurvenführung so ausgebildet, dass bei einem vollständigen Umlauf der Zylindereinheiten diese zumindest einen Arbeitstakt ausführen.
  • Vorzugsweise weist die Hubkolbenmaschine eine Hubscheibe sowie eine erste und eine zweite Kurvenscheibe auf. Die beiden Kurvenscheiben sind der Hubscheibe gegenüberliegend angeordnet und haben jeweils eine deckungsgleiche Kontur. Zwischen den beiden Kurvenscheiben und der Hubscheibe wird ein Pleuel des Kolbens über eine entsprechende Führung in den Nuten geführt. Über das Pleuel wird die durch die Kontur vorgegebene gesteuerte Bewegung an den Kolben übertragen, der entlang des Zylinderraumes und dessen Führung seine Hubbewegung vollzieht.
  • Vorzugsweise wird der Kolben über eine nadelgelagerte Verbindungswelle im feststehenden Kurvengetriebe geführt. Dabei ist die Verbindungswelle vorzugsweise einstückig, beispielsweise gegossen oder geschmiedet. In einer weiteren Gestaltung ist diese jedoch aus einzelnen Bauteilen zu einem Ganzen zusammengefügt. Das Kurvengetriebe ist durch die beiden Kurvenscheiben und die Hubscheibe gebildet. Eine spielfreie Führung der Kolben ist durch das Versetzen der beiden Flanken der Nutkurve gegeben. Jede Flanke weist eine eigene Rolle auf, die sich an der Verbindungswelle befindet. Dadurch laufen die Rollen mit gegenläufigem Drehsinn und werden dauernd auf Anlage gehalten.
  • Eine Weiterbildung der Hubkolbenmaschine sieht vor, dass am Kolben ein von einem Dichtteil des Kolbens getrenntes Führungsteil angeordnet ist. Das Dichtteil und das Führungsteil sind mit dem Kolben zusammengekoppelt mitbeweglich. Die mitbewegliche Kopplung dient dazu, die auf den Kolben wirkende Kraft auf das Rotorgehäuse zu übertragen. Das Führungsteil ist entlang einer getrennten Führung im Rotorgehäuse beweglich angeordnet. Das Führungsteil befindet sich vorzugsweise zumindest teilweise im Rotorgehäuse. Das Dichtteil, beispielsweise gebildet über den Kolben mit seinen Kolbenringen und dem sich daran anschließenden Pleuel, bildet damit einen ersten Arm, während das Führungsteil einen davon getrennten zweiten Arm bildet. Vorzugsweise sind diese beiden Arme an einem Pleuellager wieder miteinander verbunden. Dadurch bilden das Dicht- und das Führungsteil ein Hebelsystem. Bevorzugt ist, wenn der Hebelarm des Führungsteils kürzer ist als der Hebelarm des Dichtteils. Auf diese Weise gelingt es, über das Pleuellager, an dem vorzugsweise beide Arme befestigt sind, eine besonders hohe Drehmomenterzeugung am Rotorgehäuse zu erzielen. Insbesondere ist der Kolben mit Dicht- und Führungsteil auf die Kontur hin so abgestimmt, dass das Führungsteil und das Dichtteil jeweils entlang einer Geraden im Rotorgehäuse eine jeweilige Hubbewegung ausführen können. Dadurch sorgt insbesondere das Führungsteil für die Kraftübertragung der am Kolben wirkenden Druckkraft auf das Rotorgehäuse. Eine Hubbewegung des Führungsteils wird dabei vorzugsweise mittels eines Lagers, insbesondere eines Wälzlagers ausgeführt. Dieses ist insbesondere so gestaltet, dass es in der Lage ist, eine Druckkraft vom Führungsteil auf das Rotorgehäuse dauerhaft übertragen zu können. Das Dicht- und das Führungsteil bilden so ein Hebelsystem zum Übertragen einer auf den Kolben wirkenden Druckkraft über das Führungsteil auf das Rotorgehäuse. Der Kolben mit dem Dichtteil und dem Führungsteil können aus einem Stück sein, beispielsweise gegossen oder geschmiedet. In einer weiteren Ausgestaltung sind diese jedoch aus einzelnen Bauteilen zu einem Ganzen zusammengefügt Die Achse des Führungsteils schneidet die Drehachse des Rotors senkrecht.
  • Der den Verbrennungsraum mit begrenzende Kolben ist vorzugsweise so gestaltet, dass eine Gemischrotation im Verbrennungsraum beim Ansaugvorgang unterstützt wird. Dieses erfolgt beispielsweise durch einen etwa zentralsymmetrisch angeordneten, kegelförmig ausgebildeten Kolbenboden, welcher eine Verwirbelung durch Aufbau einer kreisringförmigen Quetschzone verstärkt. Vorzugsweise wird ein Einlassdrall zur Erzeugung einer Verwirbelung im Brennraum mittels einer Schrägeinströmung in den Verbrennungsraum erzielt Dazu ist beispielsweise ein Einlasskanal schräg zur Längsachse des Kolbens (Hubachse) angeordnet.
  • Weiterhin weist die Hubkolbenmaschine ein Rotorgehäuse auf, das einen rotationssymmetrischen Außenmantel besitzt. Zum einen hat dieses den Vorteil, dass eine Unwucht am Rotorgehäuse dadurch vermieden wird. Deswegen ist es auch bevorzugt, dass einander entsprechende Bauteile der Hubkolbenmaschine einander gegenüberliegen und somit paarweise angeordnet sind, um bei hohen Drehzahlen, beispielsweise von 5000 bis 8000 min-1, insbesondere von 12000 min-1 (Umdrehungen pro Minute) entsprechende Unwuchtmomente zu vermeiden. Bevorzugt angestrebt ist eine Anordnung der Bauteile derart, dass Kräfte, die aufgrund der Rotation des Rotorgehäuses erzeugt werden, sich gegenseitig kompensieren. Zum anderen erlaubt ein rotationssymmetrischer Außenmantel, dass eine Gaszuführung und Gasabführung in die Verbrennungsräume im Rotorgehäuse besonders gasdicht ausgestaltet werden kann. Eine Ausführung der Hubkolbenmaschine weist am Außenmantel des Rotorgehäuses ein mitdrehendes Gaswechsel-Dichtsystem auf, dessen Oberfläche radial vorzugsweise zumindest teilweise mit dem Außenmantel des Rotorgehäuses abschließt, d.h. abdichtend anliegt. Ist das Rotorgehäuse in einem Mantelgehäuse angeordnet, ist das mitdrehende Gaswechsel-Dichtsystem in der Lage, eine Abdichtung zwischen dem Mantelgehäuse und dem Rotorgehäuse herzustellen.
  • Vorzugsweise ist das Rotorgehäuse in einem Mantelgehäuse angeordnet, welches eine zumindest konkave Oberfläche hat, die einem Außenmantel des Rotorgehäuses gegenüberliegend angeordnet ist. Das Gaswechsel-Dichtsystem ist so gestaltet, dass zum einen der oder die Verbrennungsräume im Rotorgehäuse während der jeweiligen Takte/Phasen Ansaugen, Verdichten, Verbrennen und Ausstoßen entsprechend abgedichtet sind. Zum anderen gewährleistet das Dichtsystem über eine entsprechende Zu- bzw. Abführung des einströmenden wie auch des ausströmenden Gases eine möglichst vollständige Füllung bzw. Leerung des Verbrennungsraumes. Dazu sind beispielsweise im Mantelgehäuse entsprechende Steuerkanäle oder entsprechende Öffnungen angeordnet, entlang derer die Befüllung bzw. Entleerung des Verbrennungsraumes erfolgt. Die Steuerkanäle können entlang der dem Außenmantel des Rotorgehäuses gegenüberliegenden Oberfläche oder auch seitlich davon entlang der Seitenfläche des Rotorgehäuses angeordnet sein. Dieses gilt auch für das Gaswechsel-Dichtsystem. Aufgrund des umlaufenden Gaswechsel-Dichtsystems können die Steuerkanäle, vorzugsweise in Form von Schlitzen, relativ lang sein, beispielsweise sich über 10° bis 30° Drehwinkel über Auslasskanal oder beispielsweise bis zu 120° Drehwinkel über Einlasskanal oder mehr erstrecken; vorzugsweise ist der Einlasskanal wesentlich länger als der Auslasskanal. Die Tiefe sowie die Breite der Steuerkanäle und der Abstand zwischen den Steuerkanälen ist abhängig von der Größe der Hubkolbenmaschine. Die Steuerkanäle sind den Einströmungshedingungen wie auch den entsprechenden Drücken beim Ein- bzw. Ausströmen entsprechend anpassbar.
  • Vorzugsweise weist das Gaswechsel-Dichtsystem ein unter Druck stehendes, radial bewegliches und vorzugsweise drehbares Gleitelement auf, das am Außenmantel des Rotorgehäuses außermittig angebracht ist. Dieses Gleitelement ist beispielsweise in einer Nut gehalten, welche am Außenmantel des Rotorgehäuses außermittig angeordnet ist. Das Gleitelement, welches vorzugsweise wälzgelagert ist, dichtet den Rotorraum gegen den gegenüberliegenden Mantelraum ab. Dazu weist der wälzgelagerte Gleitring vorzugsweise ebenfalls eine Oberfläche entsprechend derjenigen des gegenüberliegenden Mantelgehäuses auf. Diese ist vorzugsweise kugelförmig. Weiterhin weist der Gleitring zumindest eine Dichtlippe, vorzugsweise zwei Dichtlippen auf. Die Dichtlippe berührt das Mantelgehäuse und entfaltet dadurch eine abdichtende Wirkung. Auf diese Weise ist auch bei einem Überlauf eines Zündkanals mit einer darin angeordneten Zündkerze die Dichtheit des Systems gewährleistet. Bei Anordnung von beispielsweise zwei Dichtlippen an einem kreisförmigen Gleitring umschließt die erste Dichtlippe die zweite Dichtlippe. Beide Dichtlippen sind kreisförmig ineinander angeordnet. Der Gleitring wiederum führt vorzugsweise neben der radialen Bewegung auch eine axiale Bewegung aus. Die axiale Bewegung ist eine axiale Drehbewegung. Dazu ist der Gleitring außermittig angebracht und in Bezug auf die Oberfläche des Mantelgehäuses so angeordnet, dass dieses eine Drehbewegung am Gleitring erzeugt. Die Drehbewegung hat zum Beispiel den Vorteil, dass aufgrund dessen eventuell vorhandene Fremdkörper aufgrund der Radialkraft nach außen transportiert und somit aus dem Laufweg entfernt werden.
  • Um das Drehmoment am Rotorgehäuse abnehmen zu können, wird vorzugsweise ein Abtrieb am Rotorgehäuse angeflanscht Dies erfolgt beispielsweise mittels eines Übersetzungsgetriebes, vorzugsweise mittels eines Planetengetriebes. Dadurch ist es möglich, die Drehzahl zu erhöhen, aber auch abzusenken. Eine besondere Laufruhe ist zu erzielen, wenn neben der Hubkolbenmaschine zumindest eine weitere Hubkolbenmaschine in Mehrfachanordnung hintereinander auf einer Welle zusätzlich angeordnet ist. Beispielsweise ist es dadurch möglich, dass eine erste Hubkolbenmaschine gegenüber einer zweiten Hubkolbenmaschine bezüglich der Phase des Arbeitstaktabschnittes um 180° versetzt ist. Bei zeitlich gleicher Zündung der ersten und der zweiten Hubkolbenmaschine verbessert sich dadurch die Laufruhe. Eine Weiterbildung sieht vor, dass mehrere in Mehrfachanordnung auf einer Welle oder getrennt voneinander vorliegenden Hubkolbenmaschinen einzeln jeweils zu- und abgeschaltet werden können. Auch besteht die Möglichkeit, dass eine Zündung einer Hubkolbenmaschine für einen Zylinder ausgesetzt wird. Dieses ist beispielsweise bei der Anwendung der Hubkolbenmaschine im Schubbetrieb zur Einsparung von Kraftstoff möglich, wie es bei Kraftfahrzeugmotoren bekannt ist. Eine andere Ausgestaltung hat wiederum veränderbare Ein- und Ausgangsöffnungen für das Zu- und Abströmen des zu verbrennenden Mediums und der eventuell zuzuführenden Luft. Diese Veränderung ist beispielsweise mittels eines Drosselquerschnittes möglich. Der Drosselquerschnitt wird entsprechend der geforderten Leistung vorzugsweise über eine Motorsteuerung gesteuert oder geregelt
  • Zur Sicherstellung eines möglichst reibungsfreien Laufes von Kolben und weiteren beweglichen Bauteilen weist die Hubkolbenmaschine ein von der Einbaulage der Hubkolbenmaschine unabhängiges, d.h. lageunabhängiges Schmiersystem auf. Das Schmiersystem ist als lageunabhängige Druckumlaufschmierung gestaltet. Dabei wird das Öl von der Zahnringpumpe aus dem Ölring angesaugt. Ein Überdruckventil innerhalb des Pumpengehäuses begrenzt den Öldruck und leitet das überschüssige Öl in den Saugkanal der Pumpe zurück. Vom Druckkanal wird das Öl über den Ölfilter zu Ölspritzdüsen gefördert. Von dort aus gelangt das Schmieröl in das Rotorgehäuse. Das Rotorgehäuse weist mehrere mitdrehende Schmierkanäle auf. Diese verteilen das Schmieröl auf die betreffenden Schmierstellen. Aufgrund der Zentrifugalkräfte wird das Schmiermedium, in der Regel Öl, nach außen gedrückt, so dass vorzugsweise eine Schmierung der beweglichen Bauteile vom Inneren des Rotorgehäuses nach außen erfolgt. Auf diese Weise lässt sich die Umdrehungsgeschwindigkeit der Hubkolbenmaschine auf weitere Weise ausnutzen.
  • Der Ölrücklauf erfolgt über das Rotorgehäuse, das mehrere mitdrehende Schleuderkanäle aufweist. Die Zentrifugalkraft drückt das Schmieröl durch die Schleuderkanäle nach außen. Das Öl schleudert gegen die gegenüberliegende Ölringöffnung, tropft ab und gelangt in den geschlossen Teil des Ölrings. Dort wird es dem Schmierkreislauf wieder zugeführt. Dieser Vorgang wird ständig wiederholt, um eine zuverlässige lageunabhängige Schmierung zu gewährleisten. Vorzugsweise ist der Ölring um 360° drehbar, rollengelagert und am vorderen Mantelgehäuse angeordnet Die Abdichtung des Ölrings zum Saugkanal übernehmen zwei Dichtringe, die fest mit dem Mantelgehäuse verbunden sind. Die Abdichtung der zum Saugkanal gegenüberliegenden Seite übernimmt ein mit einer Druckfeder versehener axial beweglicher Dichtring, der den Ölring ständig auf Anlage hält. Das Mantelgehäuse weist Öffnungen am Umfang auf, durch welche das Schleuderöl in die Ölringöffnung gelangt. Der Öhing ist zweigeteilt, wobei ein erstes Ölringgehäuse mit einem zweiten Ölringendgehäuse verbunden ist. Der Ölring kann aber auch aus einem Teil bestehen, beispielsweise als Gussteil. Im Ölring ist ein Schwimmernadelventil angeordnet, wobei durch das Schwimmernadelventil und die im Mantelgehäuse befindlichen Ölrücklaufbohrungen das überschüssige Öl dem Schmierkreislauf wieder zugeführt wird. Der Volumeninhalt des geschlossenen Teils des Ölrings sollte kleiner als, maximal aber gleich groß wie der Volumeninhalt der halben Ülringöffnung sein. Dadurch wird unnötiger Ölüberschuss vermieden und werden Verluste aller Art minimiert. Für die Ölstandskontrolle sind am Ölring sowie an der Ölringabdeckung Schaugläser angebracht, die Markierungen aufweisen. Der Ölstand selbst wird durch eine im Ölring angeordnete Öleinfüll- und Ölablassschraube geregelt.
  • Der Hubkolbenmotor gemäß der Erfindung ermöglicht die Umsetzung von in einem brennbaren Medium enthaltener Energie in mechanische Energie. Das Medium setzt durch Verbrennung Energie im Verbrennungsraum frei, in welchem ein beweglicher Kolben angeordnet ist, über den die durch die Verbrennung entstehende Druckenergie in mechanische Energie umgewandelt wird. Die Druckenergie erzeugt ein Drehmoment um eine feststehende Achse; welches zur Rotation einer Brennkammer mit dem Verbrennungsraum und dem Kolben um die feststehende Achse führt, wobei über diese Rotation mechanische Energie abgeführt wird. Dieses Wirkprinzip hat den Vorteil, dass es eine Kreisbewegung bzw. - beschleunigung mit einem langen Hebelarm ausnutzen kann, wodurch hohe Drehmomente um die feststehende Achse entstehen.
  • Die folgende Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Hubkolbenmaschine gemäß der Erfindung. Darin ist detailliert erläutert, wie die Umsetzung von in einem brennbaren Medium enthaltener Energie in mechanische Energie mittels der erfindungsgemäßen Hubkolbenmaschine erfolgt. Es zeigen:
    • Fig. 1:
    eine Hubkolbenmaschine im Querschnitt in einer Vorderansicht (Schnitt A-B gemäß Fig. 2);
    Fig. Z:
    die Hubkolbenmaschine aus Fig. 1 in einer Seitenansicht;
    Fig. 3:
    einen an einer Kontur geführten Kolben mit Dichtteil und Führungsteil;
    Fig. 4:
    eine Seitenansicht auf die Kontur und eine Führung des Kolbens entlang der Kontur;
    Fig. 5:
    ein Gaswechsel-Dichtsystem der Hubkolbenmaschine aus Fig. 2;
    Fig. 6:
    eine Rotorabdichtung des Gaswechsel-Dichtsystems aus Fig. 5;
    Fig. 7:
    einen Dichtkörper des Gaswechsel-Dichtsystems aus Fig. 5;
    Fig. 8:
    eine Dichtleiste des Gaswechsel-Dichtsystems aus Fig. 5;
    Fig. 9:
    eine Streifenfeder des Gaswechsel-Dichtsystems aus Fig. 5;
    Fig. 10:
    einen Ölring des Schmiersystems aus Fig. 2;
    Fig. 11:
    eine schematische Ansicht einer Mehrfachanordnung von Hubkolbenmaschinen;
  • Fig. 1 zeigt eine Hubkolbenmaschine 1. Diese hat einen ersten Kolben 2, einen zweiten Kolben 3, einen dritten Kolben 4 und einen vierten Kolben 5. Die Kolben 2, 3, 4, 5 sind jeweils um 90° versetzt in einem Rotorgehäuse 6 der Hubkolbenmaschine 1 angeordnet In einem inneren Bereich des Rotorgehäuses 6 ist ein Raum 7. Im Raum 7 ist eine Kurvenführung bzw. Kontur 8 angeordnet. Die Kolben 2, 3, 4, 5 führen jeweils eine Hubbewegung aus, angedeutet durch einen Doppelpfeil. Der Kolben 2, 3, 4, 5 läuft entlang einer geraden ersten Führung 9. Die erste Führung 9 ist als Zylindereinheit in das Rotorgehäuse 6 eingesetzt. Der Kolben 2, 3, 4, 5 hat einen Kolbenboden mit einem kegelförmigen Aufsatz 10, der zentralsymmetrisch (zentrisch) angeordnet ist. Der Aufsatz 10 gestaltet die Brennraumgeometrie mit. Die dargestellte Kegelform des Aufsatzes 10 nützt den Einlassdrall des einströmenden Brennstoff-Luft-Gemisches im Ansaugvorgang aus, um im Brennraum eine bessere Verwirbelung und damit Vermischung zu erzielen. Dadurch verbessert sich die nachfolgende Verbrennung. Der kegelförmige Aufsatz 10 kann zur Gestaltung des Brennraumes auch durch einen anderen Aufsatz ersetzt werden, wobei dessen Geometrie beispielsweise von der Art der Zuführung des zu verbrennenden Mediums, d.h. des Brennstoffes, abhängig ist. Beispielsweise können verschiedene Einspritzverfahren verwendet werden, wie sie für einen Otto- bzw. Dieselmotor typisch sind. Dazu gehören Strahleinspritzverfahren ohne Luftdrall mit einer 6- bis 8-Lochdüse, wie es bei langsam laufenden Großdieselmotoren bekannt ist. Auch kann eine 3- bis 5-Lochdüse verwendet werden, wobei bei Direkteinspritzung die zu dem jeweiligen Kolben 2, 3, 4, 5 strömende Verbrennungsluft in Form einer Drallströmung durch entsprechende Gestaltung des Einlassorgans eine Gemischbildung bewirkt. Auch besteht die Möglichkeit, Kraftstoffaufspritzung auf die Brennraumwand über eine exzentrisch angeordnete Einlochdüse in einen muldenförmigen Brennraum zu spritzen. Neben Direkt-Einspritzverfahren sind auch Nebenkammer-Verbrennungsverfahren wie beispielsweise Wirbelkammerverfahren oder Vorkammerverfahren einsetzbar. Bei entsprechender Gestaltung der Hubkolbenmaschine 1 gelingt auch eine Ladungsschichtung, bei der durch innere Gemischbildung ein entzündbares Gemisch an der Zündkerze erzeugt wird, während im übrigen Bereich des Brennraumes ein abgemagertes Gemisch vorliegt.
  • Die Hubkolbenmaschine 1 ist auch als Vielstoffmotor einsetzbar. Aufgrund einer hohen Verdichtung der Hubkolbenmaschine 1, die beispielsweise bei ε = 14 bis ε = 25 und höher liegen kann, ist es möglich, Kraftstoff unterschiedlichster Qualität ohne Motorschäden verarbeiten zu können. Dabei wird beispielsweise eine innere Gemischbildung eingesetzt, wobei zur Unterstützung der Zündung ein zusätzlich direkt in den Brennraum eingespritzter Brennstoffstrahl von 5-10% der Brennstoffvollastmenge eine Entflammung sicherstellt. Bei Letzterem kann auch eine äußere Gemischbildung verwendet werden. Somit ist die Hubkolbenmaschine 1 für verschiedenste Brennstoffe einsetzbar. Dazu gehören neben üblichen Benzinoder Dieselkraftstoff auch Alkohol oder Gas, insbesondere auch Wasserstoff. Die für die jeweiligen Verbrennungsverfahren notwendigen Bauteile sind in einem nicht näher dargestellten Mantelgehäuse angeordnet, in welchem das Rotorgehäuse 6 liegt.
  • Neben unterschiedlichen Verbrennungsverfahren kann die Arbeitsweise der Hubkolbenmaschine 1 auch durch verschiedenartige Aufladeverfahren unterstützt werden. Dazu eignen sich Schwingsaugrohr-Aufladung, Resonanz-Aufladung oder Schaltsnsaugsysteme, deren Ansaugrohrlänge je nach Drehzahl durch Öffnen oder Schließen von Klappen veränderbar ist. Neben dem Einsatz dieser Aufladungssysteme, welche die Dynamik der angesaugten Luft (Schwingung der Luftsäule) ausnutzen, sind auch mechanische Aufladungssysteme wie beispielsweise Verdrängerlader in Kolben- bzw. Vielzellen- oder Rootsbauart einsetzbar. Ebenfalls einsetzbar ist Abgasturboaufladung, wobei die einzusetzende Abgasturbine je nach Drehzahl der Hubkolbenmaschine 1 zu- bzw. abschaltbar ist. Neben der Abgasturboaufladung ist auch Druckwellenaufladung mit einem Druckwellenlader möglich. Unterstützt wird eine entsprechende Aufladung weiterhin durch Verwendung von Ladeluftkühlung für die Hubkolbenmaschine 1. Auf diese Weise gelingt es, eine noch höhere Verdichtung zu erzielen. Ein entsprechendes Aufladeaggregat wird dazu beispielsweise direkt oder indirekt mit dem Rotorgehäuse 6 verbunden, um dessen Rotationsenergie mit ausnutzen zu können.
  • Der in Fig. 1 dargestellte Kolben 2, 3, 4, 5 hat weiterhin einen ersten Kolbenring 11 und einen zweiten Kolbenring 12. Beide Kolbenringe 11, 12 dichten einen Verbrennungsraum 13 gegen den Raum 7 ab. Gemäß der dargestellten Ausführung übernimmt der zweite Kolbenring 12 auch die Funktion eines Ölabstreifringes. Das zur Schmierung des Kolbens 2, 3, 4, 5 dienende Öl wird dabei vom inneren Bereich des Raumes 7 nach außen zur ersten Führung 9 gebracht. Weiterhin kann der Kolben dehnungsregelnde Streifeneinlagen haben, so dass unterschiedliche Materialien und damit unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten berücksichtigt werden. Beispielsweise ist das Rotorgehäuse 6 bzw. die erste Führung 9 aus Aluminium gefertigt.
  • Weiterhin ist aus Fig. 1 ersichtlich, dass der Kolben 2, 3, 4, 5 ein Dichtteil 14 zusammen mit einem Pleuel 15 bildet. Das Pleuel 15 ist direkt mit dem Kolben 2, 3, 4, 5 verbunden, beide sind starr aneinandergekoppelt. Die Gestaltung der Kontur 8 erlaubt es, dass der Kolben 2, 3, 4, 5 linear geführt ist. Dadurch kann beispielsweise auf einen Kolbenbolzen und dessen Lagerung im Pleuel verzichtet werden. Die Kontur 8 weist dazu einen gekrümmten Abschnitt auf, um im Verbund mit der Kopplung eine lineare Führung des Kolbens in der Hubkolbenmaschine 1 zu gewährleisten. Weiterhin ist am Pleuel 15 eine Öffnung 16 für ein Pleuellager 17 angeordnet, wobei das Pleuellager 17 eine Verbindungswelle 18 aufnimmt. Die Verbindungswelle 18 verbindet die Kontur 8 mit dem Pleuel 15. Dabei ist die Verbindungswelle 18 exzentrisch zur Mitte des Kolbens 2, 3, 4, 5 angeordnet. Dadurch bildet das Pleuel 15 einen Hebelarm. Das Pleuel 15 weist im Querschnitt vorzugsweise eine Stegform auf. Dies erlaubt eine gute Aufnahme und Übertragung von Druckkräften.
  • Weiterhin ist in Fig. 1 dargestellt, dass am Pleuel 15 ein Führungsteil 19 starr verbunden ist. Das Führungsteil 19 ist in einer zweiten Führung 20 angeordnet. Die zweite Führung 20 ist beispielsweise eine im Rotorgehäuse 6 angeordnete Laufbuchse. Um das Führungsteil 19 ist ein Lager 21 angeordnet. Das Lager 21 erlaubt eine weitestgehend reibungsfreie Bewegung des Führungsteils 19 in der zweiten Führung 20. Das Lager 21 ist vorzugsweise ein Wälzlager. Da das Führungsteil 19 mit dem Dichtteil 14 ein Hebelsystem bildet, ist das Lager 21 insbesondere auch in der Lage, entsprechend dem Hebelsystem auftretende Druckkräfte auf das Rotorgehäuse 6 zu übertragen. So wie in Fig. 1 dargestellt, ist das Lager 21 gegenüber der zweiten Führung 20 und dem Führungsteil 19 gegenüber jeweils beweglich. Damit das Lager 21 nicht radial nach außen aus dem Rotorgehäuse 6 austreten kann, ist ein Sicherungsring 22 als Wegbegrenzung im Rotorgehäuse 6 angeordnet. Dadurch ist es möglich, dass das Führungsteil 19 bei einem Umlauf um 360° um die Kontur 8 über die zweite Führung 20 hinausgeraten kann, ohne aber, dass eine die Kraft übertragende Fläche der zweiten Führung 20 nicht vollständig ausgenutzt wird. Vorteilhafterweise ist das Lager 21 zumindest ebenso lang wie die zweite Führung 20.
  • Fig. 1 zeigt die vier Kolben 2, 3, 4, 5 in jeweils unterschiedlicher Arbeitsposition. Die Drehrichtung ist durch Pfeile angedeutet Der erste Kolben 2 beginnt gerade mit dem Ansaugen, der zweite Kolben 3 befindet sich etwa in der Endphase des Ansaugens, der dritte Kolben 4 befindet sich am Ende der Zündphase, der vierte Kolben 5 befindet sich in der Arbeitsphase. Entsprechend der jeweiligen Stellung der Kolben 2, 3, 4, 5 befindet sich das Führungsteil 19 jeweils in einer unterschiedlichen Position innerhalb der zweiten Führung 20. Das Lager 21 ist aber so bemessen, dass es durchaus auch über die zweite Führung 20 radial nach innen hinausragen kann. Damit das Lager 21 beispielsweise bei Stillstand der Hubkolbenmaschine 1 nicht auf die Kontur 8 stößt, kann eine entsprechende Wegbegrenzung vorgesehen werden. Diese ist beispielsweise am Führungsteil 19 selbst vorhanden, beispielsweise mittels eines Materialvorsprungs. Zum anderen kann die zweite Führung 20 selbst eine derartige Wegbegrenzung aufweisen. Das Lager 21 wird vorzugsweise ebenfalls geschmiert. Die Schmiermittelzuführung erfolgt über die Ölspritzdüse 58, die alle Bauteile ausreichend mit Schmieröl versorgt.
  • Weiterhin ist aus Fig. 1 ersichtlich, dass die Kontur einen ersten Abschnitt A, einen zweiten Abschnitt B und einen dritten Abschnitt C aufweist. Diese sind jeweils gekrümmt. Die Krümmung ist so ausgelegt, dass das Führungsteil 19 wie auch der Kolben 2, 3, 4, 5 entlang der ersten Führung 9 bzw. der zweiten Führung 20 linear verlaufen können. Der dritte Abschnitt C ist insbesondere zumindest teilweise so ausgestaltet, dass während der dort stattfindenden Arbeitsphase der Kolben 2, 3, 4, 5 im Wesentlichen konstant in seiner Position innerhalb der ersten Führung 9 verbleibt. Dadurch ändert sich der Verbrennungsraum 13 während der Arbeitsphase nicht. Das führt zu einer besonders hohen Druckerzeugung im Verbrennungsraum 13. Das bewirkt über das Hebelsystem aus Dichtteil 14 und Führungsteil 19 eine besonders große Drehmomentübertragung auf das Rotorgehäuse 6. In einem vierten Abschnitt D hat die Kontur 8 eine derartige Form, dass der Kolben 2, 3, 4, 5 so gelenkt wird, dass ein Ausströmen des verbrannten Gases aus dem Verbrennungsraum 13 ermöglicht wird. Dazu weist die Kontur 8 in Abschnitt D einen im Wesentlichen linearen Bereich auf. Weiterhin ist die Kontur 8 so ausgebildet, dass ein Kolbenkippen im oberen wie auch im unteren Totpunkt verhindert wird. Damit geht auch eine Geräuschmindenmg hervor. Außerdem wird der Seitendruck des Kolbens 2, 3, 4, 5 auf die Zylinderwand 9 minimiert.
  • Fig. 1 zeigt weiterhin ein Gleitelement 24 des Gaswechsel-Dichtsystems 23. Das Gaswechsel-Dichtsystem 23 ist auf einem Außenmantel 23a des Rotorgehäuses 6 angeordnet. Dadurch dreht sich das Gaswechsel-Dichtsystem 23 mit dem Rotorgehäuse 6 mit. Das Gaswechsel-Dichtsystem 23 hat ein wälzgelagertes Gleitelement 24, das außermittig an einem Zylinderende 25 federnd in einer Nut 26 fixiert ist und dem Verbrennungsraum 13 abdichtend gegenüber liegt Das Gleitelement 24 hat einen wälzgelagerten Gleitring 27, welcher eine erste 28 und eine zweite 29 Dichtlippe aufweist. Der Gleitring 27 ist an eine gegenüber angeordnete Oberfläche eines Mantelgehäuses 30 angepasst. Die Dichtlippen 28, 29 wirken mit der Oberfläche des Mantelgehäuses 30 dichtend zusammen. Bei einem Überlaufen des jeweiligen Gleitelementes 24 über einen Zündkanal 31, in dem eine Zündkerze 32 angeordnet ist, wird ein Zündfunke vorzugsweise erst dann ausgelöst, wenn sich die Zündkerze 32 innerhalb der runden ersten Dichtlippe 28 befindet. Die Geometrie des Zündkanals 31 im Mantelgehäuse 30 ist vorzugsweise so gestaltet, dass beide Dichtlippen 28, 29 für eine Abdichtung sorgen. Somit wirkt das Gleitelement 24 als eine Art Sicherheitsschleuse: sollte beim Überlaufen des Zündkanals 31 ein gewisses Gasvolumen über die erste Dichtlippe 28 doch einmal entweichen können, so wird dieses zumindest über die zweite Dichtlippe 29 aufgefangen. Das Gleitelement 24 ist innerhalb der Nut 26 wiederum so ausgelegt, dass ein seitliches Entweichen des verdichteten Gases entlang der Nut 26 ausgeschlossen ist. Dazu kann die Nut 26 beispielsweise einen oder mehrere Dichtringe aufweisen. Durch die federnde Lagerung des Gleitelementes 24 ist dieses in der Lage, bei Überlaufen des Einlasskanals 33 und des Auslasskanals 34 sowie des Zündkanals 31 durch entsprechenden Gegendruck zur Oberfläche des Mantelgehäuses 30 die Dichtung sicherzustellen.
  • Das Dichtsystem 23 gewährleistet über einer entsprechende Zu- bzw. Abführung des einströmenden Gases eine möglichst vollständige Füllung bzw. Leerung des Verbrennungsraumes. Dazu sind beispielsweise im Mantelgehäuse 30 entsprechende Steuerkanäle 33, 34 angeordnet, entlang derer die Befüllung bzw. Entleerung des Verbrennungsraumes erfolgt. Die Steuerkanäle 33, 34 sind entlang der dem Außenmantel 23a des Rotorgehäuses 6 gegenüberliegenden Oberfläche angeordnet. Dieses gilt auch für das Gaswechsel-Dichtsystem 23. Aufgrund des umlaufenden Gaswechsel-Dichtsystems 23 können die Steuerkanäle 33, 34 relativ lang sein. Vorzugsweise ist der Einlasskanal 33 wesentlich länger als der Auslasskanal 34. Die Tiefe der Steuerkanäle 33, 34 sowie die Breite der Steuerkanäle 33, 34 und der Abstand zwischen den Steuerkanälen 33, 34 ist von der Größe der Hubkolbenmaschine abhängig.
  • Fig. 2 zeigt die Hubkolbenmaschine 1 gemäß Fig.1 in einer Seitenschnittansicht. Daraus ist ersichtlich, dass das Gaswechsel-Dichtsystem 23 einen Dichtkörper 35 aufweist. An den Dichtkörpern 35 sind Dichtleisten 36 angeordnet. Über Streifenfedern 37 werden die Dichtleisten 36 radial unter Druck gesetzt. Die Dichtkörper 35 wiederum sind ebenfalls in der Lage, auf die Dichtleisten 36 einen Druck aufzuprägen. Die Druckaufprägung erfolgt in Umfangsrichtung. Dazu trägt jeder Dichtkörper 35 eine Schenkelfeder 38. Die Schenkelfeder 38 sorgt somit für eine Abdichtung zwischen dem Gleitring 27 bzw. dem Gleitelement 24 und der am Gleitelement 24 anliegenden Dichtleiste 36. Das Gleitelement 24 ist dabei außermittig angebracht, wobei der Grad der Außermittigkeit durch den Winkel α angedeutet ist. Dichtkörper 35, Dichtleisten 36 und Streifenfeder 37 sind beidseitig am Außenmantel 23a des Rotorgehäuses 6 in umlaufenden Nuten fixiert. Dadurch gelingt es, dass die Ladungswechselkanäle und der Verbrennungsraum 13 vollständig abgedichtet sind. Diese Abdichtung ist auch dann gewährleistet, wenn der Rotor 6 den Zündkanal 31 bzw. die Zündkerze 32 überläuft. Das Gaswechsel-Dichtsystem 23 ist somit in der Lage, zum einen die Brennraumabdichtung wie auch die Abdichtung beim Ladungswechsel zu bewirken. Zum anderen ermöglicht das Gaswechsel-Dichtsystem 23 einen Ein- und Austritt von Gasen über radiale Öffnungen. Dadurch entfällt die bei üblichen Hubkolbenmotoren notwendige. komplette Steuereinheit für den Gaswechsel, was zu einer erheblichen Reduzierung an Bauteilen und zu einem besseren Ladungswechsel führt. Die in Fig. 1 dargestellte Hubkolbenmaschine 1 arbeitet in Viertakt-Arbeitsweise (Ansaugen, Verdichten, Arbeiten, Ausstoßen). Bei einer Umdrehung des Rotorgehäuses 6 vollzieht sich somit an zwei Kolben ein Arbeitsspiel, beispielsweise an Kolben 2 und 3.
  • Die Hubkolbenmaschine 1 weist ein Mantelgehäuse 30 auf, welches zweigeteilt ist. Ein erstes Mantelteilgehäuse 39 ist mit einem zweiten Mantelteilgehäuse 40 verbunden. Das rotierende Rotorgehäuse 6 ist im Mantelgehäuse 30 angeordnet. Vorzugsweise ist das Rotorgehäuse 6 ebenfalls zweigeteilt. Ein erstes Rotorteilgehäuse 41 ist mit einem zweiten Rotorteilgehäuse 42 verbunden. Die dem Außenmantel 23a des Rotorgehäuses 6 gegenüberliegende Oberfläche des Mantelgehäuses 30 ist gekrümmt, und zwar konkav. Bezüglich der Abdichtung hat diese kugelförmige Ausbildung der Oberflächen den Vorteil, dass eine gasdichte Abdichtung mittels des Gaswechsel-Dichtsystems 23 erleichtert wird, wobei die Herstellungstoleranzen des Gaswechsel-Dichtsystems 23 so gewählt sind, dass die Abdichtung der Funktionsräume ausreichend gewährleistet ist, und zwar trotz der Bewegungsfreiheit der beweglichen Teile. Am Mantelgehäuse 30 ist weiterhin ein Anschluss 43 angeordnet. Hierbei handelt es sich um den Anschluss für den Aus-Iasskanal 34. Der im Mantelgehäuse 30 weiter verlaufende, nur in Fig.1 dargestellte Einlasskanal 33 ist gegenüber dem Kolben so angeordnet, dass eine Gaszuführung außermittig erfolgt. Auf diese Weise wird bei dem einströmenden Gas eine Drallwirkung erzeugt. Der Grad der Außermittigkeit ist wiederum durch den Winkel α angedeutet.
  • Aus Fig. 2 ist des Weiteren die Führung des Pleuels bzw. des Kolbens entlang der Kontur 8 ersichtlich. Die Kontur 8 wird von einer Hubscheibe 44 sowie von zwei in einander gegenüberliegenden Kurvenscheiben 45, 46 angeordneten, verlaufskongruenten Nuten 47 gebildet. In den Nuten 47 ist eine Verbindungswelle 18 angeordnet, deren Enden 48, 49 jeweils ein Wälzlager 50 aufweisen. Den Wälzlagern 50 sind wiederum Rollen 51 zugeordnet. Die Rollen 51 sowie die Verbindungswelle 18 laufen an der Kontur 8 entlang. Auf der Verbindungswelle 18 ist als Pleuellager ein Nadellager 17 angeordnet. Dieses zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass es hohe Lagerkräfte aufnehmen und übertragen kann. Dies ist vorteilhaft bei den aufgrund des Hebelsystems aus Dichtteil und Führungsteil 19 auftretenden Kräften und Momenten. Die äußere Flanke der Nut 47 nimmt dabei die Fliehkräfte der Kolben 2, 3, 4, 5 auf, wobei die Kurvenflanke der Hubscheibe 44 die Gaskräfte aufnimmt. Die wälzgelagerte Rolle 51 hat gegenüber der inneren Kurvenflanke der Nut 47 Spiel. Da sie beim Abrollen an der äußeren Kurvenflanke eine Drehung um die eigene Achse ausführt, die gegenüber der anderen Kurvenflanke die falsche Richtung hat. Dieses Spiel wird durch die Hubscheibe 44 vermieden, da die beiden Flanken der Nutkurve 47 gegeneinander versetzt sind und jede Flanke auf der Verbindungswelle 18 eine eigene Rolle 51 aufweist. Die Rollen 51 laufen dann mit gegenläufigem Drehsinn und können permanent auf Anlage gehalten werden. Die Kurvenscheiben 45, 46 sind der Hubscheibe 44 gegenüberliegend angeordnet, wobei die Konturen deckungsgleich und unverrückbar miteinander verschraubt sind. Die Kurvenscheiben 45, 46 sowie die Hubscheibe 44 sind wiederum starr über den Gehäusedeckel 52 mit dem Mantelgehäuse 30 verbunden. Die Kurvenscheiben 45, 46 sowie die Hubscheibe 44 dienen weiterhin auch als Abstützung für eine Rotorgehäuselagerung, die hier als Wälzlagerung 53 ausgebildet ist.
  • In Fig. 2 ist ein Schmiersystem 54 dargestellt. Das Schmiersystem 54 ist im Rotorgehäuse 6 sowie am Mantelgehäuse 30 angeordnet und weist eine Ölpumpe 55 auf. Diese ist durch die Mitnehmerscheibe 56 so an das Rotorgehäuse 6 gekoppelt, dass diese angetrieben wird. Das Schmiersystem 54 ist als von der Einbaulage der Hubkolbenmaschine unabhängige, d.h. lageunabhängige Druckumlaufschmierung gestaltet. Dabei wird das Öl von der Zahnringpumpe 55 aus dem Ölring 57 angesaugt, und ein Überdruckventil innerhalb des Pumpengehäuses begrenzt den Öldruck und leitet das überschüssige Öl in den Saugkanal der Pumpe zurück. Vom Druckkanal wird das Öl über den Ölfilter zu den Ölspritzdüsen 58 gefördert. Von dort aus gelangt das Schmieröl in das Rotorgehäuse 6. Wegen besserer Übersichtlichkeit sind Überdruckventil, Ölfilter sowie die Ölkanäle auch in den einzelnen zugehörigen Zeichnungen nicht näher dargestellt. Das Rotorgehäuse 6 weist mehrere mitdrehende Schmierkanäle 59 auf; diese verteilen das Schmieröl auf die betreffenden Schmierstellen. Aufgrund der Zentrifugalkräfte wird das Schmiermedium, in der Regel Öl, nach außen gedrückt, so dass vorzugsweise ein Schmierung der beweglichen Bauteile vom Inneren des Rotorgehäuses 6 nach außen erfolgt. Auf diese Weise lässt sich die Umdrehungsgeschwindigkeit der Hubkolbenmaschine auf weitere Weise ausnutzen. Der Ölrücklauf erfolgt über das Rotorgehäuse 6, welches mehrere mitdrehende Schleuderkanäle 60 aufweist Die Zentrifugalkraft drückt das Schmieröl durch die Schleuderkanäle 60 nach außen. Das Öl schleudert gegen die gegenüberliegende Ölringöffnung 61, tropft ab und gelangt in den geschlossen Teil des Ölrings 57. Dort wird es dem Schmierkreislauf wieder zugeführt. Dieser Vorgang wiederholt sich ständig, um eine zuverlässige lageunabhängige Schmierung zu gewährleisten.
  • Vorzugsweise ist der Ölring 57 um 360° drehbar, auf Rollen 62 gelagert und im ersten Mantelteilgehäuse 39 angeordnet Die Abdichtung des Ölrings 57 zum Saugkanal 63 übernehmen zwei Dichtringe 64, die fest mit dem ersten Mantelteilgehäuse 39 verbunden sind Die Abdichtung der dem Saugkanal 63 gegenüberliegenden Seite übernimmt eine mit einer Druckfeder 65 versehener axial beweglicher Dichtring 66 der in einer Nut 67 fixiert ist und der den Ölring 57 ständig auf Anlage hält. Das erste Mantelteilgehäuse 39 weist Öffnungen 68 am Umfang auf, durch welche das Schleuderöl in die Ölringöffnung 61 gelangt. Der Ölring 57 ist zweigeteilt, wobei ein erstes Ölringgehäuse 69 mit einem zweiten Ölringendgehäuse 70 verbunden ist. Der Ölring 57 kann aber auch aus einem Teil bestehen, beispielsweise als Gussteil. Im Ölring 57 ist ein Schwimmernadelventil 71 angeordnet. Durch das Schwimmernadelventil 71 und die im ersten Mantelteilgehäuse 39 befindlichen Ölrücklaufbohrungen 72 wird das überschüssige Öl bzw. werden Leckagen dem Schmierkreislauf wieder zugeführt.
  • Um schon beim Start der Hubkolbenmaschine 1 einen ausreichenden Öldruck vorliegen zu haben, ist es weiterhin möglich, dass beispielsweise ein Öldruckspeicherbehälter zusätzlich mit angeordnet ist. Dieser wird während des Betriebes der Hubkolbenmaschine 1 immer unter Druck gehalten. Dieser Druck baut sich auch nach Abstellen der Hubkolbenmaschine 1 nicht ab. Vielmehr gibt er diesen Druck erst frei, wenn die Hubkolbenmaschine 1 gestartet werden soll. Auch besteht die Möglichkeit, eine vom Rotorgehäuse 6 getrennte Ölpumpe vorzusehen. Diese ist beispielsweise über eine externe Energiequelle, wie eine Batterie, versorgbar. Eine Weiterbildung sieht vor, dass eine Ölpumpe über eine externe Energiequelle wie auch über die Hubkolbenmaschine 1 selbst versorgt wird. Dabei besteht die Möglichkeit, zu einem vorgebbaren Zeitpunkt von der einen Energiequelle auf die andere Energiequelle umzuschalten.
  • Fig. 2 zeigt einen Abtrieb 73 der Hubkolbenmaschine 1. Der Abtrieb 73 kann direkt auf eine mechanische Energie aufnehmende Einrichtung wirken. Weiterhin besteht die Möglichkeit, eine Kupplung vorzusehen. Eine Weiterbildung sieht vor, ein Getriebe vorzusehen. Vorzugsweise ist das Getriebe ein Planetengetriebe 74. Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn ein stufenloses Getriebe eingesetzt wird.
  • Die Hubkolbenmaschine 1 ist dann in der Lage, mit konstanter Drehzahl betrieben zu werden. Die benötigte Drehzahl der Energie aufnehmenden Einrichtung wird dann mittels des stufenlosen Getriebes eingestellt Auch ist es auf diese Weise möglich, das abgenommene Drehmoment zu ändern. Neben einem stufenlosen Getriebe ist auch der Einsatz eines Getriebes mit Getriebestufen möglich.
  • Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt des Hubkolbenmotors 1, wie er in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellt ist. Dargestellt ist das Hebelsystem aus Dichtteil 14, Führungsteil 19 und Kontur 8. Die Rollen 51 des Hebelsystems befinden sich entlang der Kontur 8 in einer Position, in der ein hohes Drehmoment auf das Rotorgehäuse 6 übertragen wird. Diese Übertragung wird durch ein Kräftedreieck mit entsprechender Bemaßung exemplarisch aufgezeigt. Während auf die Mitte des Kolbens 2, 3, 4, 5 beispielsweise eine maximale Gaskraft F1 von 2600 N wirkt, führt der Abstand I2 von beispielsweise 38 mm. zwischen der Kolbenmittelachse und der Rollenmittelachse bei einer Kraftwirkung aufgrund der Geometrie des Kolbens 2, 3, 4 ,5 zu einer berechneten Kraftwirkungsrichtung, die einen Winkel β von etwa 34° ergibt. Übertragen auf die wirkende Kraft auf das Rotorgehäuse 6 ergibt sich bei einer entsprechenden Auslegung des Führungsteils 19 eine Kraft F2 von ca. 3850 N. Dabei ist eine mittlere wirkende Länge L1 von ca. 25 mm (wirksamer mittlerer Hebelarm) angenommen. Anhand dieses Beispiels ist aufgezeigt, wie mittels des Hebelsystems die auf den Kolben 2, 3, 4, 5 wirkende Kraft zu einer Drehmomenterhöhung ausnutzbar ist. Die Krafterhöhung von F1 = 2600 N auf F2 = 3850 N ist hier nur exemplarisch. Je nach Änderung der Hebelwege und der kraftübertragenden Flächen, sei es am Kolben 2, 3, 4, 5 oder aber am Führungsteil 19, lässt sich das für die jeweilige Anwendung geeignetste Drehmoment einstellen, beispielsweise unter Berücksichtigung der auftretenden Belastungen im verwendeten Material der einzelnen Bauteile. Neben der in Fig. 3 dargestellten linearen Führung der Kolben 2, 3, 4, 5 und des Führungsteils 19 besteht bei entsprechender Anpassung der Kontur 8 auch die Möglichkeit, eine gekrümmte Führung entweder des Führungsteils 19 oder aber auch des Kolbens 2, 3, 4, 5 selbst bzw. beider in Kombination miteinander vorzusehen. Dazu wird die Kontur 8 entsprechend so angepasst, dass bei einem Umlauf um 360° Kolben 2, 3, 4, 5 wie auch Führungsteil 19 jeweils entlang ihrer Führung laufen können. Auch besteht die Möglichkeit, über die Geometrie der Kolbenoberfläche die Krafteinleitungswirkung in das Hebelsystem entsprechend einstellen zu können. So ist es möglich, eine resultierende Krafteinleitung anstatt mittig auch versetzt zur Kolbenachse vorzusehen. Beispielsweise ist eine resultierende Krafteinleitung in das Hebelsystem außermittig von der Kolbenmittelachse möglich, insbesondere im Bereich eines äußeren Kolbenbereiches vorzugsweise zur Erzielung eines großen Hebelarmes. Dies ist beispielsweise über eine entsprechende Oberflächengestaltung des Kolbens 2, 3, 4, 5 möglich. Zweckmäßig ist es weiterhin, wenn das Führungsteil 19 sich radial weit nach außen zur Kraftübertragung erstrecken kann. Dieses verbessert die Drehmomentwirkung. Insbesondere gelingt es dadurch, dass über die radiale Erstreckung des Führungsteils 19 das Integral der Flächenkraft am Fühnmgsteil 19 so gestaltet wird, dass dieses entweder einer gleichmäßig steigenden Funktion oder einer Exponentialfunktion entsprechend verläuft.
  • Fig. 4 zeigt den Abschnitt aus Fig. 3 in einer Aufsicht Die Rollen 51, die an der Kontur 8 anliegen, werden an diese über eine Fliehkraft F3 von beispielsweise 800 N gedrückt Die Fliehkraft ist abhängig von der Umdrehungsgeschwindigkeit Die erste Kurvenscheibe 45 und die zweite Kurvenscheibe 46 sind so ausgelegt, dass sie diese Fliehkraft aufnehmen können. Im Arbeitstakt sind die Rollen 51, die an der Kontur 8 der Hubscheibe 44 anliegen, an diese über eine Gaskraft F1 von beispielsweise 2600 N gedrückt. Dabei ist die Hubscheibe 44 so ausgelegt, dass sie diese Gaskraft entsprechend aufnehmen kann. Durch entsprechende Bauteile des Hebelsystems, kann dieses an einer jeweils entsprechenden Hubkolbenmaschine 1 mit anderen Abmessungen angepasst werden. Vorzugsweise ist das Führungsteil 19 aus einem Teil, wobei dieses auch als Hülsenelement auf das Hebelsystem aufgeschraubt werden kann. Insbesondere erlaubt dieses, ein Baukastensystem aufzubauen. Das Baukastensystem enthält beispielsweise Kolben, Pleuel, Lager, Rollen, Hubscheibe, Kurvenscheiben, etc.
  • Fig. 5 zeigt das Gaswechsel-Dichtsystem 23 aus Fig. 2. Wie in Fig. 5 dargestellt, weist das Gaswechsel-Dichtsystem 23 vier Gleitelemente 24, acht Dichtkörper 35 sowie sechzehn Dichtleisten 36 und sechzehn Streifenfedern 37 auf. An die Dichtkörper 35 sowie an die Gleitelemente 24 dichtend angepasst sind Dichtleisten 36. Durch die Streifenfedern 37 wird ein radialer Druck auf die Dichtkörper 35 und Dichtleisten 36 ausgeübt.
  • Fig. 6 zeigt ein Gleitelement 24 aus Fig. 5 in auseinander gezogener Darstellung. Das Gleitelement 24 hat einen wälzgelagerten Gleitring 27, auf dem eine erste Dichtlippe 28 und eine zweite Dichtlippe 29 angeordnet sind. Der Gleitring 27 ist zusammen mit einem Kugelkäfig 75, einem Laufring 76 und einer Tellerfeder 77 als Radialdruckeinrichtung für das Gleitelement 24 in einer am Zylinder befindlichen Nut 26 fixiert. Der Innendichtring 78 dichtet dabei das Gleitelement 24 zum Verbrennungsraum 13 hin ab. Die Fixierung des Gleitelements 24 sowie die Abdichtung des Gleitelements 24 zum Verbrennungsraum 13 zeigt Fig. 1.
  • Fig. 7 zeigt einen Dichtkörper 35 aus Fig. 5 in seinen näheren Einzelheiten. Der Dichtkörper 35 enthält eine Schenkelfeder 38, die durch einen Zylinderstift 79 fixiert ist. Über die Schenkelfeder 38 wird ein Druck auf die im Dichtkörper 35 anzuordnenden Dichtleisten 36 ausgeübt. Die Schenkelfeder 38 drückt die Dichtleisten 36 nach außen, so dass im eingebauten Zustand in der Nut eine Kraftwirkung in Umfangsrichtung die Dichtleisten 36 auf die Gleitelemente 24 drückt. Dadurch werden auch die Dichtleisten 36 in ihrer Position gehalten. Auf diese Weise ist die Abdichtung für den Gaswechsel realisiert. Zum anderen erlaubt dieses eine Abdichtung von Bauteilen, die sich im Inneren des Rotorgehäuses 6 befinden. Die Dichtkörper 35 können beispielsweise aus Silizium-Nitrit bestehen.
  • Fig. 8 zeigt eine Dichtleiste 36. Diese hat ein erstes Ende 80 und ein zweites Ende 81. Das erste Ende 80 ist an das Gleitelement 24 entsprechend zur Abdichtung angepasst. Das zweite Ende 81 wiederum ist so gestaltet, dass es den Druck von der Schenkelfeder 38 aufnimmt und in die Dichtleiste 36 zum ersten Ende 80 insbesondere gleichförmig überträgt. Die Dichtleiste 36 selbst kann wiederum aus Silizium-Nitrit bestehen.
  • Fig. 9 zeigt eine Möglichkeit, einen Radialdruck auf eine Dichtleiste 36 auszuüben. Diese Radialdruckeinrichtung hat die Form einer Streifenfeder 37. Durch die Wellung erlaubt es die Streifenfeder 37, dass über den Umfang verteilt mehrere Krafteinleitungspunkte an der Dichtleiste 36 anliegen. Dieses führt zu einer gleichförmigen Druckausübung in radialer Richtung und damit einer besonders wirkungsvollen Abdichtung.
  • Fig. 10 zeigt einen Ölring 57 des Schmiersystems 54. Der Ölring 57 ist zweigeteilt Ein erstes Ölringgehäuse 69 ist mit einem zweiten Ölringendgehäuse 70 verbunden. Der Ölring 57 hat einen ersten Abschnitt E und einen zweiten Abschnitt F. Diese sind der Drehachse des Ölrings 57 jeweils radial zugeordnet. Der Abschnitt E stellt dabei den geschlossenen Teil, der Abschnitt F den offenen Teil des Ölrings 57 dar. Der Volumeninhalt des geschlossenen Teils im Abschnitt E des Ölrings sollte kleiner als maximal aber gleich groß wie der Volumeninhalt der halben Ölringöffnung des Abschnittes F sein. Dadurch wird unnötiger Ölüberschuss vermieden und werden Öl- und hydraulische Verluste minimiert. Die Ölrückführung erfolgt über das Schwimmernadelventil 71, das im Ölring 57 und in den Ölrücklautbohrungen 72 im ersten Mantelteilgehäuse 39 angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Ölring 57 auf Rollen 62 gelagert, damit sich dieser leichter um seine eigene Achse um 360° drehen kann. Für die Ölstandskontrolle sind am Ölring 57 sowie an der Ölringabdeckung Schaugläser 82 angebracht, die Markierungen aufweisen, um den Ölstand messen zu können. Der Ölstand selbst wird durch die im Ölring 57 angeordnete Öleinfüllschraube 83 und die Ölablassschraube 84 geregelt.
  • Fig. 11 zeigt eine Mehrfachanordnung von Hubkolbenmaschinen 1a, 1b, 1c. Diese sind miteinander gekoppelt. Weiterhin weist diese Mehrfachanordnung eine Aufladeeinrichtung 85 auf. Diese kann beispielsweise eine Ladeluftkühlung 86 enthalten, welche zweckmäßigerweise bei einer Abgasturboaufladung vorgesehen ist. Die Hubkolbenmaschinen werden über eine Schmiereinrichtung 87 mit Schmiermittel versorgt. Die Schmiereinrichtung ist vorzugsweise mit den Hubkolbenmaschinen 1a, 1b, 1c so gekoppelt, dass diese durch letztere angetrieben wird. Dann wird bevorzugt als Schmiereinrichtung 87 eine lageunabhängige Druckumlaufschmierung verwendet. Auch besteht die Möglichkeit, eine externe Schmiereinrichtung 87 vorzusehen. Diese wird beispielsweise über eine externe Energiequelle 88, beispielsweise eine Batterie, gespeist. Weiterhin ist eine Elektronik 89 in Verbindung mit der Hubkolbenmaschine 1a, 1b, 1c vorgesehen. Die Elektronik 89 steuert oder regelt diese. Beispielsweise kann eine oder können mehrere dieser Hubkolbenmaschinen 1a, 1b, 1c zu- oder abgeschaltet werden. Die Elektronik 89 steuert auch die Zündung. Beispielsweise kann auch die Zündung zu- bzw. abgeschaltet werden. Weiterhin regelt bzw. steuert die Elektronik 89 die Brennstoffmenge, welche über einen Brennstoffvorratsbehälter 90 über eine entsprechende Gemischaufbereitung 91 oder ähnliches den Hubkolbenmaschinen 1a, 1b, 1c zugeführt wird. An den Hubkolbenmaschinen 1a, 1b, 1c ist weiterhin eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung 92 anschließbar. Dieses ist beispielsweise ein Katalysator, eine Abgasrückführung, etc. Vorzugsweise wird diese ebenfalls mittels der Elektronik 89 gesteuert bzw. geregelt, und zwar unter anderem über die Brennstoffzufuhr.
    An den Hubkolbenmaschinen 1a, 1b, 1c ist ein Verbraucher 93 anschließbar, der die von den Maschinen stammende Energie umsetzt. Zwischen dem Verbraucher 93 und den Hubkolbenmaschinen 1a, 1b, 1c ist vorzugsweise auch ein Zwischenglied 94 angeordnet. Das Zwischenglied 94 ist beispielsweise eine Kupplung, ein Getriebe oder sonstiges.
  • Die Hubkolbenmaschine 1a, 1b, 1c ist auch in einem Verbund mit einer oder mehreren anderen Energieversorgungseinrichtungen 95 einsetzbar. Dies kann eine Brennstoffzelle, eine Batterie oder ähnliches sein. Die Energieversorgungseinrichtung 95 versorgt den Verbraucher 93 ebenfalls mit Energie. Über die Elektronik 89 ist die Energieversorgungseinrichtung 95 ebenso zu- wie abschaltbar wie eine oder mehrere der Hubkolbenmaschinen 1a, 1b, 1c. Die Hubkolbenmaschinen 1a, 1b, 1c können dabei beispielsweise als Grundversorger dienen. Die Energieversorgungseinrichtung 95 wird nur bei Bedarf zugeschaltet. Dieses ist auch umgekehrt möglich. Auch können sich beide ergänzen.
  • Die Hubkolbenmaschine, wie oben beschrieben, wird bevorzugt entweder allein oder mit anderen Aggregaten zusammen betrieben. Beispielsweise ist die Hubkolbenmaschine als Energieerzeuger in einer stationären Anwendung einsetzbar. Beispielsweise ist dieses bei Blockheizkraftwerken möglich. Andere Anwendungsgebiete im stationären Bereich sind Kleinstenergieversorger oder transportable Aggregate wie beispielsweise Notstromaggregate. Weiterhin bietet die Hubkolbenmaschine aufgrund seines Aufbaus die Möglichkeit, für Nutzkraftfahrzeuge, Personenkraftfahrzeuge oder auch Kleingeräte wie Rasenmäher, Sägen und anderes eingesetzt zu werden. Auch ist die Hubkolbenmaschine bei anderen Transportmitteln einsetzbar, wie Motorrädern oder Mopeds.
  • Mit dieser neuen Hubkolbenmaschine gelingt eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs. Auch ist es damit möglich, die weltweit bekannten Abgasvorschriften jetzt und zukünftig zu erfüllen. Die Hubkolbenmaschine stellt ein sehr hohes Drehmoment zur Verfügung bei sehr niedrigen Drehzahlen. Daher sind gute Fahrleistungen möglich. Insbesondere ist die Hubkolbenmaschine für Fahrzeuge einsetzbar, die mit Wasserstoff betrieben werden. Durch den Aufbau der Hubkolbenmaschine ergibt sich prinzipbedingt eine Reduzierung der entstehenden Geräuschemissionen. Dies ermöglicht, die Hubkolbenmaschine auch in lärmempfindlichen Bereichen einsetzen zu können. Durch Aufbau einer Hubkolbenmaschine nach einem Baukastensystem mit vielen gleichen Bauteilen gelingt eine Reduzierung der Fertigungskosten. Durch das Arbeitsprinzip fallen aufwendige Bauteile wie beispielsweise ein Ventiltrieb bei üblichen Hubkolbenmotoren weg. Trotzdem bleibt die Zuverlässigkeit gewahrt. Die Verschleißteile sind aufgrund des gegenüber üblichen Kolbenmaschinen grundsätzlich anderen Aufbaus von geringerer Anzahl. Dieses erleichtert zum einen die Wartung. Zum anderen ist dadurch ein einfacher Austausch der Bauteile mit niedrigerem Kostenaufwand möglich. Die Hubkolbenmaschine ist so ausgelegt, dass sowohl Abdichtung bei entsprechender Schmierung trotz einer unvermeidlichen Wärmeausdehnung und ggf. entsprechender Verformung auch unter Belastung von Bauteilen, als auch Funktionsfähigkeit auch bei fortschreitendem Verschleiß sichergestellt sind.
  • Das Funktionsprinzip erlaubt viele Möglichkeiten, die Hubkolbenmaschine zu betreiben. Vorteilhaft ist es beispielsweise, eine Verbrennung des Kraftstoffes bei gleichem Zylindervolumen im Arbeitstakt vorzunehmen. Auch wird die Hubkolbenmaschine so ausgelegt, dass im Arbeitstakt den Gaskräften keine Massenkräfte entgegenwirken. Die vorteilhafte Viertakt-Arbeitsweise mit getrenntem Gaswechsel erfordert gegenüber üblichen Kolbenmotoren weniger Verlustarbeit. Die Auslegung des Kolbens mit Dicht- und Führungsteil als Hebelsystem ermöglicht eine hohe Kraftübertragung bzw. ein großes Drehmoment. Der Brennraum kann kompakt gehalten werden, was wiederum nur eine kleine Brennraumoberfläche erfordert. Dieses erlaubt, die Hubkolbenmaschine flüssig- aber auch luftzukühlen. Dadurch, dass der Angriffspunkt der Kolbenführung weit aus dem Rotordrehpunkt herausliegt, wird über die Gaskraft in Verbindung mit dem Hebelarm im Arbeitstakt ein großes Drehmoment erzeugt. Weiterhin ist an der Hubkolbenmaschine vorteilhafterweise nur eine Zündkerze sowie ein Vergaser bzw. Einspritzdüse notwendig. Dies verkleinert die Anzahl der zu wartenden, auch verschleißanfälligen Bauteile. Eine Brennraumabdichtung gelingt mittels eines Gleitringes, der insbesondere rotierend sein kann. Durch die Rotation erhält das Brennstoff-Luft-Gemisch einen für die Verbrennung vorteilhaften Drall. Die Abdichtung zwischen dem Mantelgehäuse und dem Rotorgehäuse erfolgt durch die feststehenden Dichtelemente in sicherer Weise, Über ein entsprechendes Getriebe, beispielsweise ein Planetengetriebe, ist auch eine Drehzahlerhöhung der Hubkolbenmaschine für den Verbraucher möglich. Einen weiteren Vorteil und damit eine besondere Flexibilität für die Einsetzbarkeit der Hubkolbenmaschine ist eine lageunabhängige Ölversorgung. Die Hubkolbenmaschine kann in allen denkbaren Einsatzlagen eingesetzt werden. Trotzdem bleibt die Ölversorgung immer gesichert. Insgesamt ermöglicht auch die Trennung von Einlass- und Auslasskanälen eine ausreichende Kühlung aller ruhenden und beweglichen Bauteile. Dieses wird noch unterstützt durch die Trennung von Verbrennungsräumen von sonstigen beweglichen Teilen des Motors. Die Hubkolbenmaschine gewährleistet somit eine hohe Leistung und sichere Funktion bei wenig Störanfälligkeit.
    • Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
    • 1
    Hubkolbenmaschine
    1a
    Hubkolbenmaschine
    1b
    Hubkolbenmaschine
    1c
    Hubkolbenmaschine
    2
    Kolben
    3
    Kolben
    4
    Kolben
    5
    Kolben
    6
    Rotorgehäuse
    7
    Raum
    8
    Kontur
    9
    Führung
    10
    Aufsatz
    11
    Kolbenring
    12
    Kolbenring
    13
    Verbrennungsraum
    14
    Dichtteil
    15
    Pleuel
    16
    Öffnung/Pleuel
    17
    Pleuellager
    18
    Verbindungswelle
    19
    Führungsteil
    20
    Zweite Führung
    21
    Lager
    22
    Sicherungsring
    23
    Gaswechsel-Dichtsystem
    23a
    Außenmantel
    24
    Gleitelement
    25
    Zylinderende
    26
    Nut/Zylinder
    27
    Gleitring
    28
    Erste Dichtlippe
    29
    Zweite Dichtlippe
    30
    Mantelgehäuse
    31
    Zündkanal
    32
    Zündkerze
    33
    Einlaßkanal
    34
    Auslaßkanal
    35
    Dichtkörper
    36
    Dichtleisten
    37
    Streifenfeder
    38
    Schenkelfeder
    39
    Erstes Mantelteilgehäuse
    40
    Zweites Mantelteilgehäuse
    41
    Erstes Rotorteilgehäuse
    42
    Zweites Rotorteilgehäuse
    43
    Anschluß
    44
    Hubscheibe
    45
    Kurvenscheibe
    46
    Kurvenscheibe
    47
    Nuten/Kontur
    48
    Enden/Verbindungswelle
    49
    Enden/Verbindungswelle
    50
    Wälzlager
    51
    Rollen/Verbindungswelle
    52
    Gehäusedeckel
    53
    Wälzlagerung
    54
    Schmiersystem
    55
    Ölpumpe
    56
    Mitnehmerscheibe
    57
    Ölring
    58
    Ölspritzdüsen
    59
    Schmierkanäle
    60
    Schleuderkanäle
    61
    Ölringöffnung
    62
    Rollen/Ölring
    63
    Saugkanal
    64
    Zwei Dichtringe
    65
    Druckfeder
    66
    Dichtring
    67
    Nut/Dichtring
    68
    Öffnungen/Mantelteilgehäuse
    69
    Erstes Ölringgehäuse
    70
    Zweites Ölringendgehäuse
    71
    Schwimmernadelventil
    72
    Ölrücklaufbohrungen
    73
    Abtrieb
    74
    Planetengetriebe
    75
    Kugelkäfig
    76
    Laufring
    77
    Tellerfeder
    78
    Innendichtring
    79
    Zylinderstift
    80
    Erstes Ende/Dichtleiste
    81
    Zweites Ende/Dichtleiste
    82
    Schaugläser
    83
    Öleinfüllschraube
    84
    Ölablaßschraube
    85
    Aufladeeinrichtung
    86
    Ladeluftkühlung
    87
    Schmiereinrichtung
    88
    Energiequelle
    89
    Elektronik
    90
    Brennstoffvorratsbehälter
    91
    Gemischaufbereitung
    92
    Abgasnachbehandlungs- vorrichtung
    93
    Verbraucher
    94
    Zwischenglied
    95
    Energieversorgungseinrichtung

Claims (15)

  1. Hubkolbenmaschine
    - mit einer Kontur (8), die eine geschlossene Kurvenführung bildet,
    - mit einem Rotorgehäuse (6), das drehbar in bezug auf die Kontur (8) angeordnet ist und das dem An- oder Abtrieb der Hubkolbenmaschine dienende Drehmoment überträgt,
    - mit mindestens einer in dem Rotorgehäuse (6) angeordneten Einheit (1a, 1b, 1c, 1d), die aus einem Zylinder (9) und einem Kolben (2, 3, 4, 5) besteht, wobei die Wirkungslinie des Kolbens (2, 3, 4, 5) in dem Zylinder (9) in einer Ebene senkrecht zur Drehachse des Rotorgehäuses (6) liegt sowie exzentrisch zu der Drehachse des Rotorgehäuses (6) ausgerichtet und geradlinig ist,
    - mit einem Pleuel (15), das starr mit dem Kolben (2, 3, 4, 5) verbunden ist und durch Führung entlang der Kontur (8) die durch diese vorgegebene gesteuerte Bewegung an den Kolben (2, 3, 4, 5) überträgt,
    - dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Pleuel (15) ein Führungsteil (19) verbunden ist, das entlang einer gesonderten Führung im Rotorgehäuse (6) beweglich angeordnet ist, wobei der Kolben (2, 3, 4, 5) mit dem Pleuel (15) und das Führungsteil (19) jeweils entlang einer Geraden im Rotorgehäuse (6) eine Hubbewegung ausführen können.
  2. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Verbindungsstelle von Pleuel (15) und Fühnmgsteil (19) ein Pleuellager (17) zur Führung an der Kontur (8) ausgebildet ist.
  3. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gesonderte Führung für das Führungsteil (19) eine lineare Führung ist, deren Längsachse die Drehachse des Rotorgehäuses (6) schneidet.
  4. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die lineare Führung (20) des Führungsteils (19) eine Laufbuchse (20) ist und dass um das Führungsteil (19) ein in Längsrichtung der Laufbuchse (20) verschiebbares Wälzlager (21) angeordnet ist.
  5. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (21) gegenüber dem Führungsteil (19) und der Laufbuchse (20) beweglich ist, wobei ein Austritt des Wälzlagers (21) in Längsrichtung des Führungsteils (19) nach außen durch eine Wegbegrenzung verhindert ist.
  6. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wegbegrenzung ein im Rotorgehäuse (6) angebrachter Sicherungsring (22) ist.
  7. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (21) mindestens eben so lang ist wie die Laufbuchse (20).
  8. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vier aus Zylinder (9) und Kolben (2, 3, 4, 5) bestehende Einheiten (1a, 1b, 1c, 1d) vorgesehen sind, wobei die Wirklinien der Kolben in der Ebene senkrecht zur Drehachse des Rotors (6) um 90° zueinander versetzt angeordnet sind.
  9. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung der Kontur (8), dass bei einem vollständigen Umlauf des Rotorgehäuses (6) die aus Zylinder (9) und Kolben (2, 3, 4, 5) bestehende Einheit (1a, 1 b, 1c, 1d) zumindest einen Arbeitstakt vollführt.
  10. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung der Kontur (8), dass während des Arbeitstaktes der Einheit (1a, 1b, 1c, 1d) der von deren Kolben (2, 3, 4, 5) begrenzte Verbrennungsraum (13) zumindest im Wesentlichen isochor ist.
  11. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (8) von einer Hubscheibe (44) sowie von zwei in einander gegenüberliegenden Kurvenscheiben (45, 46) angeordneten verlaufskongruenten Nuten (47) gebildet ist und dass eine Verbindungswelle (8), auf der sich das Pleuellager (17) befindet, mit endseitigen Rollen (51) vorgesehen ist, die in den Nuten (47) auf Anlage gehalten sind.
  12. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorgehäuse (6) auf seinem Außenmantel (23a) ein Gaswechsel-Dichtsystem (23) aufweist, das an einem Mantelgehäuse (30) der Hubkolbenmaschine (1) zumindest teilweise abdichtend anliegt.
  13. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gaswechsel-Dichtsystem (23) ein unter Druck stehendes, radial bewegliches und drehbar gelagertes Gleitelement (24) aufweist.
  14. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gaswechsel-Dichtsystem (23) Dichtleisten (36) aufweist, die dem Gleitelement (24) sowie dem Dichtkörper (35) dichtend angepaßt sind.
  15. Hubkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein lageunabhängiges Schmiersystem (54) mit einem Ölring (57) vorgesehen ist, welcher auf Rollen (62) gelagert um seine eigene Achse 360° drehbar ist
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