EP1899579A2 - Verbrennungskraftmaschine mit rotierend gelagerten brennräumen und kolben, insbesondere für nicht-stationäre antriebe - Google Patents

Abstract

Verbrennungskraftmaschine nach Figur 1 mit zwischen parallelen Wänden in einem etwa 8-förmigen Innenraum rotierend gelagerten Brennräumen und Kolben, wobei zwei in die gegenüberliegenden Wände bündig eingelassene, im Abstand radial versetzt zueinander gelagerte Lagerscheiben L1, L2 vorzugsweise sechs Brennkammern Cl, C2, C3, .... führen, derart, dass diese während der Drehung der Lagerscheiben parallel zu sich selbst auf einer Kreisbahn weiterbewegt werden, sowie eine mit diesen Lagerscheiben synchronisierte Nockenscheibe K andererseits vorgesehen ist,; deren etwa omega-förmige, als Kolben wirkende Nocken mit den Brennkammern im Verlauf der Drehung der Scheiben derart in Eingriff gebracht werden, dass jede Brennkammer für die Dauer des Eingriffs gemeinsam mit der zugeordneten Nocke einen Brennraum variablen Volumens bildet.

Description

Verbrennungskraftmaschine mit rotierend gelagerten Brennräumen und Kolben, insbesondere für nicht-stationäre Antriebe

Beschreibung

Im Laufe der Entwicklungsgeschichte der Verbrennungskraftmaschinen als spezieller Gruppe von Arbeitsmaschinen sind viele Vorschläge gemacht worden, um das Prinzip technisch umzusetzen, ein zündfähiges Gemisch aus Luft und einem mit Sauerstoff reaktionsfähigen Gas zu verbrennen und die freigesetzte Enthal- pie zur Erzeugung einer Drehbewegung einer Antriebswelle zu verwenden.

Das Prinzip, keinen abgeschlossenen Brennraum vorzusehen und die Bewegungsenergie der erhitzten Gase auf eine Art Schaufelrad wirken zu lassen, wie es in der Gasturbine verwendet wird, führt zu Antrieben mit einem geringen Drehmoment und geringer Anpassungsfähigkeit an ständig wechselnde Lastbedingungen, die sich nur bei stationären Arbeitsmaschinen und für bewegliche Verbraucher mit gleichförmigem Leistungsbedarf, also Luft- und Wasser-, allenfalls Schienenfahrzeuge, nicht aber Antrieben von Straßenfahrzeugen durchsetzen konnte. Gasturbinen sollen hier als vergleichbare Antriebslösungen nicht betrachtet werden.

Bei Maschinen mit definierten Brennräumen hat sich weitgehend der Kolbenmotor durchgesetzt, mit einem zylindrischen Brennraum und einem darin beweglichen Kolben, dessen Bewegung über eine im Kolben einerseits und auf einer Kurbelwelle andererseits gelagerte Pleuelstange auf eben diese Welle und damit in eine Drehbewegung umgesetzt wird. Bereits in der Frühgeschichte der Kolbenmotoren wurden mehrere Zylinder bzw. Kolben zusammengefasst, sodass sie auf eine gemeinsame Kurbelwelle wirken konnten, vor allem, nachdem man erkannt hatte, dass sich dadurch die Gleichlaufeigenschaften der Antriebe gegenüber Systemen mit nur einem Zylinder/Kolben erheblich verbessern ließen.

Viele Abwandlungen dieses - ursprünglich von der vorbekannten Dampfmaschi- ne übernommenen - Prinzips sind untersucht und werden z. T. in großem Maßstab genutzt, wobei in der Regel die Brennräume (Zylinder) mit dem Kurbelgehäuse zu einer Baugruppe zusammengefasst sind. Die Anordnung der Zylinder in Bezug auf die Kurbelwelle ist dabei - abhängig vom speziellen Verwendungszweck - vielfach abgewandelt worden, z.B. in Form des sog. Sternmotors, der vor allem in den Flugmotorenbau Eingang gefunden hat. Der am weitesten verbreitete Kolbenmotor ist der Reihenmotor, bei dem eine oder zwei Zylinderreihen entlang der Kurbelwelle angeordnet sind. Eine vor allem beim Antrieb von Zweirädern, aber auch im Flugmotorenbau zeitweise verwendete Bauweise war die Umkehrung des Prinzips, die Zylinder starr und die Antriebswelle be- weglich zu gestalten. Das Ergebnis, der sog. Umlaufmotor, bestand darin, eine feststehende Kurbelwelle einem mit dem Antrieb verbundenen Kranz aus mehreren Zylindern zuzuordnen, die folglich mit dem Antrieb rotierten, während die Kurbelwelle lediglich das feststehende Lager für das Antriebsrad bzw. den Propeller bildete. Diese Anordnung besitzt nur noch historisches Interesse.

Bei Kolbenmotoren unterscheidet man nach der Versorgung des Brennraums mit zündfähigem Gemisch im Wesentlichen Zwei- und Viertaktmotore, je nachdem, ob bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle oder erst bei jeder zweiten eine Verbrennung stattfindet. Die Entzündung des brennbaren Gemisches im geeig- neten Zeitpunkt wird gegenwärtig entweder mittels elektrischen Funkens (im sog. Ottomotor) oder dadurch bewirkt, dass das zündfähige Gemisch erst im Augenblick des Bedarfs erzeugt wird, wobei i. d. R. die Entzündung spontan geschieht, dadurch, dass die zuvor eingeleitete Verbrennungsluft durch Verdichtung ausreichend erhitzt wird (sog. Dieselmotor). Der Nachteil von Kolben- motoren besteht vor allem darin, dass eine lineare Bewegung in eine Kreisbewegung überführt werden muss, was die Drehzahl z.B. im Vergleich zu Gasturbinen begrenzt und auch verschleißanfällig ist. Eine besondere Form des Verbrennungsmotors mit geschlossenem Brennraum, die nicht auf dem Prinzip Zylinder/Kolben beruht und eine größere Verbreitung gefunden hat, ist der sog. Kreis- oder Drehkolbenmotor, nach dem Erfinder auch Wankelmotor genannt. Hierbei bewegt sich ein dreiseitiger Rotor auf einer exzentrischen Bahn in einem etwa 8-förmigen Arbeitsraum (Kammer) und bildet zwischen seiner Mantelfläche (Umfangsfläche) und den Wänden des Arbeitsraums zyklisch veränderliche Räume, die als Brennräume genutzt werden. Der Wankelmotor hat den Vorteil, dass er keine hin- und hergehenden Bauteile besitzt und daher auch bei hohen Drehzahlen vibrationsarm läuft. Mit dem Wan- kelmotor ist es aber andererseits nicht möglich, die Leistung, gegebenenfalls nach entsprechender Untersetzung, direkt auf eine Antriebswelle zu bringen, sondern es muss ein spezielles Getriebe vorgeschaltet werden, um die ungleichförmige exzentrische Bewegung in eine gleichförmige Bewegung der Antriebswelle zu überführen. Der Wankelmotor ermöglicht bauartbedingt nur ein relativ niedriges Verdichtungsverhältnis, d.h. einen geringen thermodynamischen Wirkungsgrad, kann bisher nicht nach dem Dieselprinzip betrieben werden und besitzt Brennräume mit relativ großer spezifischer Oberfläche, also hohen Wärmeverlusten.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, den Wirkungsgrad von vorzugsweise nicht-stationären Antrieben zu verbessern, Ressourcen und Umwelt zu schonen; leichtere, leisere und einfachere Motoren anzugeben, die ein hohes Drehmoment bereits bei geringer Drehzahl mit hoher Leistung bei hoher Drehzahl verbinden; einen Motor mit hohem Verdichtungsverhältnis zu schaffen; mindestens einen Teil der Leistung direkt auf eine oder mehrere Triebwelle(n) zu übertragen; einen Motor zu schaffen, bei dem nicht nur die Zufuhr von Treibstoff und Luft gesteuert werden können, sondern auch das Verdichtungsverhältnis je nach Leistungsbereich verändert werden kann. Die Erfindung hat sich weiterhin die Aufgabe gestellt, einen Motor zu schaffen, der sowohl nach dem Prinzip des Otto-Motors mit Benzin, mit Gemischbildung durch Vergaser, wie auch mittels Einspritzung, als auch nach dem Dieselprinzip betrieben werden kann, ebenso mit anderen Kraftstoffen einschließlich Wasserstoff. Diese und andere Aufgaben werden gelöst und Vorteile werden erzielt mit einer nach einem modifizierten Umlaufprinzip aufgebauten Verbrennungskraftmaschine, wie sie in den beigefügten Patentansprüchen wiedergegeben und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert ist.

Die Maschine weist gemäß der Figur 1, die einen schematischen Querschnitt wiedergibt, zwischen zwei querschnittsparallelen (also in der Figur nicht erkennbaren) Wandflächen einen angenähert 8-förmigen Innenraum IR auf, innerhalb dessen sich eine Anzahl m etwa nach Art eines Maulschlüssels oder stilisierten C geformte Brennkammern Cl, C2, C3 .... C6 derart bewegen, dass sie auf einer Kreisbahn um ein Zentrum Z ständig mit ihrer Öffnung in die gleiche Richtung zeigen, nämlich in die Richtung der Achse einer seitlich von den Brennkammern angeordneten Nocken- oder Verdichterscheibe K, die nachstehend beschrieben ist und diese räumliche Lage parallel zueinander und zu sich selbst beibehalten, während sie sich auf der Kreisbahn bewegen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Brennkammern jeweils zweifach auf Bolzen (Bl, B2, B3 .... B6 bzw. B7, B8, B9 .... B12) gelagert sind, die in zwei drehbare, radial gegeneinander und zum Zentrum Z versetzte Lagerscheiben Ll und L2 eingelassen sind. Diese Lagerscheiben (in der Figur 1 teilweise verdeckt und nur beschränkt erkennbar) sind in je eine gegenüberliegende Vertiefung der Wandflächen bündig eingelassen, also außerhalb des von den Brennkammern überstrichenen Raums. Die Wandflächen bilden eine starre seitliche Begrenzung der von den Brennkammern vorgegebenen beweglichen Brennräume. Zwischen diesen parallelen Wandflächen ist weiterhin eine mit den Lagerscheiben synchronisierte Nocken- oder Ver- dichterscheibe K vorgesehen, die annähernd Ω- oder becherförmige Nocken Kl, K2, K3 .... K6 aufweist, mit denen sie während der Drehung zeitweise, d.h. über einen begrenzten Drehwinkel in die Brennkammern Cl - C6 eintaucht. Diese Nocken wirken wie die Kolben eines herkömmlichen Otto- oder Dieselmotors, indem sie während der gleichzeitigen Drehung von Nockenscheibe und Lager- Scheiben zusammen mit den Brennräumen und den begrenzenden parallelen Wänden Brennkammern variablen Volumens bilden, also im Verlauf der Drehung der Nockenscheibe Verdichtung und Entspannung ermöglichen. Die Anzahl der Nocken entspricht normalerweise der Zahl m der Brennkammern. Es ist aber auch möglich, bei geeigneter Formgebung der Mantelflächen sowohl die Zahl m der Brennkammern Cl - C6 als auch die Zahl der Nocken Kl - K6 der Nockenscheibe zu verändern. In der Figur 1 ist die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung mit m = 6, d.h. sechs Brennkammern und sechs Nocken wiedergegeben, m kann z.B. zwischen 4 und 7 liegen. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Angabe "angenähert 8-förmiger Innenraum" lediglich den Mindestraum bezeichnet, innerhalb dessen die erfindungsgemäße Anordnung arbeiten kann. Der Innenraum kann z.B. nach der vom Eingriff der Brennkammern und der Nokkenscheibe abgewandten Seite hin in eine oder beide Richtungen erweitert sein.

Man erkennt in der Figur 1 ohne weiteres, dass die Lagerung der Brennkammern auf den Lagerscheiben mittels Bolzen Bl- B6 bzw. B7 - B12 in der Weise erfolgt, dass jede Kammer mit einem unteren Bolzen an der Lagerscheibe Ll und mit einem oberen Bolzen an der Lagerscheibe L2 geführt ist. Natürlich ist die gewählte räumliche Angabe ("oben", "unten") willkürlich und dient lediglich der Beschreibung im bezug auf die Figur; praktisch ist jede andere räumliche Anordnung möglich. Dadurch, dass die Achsen der Lagerscheiben nicht konzentrisch, sondern radial gegeneinander versetzt (exzentrisch) gelagert sind, ergibt sich, dass die Brennkammern sich jederzeit parallel zu sich selbst und zueinander bewegen. Genauer gesagt, sind die Achsen der Lagerscheiben um den gleichen Betrag gegeneinander versetzt wie die Lagerbohrungen der Brennkammern Cl - C6. Die Brennkammern weisen stets mit der offenen Seite in Richtung der gegenüberliegenden Nockenscheibe, mit deren Nocken sie innerhalb eines gegebenen Drehwinkelbereichs kämmen, d.h. im Eingriff stehen sollen. Dies wird dadurch bewirkt, dass die Lagerbuchsen oder Bohrungen auf den Lagerscheiben, in welche die Bolzen eingepasst sind, sich auf einem Kreis befinden, der den gleichen Durchmesser hat wie gegebene Referenzpunkte der Brennräume, also z.B. die Zentren der Bolzenlager (Bl - B6 in Figur 1).

Die Nockenscheibe K ist einteilig gestaltet. Sie hat, wie schon erwähnt, die glei- ehe Stärke wie die Brennkammern und weist eine mit etwa omega- oder becherförmig gestalteten Nocken oder Verdichterelementen Kl - K6 versehene Mantelfläche auf. Die Nocken nehmen im Eingriff mit den Brennkammern die Funktion von Kolben herkömmlicher Kolbenmotoren wahr. Entsprechend dieser Funktion kann die Gestaltung der zu den Kammern hin gerichteten Fläche der Nocken, die herkömmlichen Kolbenboden bei einem Ottomotor entspricht, als mehr oder weniger stark ausgeprägte Vertiefung, Fehlen oder sogar durch eine Vorwölbung gekennzeichnet sein. Auf diese Weise lässt sich ersichtlich das Verdichtungsverhältnis der Anordnung in weitem Maß verändern. Die Mantelflächen der Nocken sollen so gestaltet sein, dass sie beim Überstreichen der Innenflächen der Brennkammern möglichst gasdicht anliegen oder sie sollten geeignete Dichtleisten aufweisen. Die Konstruktion der Dichtleisten muss darauf Rücksicht nehmen, dass diese während eines Teiles des Weges der Nockenscheibe nicht auf den korrespondierenden Flächen der Brennkammern aufliegen und daher gegen Herausfallen gesichert sein sollten. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Dichtleisten sich in schwalbenschwanzartigen Nuten befinden.

Durch diese Gestaltung ist es möglich, dass jede Nocke der erfindungsgemäßen Nockenscheibe in die zugeordnete Brennkammer bei einem bestimmten Winkel der Kreisbewegung eingreift und sich damit der Brennraum der Brennkammer zu schließen beginnt.

Unterstützt durch die Anordnung weiterer Bauteile, die nachstehend beschrieben werden, ergibt sich im Verlauf der kreisförmigen Drehbewegung jeder Brennkammer im Zusammenwirken mit den Nocken der Nockenscheibe ein Ansaug-, Verdichtungs-, Arbeits- und Entspannungs- (Auslass-)takt, ohne dass es hierzu spezieller Ein- und Auslassventile für Frischgas und Abgas bedarf. Ersichtlich stehen Kolbennocken und Brennkammern jeweils nur während eines bestimmten Drehwinkels miteinander im Eingriff, sodass während der restlichen Drehbewegung ausreichend Zeit für die erforderlichen Füll- und Entleerungsvorgänge der Brennräume bleibt.

Beschreibung der wesentlichen Bauelemente

Der erfindungsgemäße Motor umfasst nach der Explosionszeichnung (Figur 2), welche die wesentlichen Bauelemente und deren Zuordnung wiedergibt, zwei parallele Wandplatten (Wl, W2) und einen dazwischen angeordneten, etwa 8-förmigen Mantelkörper (M), die gemeinsam einen Arbeitsraum bilden, innerhalb dessen sich weitere Bauelemente befinden. Außerhalb der mit Ausnehmun- gen L'l, L'2 für die Lagerscheiben Ll, L2 versehenen Wandplatten Wl und W2 sind Deckplatten Dl, D2 vorgesehen, die unter anderem die Lager für die Lagerscheiben aufweisen und außerdem Schlitze für die Frisch- und Abgasführung (SF bzw. SA), die mit Schlitzen gleicher Funktion in den Wandscheiben korre- spondieren. Über diesen Schlitzen für die Frisch- und Abgasführung sind Krümmer (KF bzw. KA) für die Zufuhr und Ableitung der Frisch- bzw. Abgase angeflanscht. Durch die Abmessungen der Schlitze und eventuell dadurch, dass diese variabel gestaltet sind, kann die Leistung der Maschine den jeweiligen Erfordernissen angepasst werden. Durchlässe Hl - H6 (von denen in Figur 2 le- diglich H4 und H5 mit ihren Bezugszeichen versehen sind) an mindestens einer der Lagerscheiben leiten die Frischluft zu den jeweils zugänglichen Brennkammern weiter. Angedeutet sind weiterhin die Bohrungen, in die ein Einspritzventil EV sowie eine Zündkerze ZK eingesetzt werden können.

Die Lage der Brennkammern Cl - C6 sowie der Nockenscheibe K mit ihren Nokken Kl - K6 innerhalb der Maschine sind ebenfalls wiedergegeben. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind bei den Brennkammern, Nocken und Bolzen nicht alle identischen Elemente mit Bezugszeichen versehen, sondern nur einzelne. Zur Beschreibung dieser Bauteile wird auf die Darstellung weiter oben verwiesen. Es ist lediglich noch auf einen Führungsstern ST hinzuweisen, der zur zusätzlichen Abstützung der Brennkammern gegen deren Rotationszentrum vorgesehen werden kann und von der Achse durchsetzt wird, welche die größere (Ll) der beiden Lagerscheiben trägt. Dieser Führungsstern ist für den Betrieb der Vorrichtung nicht unbedingt erforderlich.

Die Lagerscheiben weisen zur Aufnahme der Bolzen der Brennkammern Cl - C6 Lagerbuchsen, Bohrungen oder Gewinde auf. Diese liegen jeweils auf Kreisbögen konzentrisch zu deren Lagern. Es versteht sich, dass die Bolzen und die sie aufnehmenden Bauelemente so kräftig wie möglich sein sollten, da sie die Mo- torleistung übertragen müssen und nur einseitig abgestützt sind. Andererseits schließen die Brennkammern unmittelbar an die Lagerscheiben an, sodass, anders als etwa bei den Pleueln eines herkömmlichen Otto- oder Dieselmotors, an den Bolzen lediglich Scherkräfte und keine Knick- oder Biegemomente auftreten. Es versteht sich, dass die Stärke der Brennkammern dem Abstand der pa- rallelen Wände entspricht (ohne Berücksichtigung von Spielräumen, die zur Aufnahme von Schmiermitteln und/oder Dichtleisten vorgesehen sind). Die Stärke der Brennkammern Cl - C6 und der Nockenscheibe K und der damit identische der Abstand der parallelen Wände kann frei gewählt und damit der "Hubraum" der erfindungsgemäßen Maschine bestimmt werden.

Die Synchronisierung der Lagerscheiben untereinander erfolgt zweckmäßig über ein außerhalb des Arbeitsraums angeordnetes Zahnradpaar ZI, Z2. Die Synchronisierung einer Lagerscheibe mit der Nockenscheibe erfolgt zweckmäßig mittels weiterer Zahnräder, die auf Verlängerungen der Achsen der betreffenden Lagerscheiben bzw. der Nockenscheibe außerhalb des Arbeitsraums sitzen. Diese Zahnräder werden zweckmäßig über eine Vorgelegewelle synchronisiert, die in der Figur weggelassen ist. Die Lagerscheiben weisen ebenso wie die Nokkenscheibe zweckmäßig eine zentrale Bohrung auf, die für die Kraftübertragung über ein Keilwellenprofil verfügt, wie in der Figur 1 angedeutet.

Alle Techniken, die bei herkömmlichen Brennkraftmaschinen angewendet werden wie: Zusatzeinrichtungen zur Leistungssteigerung (Abgasturbolader, Kompressoren), Zündtechniken, Gemischbildung, (Vergasung, Einspritzung, Mehr- facheinspritzung, Dual-Treibstoffzufuhr, Verwirbelung der Luft und des

Treibstoffs, Abgasrückführung), Schmierung, Auswahl geeigneter Werkstoffe sind auf das erfindungsgemäße Motorprinzip ohne weiteres anwendbar.

Arbeitsweise

Der Ablauf der Drehbewegung und damit die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Motors ist in den Abbildungen 3a und 3b dargestellt, wobei eine Arbeitsweise zugrundegelegt wird, die einem herkömmlichen Zweitaktmotor entspricht. Das bedeutet, dass die Spülung eines Brennraums im Wesentlichen durch das Einströmen von Frischluft bewirkt wird, wobei im Falle der erfindungsgemäßen Maschine eine Querspülung erfolgt, dadurch, dass, wie oben dargestellt, Frischluft- und Abgaskrümmer sich auf gegenüberliegenden Seiten des Arbeitsraums befinden. Dabei erstreckt sich ein vollständiger Betriebszyklus einer und derselben Kammer vom Beginn einer Arbeitsphase bis zur nächsten identischen Phase über einen Drehwinkel der Nockenscheibe bzw. der Lagerscheiben von jeweils 360°, wobei bei der 6-kammerigen Maschine insgesamt 6 Betriebszyklen innerhalb einer vollständigen Umdrehung der Nockenscheibe gleichzeitig ablaufen. Es sei dabei folgendes bemerkt: Wenn man die Drehzahl der Nockenscheibe des erfindungsgemäßen Motors mit der Drehzahl der Kurbelwelle eines herkömmlichen 4-Takt-Kolbenmotors gleichsetzt, der bekanntlich auf 2 Umdrehungen der Kurbelwelle einen Arbeitstakt je Zylinder ausführt, entspricht dies einem 12- Zylindermotor. Dies erklärt ohne weiteres, dass die erfindungsgemäße Maschine eine höchst effiziente Arbeitsweise ermöglicht.

Bei einer Anzahl rn = 6 der Brennkammern erstreckt sich der Eingriff von Kolben und damit der eigentliche Arbeitstakt mit Verdichten, Zünden und Entspannen demnach über mindestens etwa 60°, wobei nicht berücksichtigt ist, dass während des restlichen Wegs bis zum Beginn eines neuen Arbeitstaktes Be- triebsvorgänge weiterlaufen können, wie z.B. der Auslassvorgang oder die Spülung des Brennraums. Der gesamte restliche Drehwinkel von 300° steht für solche Spülvorgänge, zusätzliche Kühlung und Wiederbefüllen der Brennkammer zur Verfügung. Die nachstehend verwendeten Winkelangaben beziehen sich jeweils auf einen Drehwinkel im Uhrzeigersinn für einen bestimmten Brennraum bzw. die zugehörige Nocke, gerechnet ab der Stellung 0° für den Augenblick der höchsten Verdichtung (siehe Figur lb), die dem oberen Totpunkt (OT) eines herkömmlichen Kolbenmotors entspricht.

Der Beginn eines Arbeitstaktes einer bestimmten Brennkammer ist in der Figur 3a wiedergegeben, die den Augenblick des Öffnens des Brennraums zum Frischluftraum für die Brennkammer C5 bei ca. 80° ab OT wiedergibt; die voranlaufenden Brennkammern C2 bis C4 kommunizieren ebenfalls noch mit den Schlitzen der Frischluftzufuhr. Figur 3b bezeichnet, wie schon erwähnt, den Zu- stand der höchsten Verdichtung, der bei dem jeweils im Eingriff befindlichen Brennraum/Kolben-Paar eintreten kann. Dadurch, dass gleichzeitig das Abgas in zwei nach zwei Seiten hin offene Räume strömt, ist es möglich, über diese Räume auf einer Seite Frischluft zuzuführen, während auf der anderen Seite Abgas entweicht.

Im Volllastbetrieb kann das sich weiter ausdehnende (noch nicht vollständig verbrannte) Gas über den eigentlichen Brennraum hinaus weiter genutzt werden, um dessen Restenergie in Bewegung umzusetzen.

Mittels eines Vorverdichters wird dem System beginnend ab OT über die An- saugrohre (Krümmer KF) und die Schlitze der beiden Lagerscheiben Frischluft oder ein Gas/Luft-Gemisch zugeführt. Als Vorverdichter eignet sich z.B. ein Abgasturbolader oder ein fremdangetriebener Kompressor. Die Reste der bereits vorher teilweise entwichenen Abgase werden durch die Frischluft bzw. das frische Gas/Luft-Gemisch in Richtung der Auslasskrümmer KA bewegt.

Im Bereich von ca. 90° bis ca. 270° wird Frischluft zugeführt. Ab ca. 270° sind die Seitenflanken der Brennkammern geschlossen und die Frischluft tauscht nicht mehr mit den Abgasen.

Dadurch, dass die Brennkammer C und die korrespondierende Nocke K der

Nockenscheibe sich aufeinander zu bewegen, findet eine weitere Vorverdichtung der Verbrennungsluft statt. Die Maschine wirkt dabei ähnlich wie die allgemein bekannten Roots-Verdichter.

Bei ca. 305° (je nach Anzahl der Kolben) fädelt sich die Nocke in die Brennkammer ein - ab jetzt findet die in der Brennkammer eigentliche Kompression der Frischluft statt.

In der Nähe des OT wird Treibstoff über ein in die Wand eingelassenes Ventil seitlich in die Brennkammer eingespritzt. Im Dieselbetrieb zündet das Gemisch wie üblich von selbst. Es kann jedoch, wie etwa bei sog. Vielstoffmotoren üblich, zusätzlich eine Zünd- oder Glühkerze vorgesehen werden, zweckmäßig ebenfalls in der Wand im Bereich des OT. Beim Betrieb als Benzinmotor ist die Anordnung einer Zündkerze üblich. Es ist darauf hinzuweisen, dass bei Volllast eines Die- selmotors die Dauer des Einspritzvorgangs bei Anordnung des Einspritzventils in der Nähe des OT unzureichend sein kann, weil die Kraftstoffeinspritzung bei Dieselmotoren sich in diesem Fall über eine längere Dauer des Verbrennungsvorgangs erstrecken muss; daher sollte gegebenenfalls Mehrfacheinspritzung vorgesehen werden.

Das entzündete Gemisch dehnt sich aus und treibt die Nocke aus der Brennkammer heraus; dies führt zu einer Drehbewegung der Lagerscheiben und des Nockenrads.

Die Bewegung wird direkt auf die Nockenscheiben- und Lagerscheiben-Achsen in zwei gegenläufige Rotationsbewegungen umgesetzt.

Bei niedriger Last reicht die Kraft des entzündeten Gemisches, bis die Nocke die Brennkammer verlassen hat. Bei Volllast ist im Allgemeinen noch ein Restdruck vorhanden; dieser wirkt bis zum Erreichen der Auslass-Schlitze weiter, über den eigentlichen Brennraum hinaus, und wirkt im Sinne einer Vergrößerung des Ab- stands zwischen Nocke und Brennraum.

Nachdem die Leistung weitgehend genutzt ist, kann das Abgas durch die Auslass-Schlitze zwischen etwa 90° und 270° ab OT entweichen. Durch einen Überdruck von Frischluft werden die Abgase aus den Leerräumen verdrängt.

Einlass-Schlitze für Frischluft und Auslass-Schlitze für Abgase sollten so dimen- sioniert sein, dass möglichst wenig Abgas in System bleibt. Dies ist nach einigen Vorversuchen leicht einzurichten, da für den Brennkammerweg zwischen Zündung und Wiederbefüllung ein Drehwinkel von mindestens 180° zur Verfügung steht und damit auch bei hohen Drehzahlen wesentlich mehr Zeit als bei herkömmlichen Kolbenmotoren, um eine praktisch vollständige Spülung und Wie- derbefüllung der Brennräume zu ermöglichen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verbrennungskraftmaschine nach Figur 1 mit rotierend gelagerten Brennräumen und Kolben mit einem im Wesentlichen von zwei Wänden mit pa- rallelen Innenflächen begrenzten etwa 8-förmigen Innenraum, innerhalb dessen zwei in die gegenüberliegenden Wände bündig eingelassene, im Abstand radial versetzt zueinander gelagerte Lagerscheiben Ll, L2 einerseits sowie eine mit diesen Lagerscheiben synchronisierte Nockenscheibe K andererseits vorgesehen sind, wobei zwischen den Lagerscheiben eine An- zahl m nach Art eines Maulschlüssels oder C seitlich offene, mit zwei Lagerbohrungen versehene Brennkammern Cl, C2, C3, .... mittels in die Lagerscheiben eingelassener Bolzen derart gelagert sind, dass sie während der Drehung der Lagerscheiben parallel zu sich selbst auf einer Kreisbahn weiterbewegt werden, dabei ständig mit ihrer Öffnung auf die Nocken- scheibe K hin gerichtet sind und dass die Nockenscheibe etwa omega- förmige Nocken aufweist, die mit den Brennkammern im Verlauf der Drehung der Scheiben derart in Eingriff gebracht werden, dass jede Brennkammer für die Dauer des Eingriffs gemeinsam mit der zugeordneten Nok- ke der Nockenscheibe einen als Verbrennungsraum wirkenden Raum variablen Volumens einschließt, sodass sich nacheinander ein Verdich- tungs- und ein Entspannungsvorgang innerhalb der Brennkammer ergibt, wobei Nocken und Brennkammern jeweils nur während eines Drehwinkels miteinander im Eingriff stehen, der etwa dem m-ten Bruchteil einer vollen Umdrehung der Lagerscheiben bzw. der Nockenscheibe entspricht.

2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Lagerscheiben und Nockenscheibe dadurch synchronisiert sind, dass sie untereinander - gegebenenfalls über eine Vorgelegewelle - verzahnt sind.

3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Brennkammern m = 6 beträgt und dass 6 Nocken auf der Nockenscheibe vorgesehen sind.

4. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Figur 2 für die Zufuhr eines zündfähigen Gas/Luft- Gemisches oder von Verbrennungsluft einerseits und Kraftstoff andererseits Rohrleitungen und angeschlossene Krümmer vorgesehen sind, die in die Wände des Arbeitsraums münden und zeitweise mit mindestens einer Reihe von Schlitzen fluchten, die in eine beiden Lagerscheiben eingelassen sind, dass ferner Rohrleitungen und angeschlossene Krümmer vorgesehen sind, die ebenfalls in Schlitze der Wände münden und der Führung von Abgasen dienen.

5. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Frischlufteinlässe und Abgasführungen mehrfach vorhanden sind.

6. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens eine Wand des Innenraums Mittel eingefügt sind, mit denen zu einem vorbestimmten Zustand ein Gas/Luft-Gemisch gezündet werden kann.

7. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenscheibe K bzw. die hiermit synchronisierten Lagerscheiben auf eine Antriebswelle wirken.

8. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Brennkammer- und Kolbenflächen mit an sich bekann- ten Flächendichtungen versehen sind, die aus einem auf den Wänden gleitfähigen, gegebenenfalls vom Material der Brennkammern bzw. Nokkenscheibe verschiedenen Material bestehen.

9. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stimkanten der Brennkammern mit Dichtleisten versehen sind.