EP2394023B1 - Rotary piston internal combustion engine - Google Patents

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EP2394023B1
EP2394023B1 EP10702820A EP10702820A EP2394023B1 EP 2394023 B1 EP2394023 B1 EP 2394023B1 EP 10702820 A EP10702820 A EP 10702820A EP 10702820 A EP10702820 A EP 10702820A EP 2394023 B1 EP2394023 B1 EP 2394023B1
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EP
European Patent Office
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piston
combustion engine
disc
housing
working
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Helmut Porod
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01CROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/02Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F01C1/063Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents with coaxially-mounted members having continuously-changing circumferential spacing between them
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01CROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C21/00Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/04Lubrication
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01CROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C21/00Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/08Rotary pistons
    • F01C21/0809Construction of vanes or vane holders

Definitions

  • pan, double-wing or rotary piston internal combustion engines are known, for the most part the power transmission from the piston to the working shaft by mechanical engines such as gear and planetary gear, crank mechanisms, and the control of work cycles by eccentric shafts, sliding blocks, control cam linkages and Take over pawls. It is also known that one or more piston pairs in an annular cylinder form variable spaces by a controlled mechanism. None of the above-mentioned engine systems known hitherto have been technically or commercially implemented. This is due not only to the usually very complex constructed mechanical power transmission and control systems, but in particular by a lack of thermal and high pressure gas tightness at the sealing boundary between the chambers of the rotating piston, the piston discs and the inner wall of the annular cylinder.
  • a working and internal combustion engine ( DE-OS 1426022; 1969 ) is equipped with at least two in a cylinder, about a common axis revolving double-wing piston, which include between their wings located working chambers and are connected together via a control gear such that the one wing piston, except its common orbital motion with the other wing piston, with respect to the latter still an additional, the working chambers periodically increasing and decreasing relative movement performs.
  • the control gear relative to the planetary pinion eccentric of the eccentric drive is adjustable so that not only increases the degree of compression, but also an increase in the working chamber volume is achieved.
  • An internal combustion engine ( DE-OS 1965865 A; 1971 ) Is described in one embodiment, that a ring cylinder with housing and gear fixed. Shaft and flywheel are connected. Four double pistons as piston pair are rigidly connected to the associated piston disc. The circular motion of the pistons is generated by the shaft via the fixed gear, the planetary gear and an eccentric shaft, which are connected via sliding blocks with the piston disc, so that cylindrical spaces periodically increase and decrease.
  • the gear ratio of the planet gears to the fixed gear is 2: 1. Based on the speed of the eccentric shaft, the design corresponds to a four-stroke eight-cylinder piston engine.
  • An arc piston internal combustion engine ( DE-OS 2353807 A1, 1975 ) is characterized in that in each case two opposite in a ring cavity of the housing arc piston are connected by two cross-anchored on a pendulum shaft piston levers to two pairs of curved pistons, which form by rotating the two piston levers mutually four volume-changing combustion chambers in the annular cavity, each of two curved pistons be limited.
  • the control of the gas exchange in the four combustion chambers is performed by rotating a slotted, on a central intake, the funnel-shaped design of the housing and sealed sealing against the funnel-shaped surface control cone.
  • a known internal combustion engine ( DE-OS 3330125 A1; 1985 ) works in two- and four-stroke with a rotary piston.
  • This rotary piston in a hollow cylinder with one or more fixed separation segments and with one or more piston segments on the shaft, which is mounted in the cylinder bottoms is offset by combustion pressure in a reciprocating motion.
  • the pendulum motion is thereby implemented via gears and freewheels in continuous motion.
  • the DE 44 28 341 A1 which is considered the closest prior art, A1 relates to a rotary piston working machine with an even number, ie at least two in an annular, with spaced inlet and outlet openings provided cylinder space movable working piston, each at one of at least two about a common motor main axis rotatable and relatively movable piston carriers are arranged, wherein the two piston carriers by means of a mechanical Forced to each circulation movements are imposed with periodic speed change, such that for the purpose of forming a compression space of one or more defined points of the annular cylinder space associated deceleration or a stoppage of a piston carrier a trailing movement of the other piston carrier and a purpose of forming an expansion space subsequent further movement of a piston carrier is associated with a renewed trailing movement of the other piston carrier.
  • the piston carriers are formed as circular, flat discs on which the working pistons are fastened or made in one piece with these, and which are provided with a curvature of their peripheral surface corresponding to the cross-section
  • the DE 306 613 C relates to an explosion engine with two each attached to an impeller and alternately circulating in an annular space, temporarily held by controlled locking pieces piston.
  • a Sperr Swissencover is controlled by each of two rigidly connected to the wheels GmbHringen in which associated with the motor axis Mit Cartoonzier each with a resilient latch, through which the latter in misfires or overloading of the machine one or both pistons are taken.
  • the DE 195 25 803 A1 relates to a device for controlling the power of a rotary piston engine with electronic control unit.
  • a flexible shaft connection is arranged, which consists of two adjacent claw-like mutually overlapping discs, which are fixedly connected to the engine shaft and the transmission shaft and in the direction of rotation of the waves have a limited by the claw-like overlaps game that means a sensor system can be determined.
  • the sensor system is connected to an electronic control unit. Between the two adjacent discs elastic elements are arranged to transmit power.
  • the WO 91/10820 A1 refers to a rotary piston internal combustion engine.
  • each piston has an axially parallel, radially open outer groove and two radially extending, at their radially outer ends in the outer groove opening, after opposite end faces axially open side grooves.
  • In the outer groove is an elongated, arranged under the action of a spring with its one longitudinal side surface radially against a part-cylindrical inner surface of the rotor outer wall fitting, acting as an axial seal ceramic sealing strip.
  • the invention has for its object to present a functional, economical and technically feasible engine concept in a compact design with low production costs and new working principle, compared to the built-in motor vehicle today reciprocating engine not only one achieved overall improved efficiency, but also a much simplified sensitive control and regulation, which includes rotating in an annular cylinder piston pairs.
  • Another object of the present invention is to provide a high torque, long life, low speed engine that meets today's fuel and energy saving needs as well as low polluting exhaust emissions (eg, CO 2 emissions), including hydrogen powered or other alternative fuels (Natural gas, biofuels, etc.) can meet.
  • Another object is to provide with little effort a safe, effective and easy cooling of the engine and an integrated between the piston discs oil pump function for a pressure circulation lubrication.
  • the sensor-controlled RKB 50, 60 to be described in this invention with two conventional external starters or with two internal ECM 45, which are contactlessly switchable, controllable and controllable as a starter, generator and as a hybrid drive, magnetic disk and Hall sensor or position sensor, includes the particular two advantageous concept in an annular housing about a common axis rotating piston discs, each with two symmetrically arranged pistons as piston pairs (Kp) directly in an upper and lower dead center (OT / UT) face each other a recurring working position for the alternately rectified rotational movement, without limitation by gear or crank gear, taking.
  • the compression and stroke ratio by the variable length of the pin 48 and / or the piston angle or piston length 1 - 4 and its diameter is determined.
  • two openings 30 are provided, which are connected to a compressed air line 32 and an electrically controllable valve 52 which can compensate the compression pressure from the compression to the suction chamber when a piston is located between the two openings.
  • the required starter torque and the engine power eg with a rotary potentiometer on the gas pedal or other actuators
  • the variable compression Vc can be controlled.
  • the expansion chamber is another opening 31 which is closed with a check valve 54 and the chamber 29 opens at low pressure to facilitate the starting process.
  • the thereby compressed fuel-air mixture is then further rotated with both piston pairs 45 ° / 60 ° / 72 ° Kw by the starter of Kp a to the UT . If no ignition of the fuel-air mixture, the Kp b b again rotated by the starter Kp of 90 ° / 60 ° / 36 ° Kw.
  • the alternating direction of rotation is switched by a magnetic disk 112 and with the aid of Hall sensor or position sensor 113 and control electronics, and the O position of the OT / UT is detected. This process is repeated until the ignition switch is set to position "0" or the engine starts automatically.
  • the ignition switch 138 is turned to the "1" position.
  • the starting process of the engine is greatly facilitated by the electrically adjustable pressure compensating valve 52 between the chamber 26, 27 and the check valve 54 in chamber 29 .
  • the spark is preferably controlled by a Hall sensor and a Hall wheel with at least two grooves directly with the Kp a, b and two single-filament coils, which are connected to a battery generated.
  • the control of an early and late ignition, as in conventional motors, via a vacuum box which is fed via the intake passage, by pressing the support plate 132, 133 take place automatically.
  • the Kp a, b can now alternately by simultaneously entrainment of the working shaft 58, gear control disc 83, 84 or the rotor 102 of the internal ECM by the oppositely acting backstop 75, 76, by 90 ° / 60 Continue turning ° / 36 ° Kw . At the same time all necessary work cycles are carried out. This process is repeated until the engine is switched off.
  • the compression pressure in the chamber 27 is via an electrically controllable valve 52 for pressure control in conjunction with the accelerator pedal (e-gas) or other suitable adjusting mechanisms regulated so that both piston pairs after 90 ° / 60 ° / 36 ° Kw still slightly touch the pin 48 and the idle speed is kept constant.
  • the electrically controllable valve 52 is simultaneously opened or further closed and the compression pressure in the chamber 27 and the operating power or speed of the motor reduced or increased. Also in this operating condition, the following pair of pistons will automatically stop in the OT / UT by the reaction force acting counter to the direction of rotation until the working pair of pistons contacts the stationary pair of pistons at its pin and then by transmitting the thermal gas pressure and the kinetic energy or the moment of inertia turn again until UT / OT and next At .
  • the speed of Kp a, b and the power of the engine through the early or late ignition via a vacuum box, which is connected to two rotatably mounted Hall sensors, regulated.
  • the motor includes two pairs of 180 ° Kw opposite piston pairs with the piston 1, 2 (Kp a ) and 3, 4 (Kp b ), the interchangeable on each circular piston disk 5, 6 automatically axially at the same distance from the inner wall of the housing 17th , 18 can position. This is once by the sliding connection of the piston rod 8 in the piston pin 7 and a precise radial backlash adjustability, by means of two threaded pins 12 in the threaded bore 11, with spherical and eccentric offset screw end, which engages in a sliding block 9 Fig.
  • each of the four pistons has a right-angled and in another variant a circular arc-shaped cross-section, which ends in the base in a base 10 Fig. 5 , 6 , These cross-sections are to four pistons 1 - 4 configured with pin 48 at the end faces.
  • These pistons simultaneously perform a valve and sealing function to the multi-part closed housing 17, 18, 19, to the four chambers 26-29 and to the piston discs.
  • the intake 35 and exhaust port 36 is at the periphery Fig. 1.1 the housing arranged so that a valve control for sealing the openings in the recurrent rotational movements of the piston pairs in the working position of the OT / UT omitted.
  • the housing 17 and 18 has a threaded bore 40, 41 for receiving a spark plug 42 in the UT .
  • Two piston disks which are mounted on the outer diameter of the hub 14 on the left and right in the housing 17, 18 by means of ball bearings 15, 16 , form a claw-shaped toothing 66, 67 at the end face.
  • a backstop (freewheel) 21, 22 which is connected to the hub 14 by a feather key 25 , arranged so that alternately a piston discs with a Kp a or b centric to the working shaft 58 can rotate in one direction only.
  • the working shaft 58 is supported by sliding or needle bearings 61 in the hub bore of the piston disk Fig. 2 , 1 On this shaft is left and right with the claw-shaped teeth 66, 67 an inner clutch disc 69, 70 with the piston discs 5, and 6, axially coupled.
  • the inner clutch disc is mounted with the ball bearings 72, 73 and 77, 78 on the outer clutch disc. Between the ball bearings, a backstop 75, 76 is concentrically arranged so that the inner 69, 70 via the outer clutch disc (80), (81) with the key 82, the working shaft rotates in the direction of piston rotation.
  • the stator (E magnet) 103 of the internal ECM is attached to the housing cover 95, 96 concentrically with the working shaft.
  • the rotor is electronically cummed or detected by three Hall sensors or position encoders 113 distributed around the stator 103 and also attached to the housing cover Fig.
  • a flywheel 88 in which the torque of the engine is stored and which may be in connection with a mechanical or automatic vehicle clutch and transmission.
  • an oil rotary duct 89 is provided, which can also accommodate a sensor 87 for speed detection of the working shaft.
  • a V-belt pulley 92 on the outer clutch disc 80 for driving the necessary attachments such as water pump, alternator, refrigerant compressor, etc. is provided.
  • the working shaft is fixed and centered by two corrugated spring washers or disc springs 90 by means of two nuts 91 (or other suitable fasteners) to the housing in such a way that the outer clutch disc 80, 81 to the inner clutch disc 69, 70 respectively over the Ball bearings 77, 78, and 15, 16 axially on the left and right housing 17, 18 can be supported.
  • This ensures a length compensation for the existing temperature changes and tolerance compensation of the individual components.
  • the starting process is on the one hand inventively made possible that with a positive axial coupling 66, 67, a connection of a sprocket 85, 86 via the gear control disc 83, 84 to the inner clutch disc 69, 70 and piston disc 5, 6 is produced.
  • the piston pairs a, b are thereby alternately driven by an external starter 139, 140 from any position, within the annular cylinder 19 .
  • an external starter 139, 140 By means of a sensor 118, 120 which is fixed to the housing cover 95, 96 at top dead center , the starters of the piston pairs a and b are switched on or off without contact via two symmetrically arranged outer circular segments 122, 123 .
  • About two symmetrically arranged inner circle segments 128, 129 is a sensor 125, 126, which is also attached to the housing cover 95, 96 at top dead center Fig.
  • the lock consists of a stable pin guide 100, 101 with a locking pin 97 and two stops 105, 106, which are connected to a damper disc 110, 111 .
  • the gear control disc is rotatably stopped relative to the damper disc, against the damping action of a spring 115,116 Fig. 2.2- 2.4.
  • the circular arc piston variant Fig. 5.5- 5.7 and Fig. 6 , 1 . 6.6 According to the invention is represented by a cross section having a base 10 down.
  • the piston groove 162 is continued horizontally in the socket.
  • the horizontal groove 163 in the base Figure 6 , 3 serves, as in the rectangular piston variant, for receiving further, to the piston disc 90 ° crossing trapezoidal sealing elements.
  • the protruding side in both piston variants has a small clearance 164 radially to the adjacent piston disk, which corresponds approximately to that of the piston to the housing Fig. 5.6.
  • the sealing system is also closed at the arcuate piston.
  • a corrugated spring 175 with three arc the sealing elements 166 with chamfer and 167 in trapezoidal shape, held against the centrifugal forces and simultaneously pressed on the sealing rings 170-172 and end faces of the piston disc.
  • the compression ring segments 150, 151 have a large opening width, so that they overlap with the outer flat sealing elements 166,165, in order to avoid the leakage that might arise from manufacturing tolerances, due to thermal influences or high gas pressure in the housing.
  • the resulting increased gas pressure during compression and combustion of the fuel-air mixture supports in all directions the sealing effect in the chambers to the pistons and piston disks of the design of the sealing system according to the invention.
  • the middle sealing ring 172 whose flanks coincide with the chamfer of the two piston discs, is rotated by a pin 180 which is attached to a piston disc.
  • a continuous oil pressure recirculation lubrication is designed, which at the same time also assumes a cooling function of the engine pistons and bearings with additional sealing function of the piston to each other and the housing.
  • the oil flowing through the housing Fig. 2 , 1 must be sealed to the outside.
  • the seal between the two housings 17, 18 and the annular cylinder 19 is effected by two flat or round sealing rings 230, which also simultaneously support the sealing of all four chambers to each other.
  • An axially acting flat sealing ring 231 seals the housing to the inner clutch disc.
  • the axial sealing of the piston disc 5, 6 to the outer clutch disc 69, 70 assumes an O-ring 232.
  • the sealing lips of the ball bearings 77, 78 take over the function of sealing the outer clutch disc and two O-rings 234, 235 to the working shaft.
  • the heat generated during the combustion process is known to be converted only to a small extent in kinetic energy.
  • the excess heat must be dissipated to the outside via a suitable cooling system.
  • both housings 17, 18 have a cavity 240 which is closed by the two housing cover 95, 96 and on each side of the housing cover two O-rings 244, 245 seal the space for a flowing cooling medium and that the annular cylinder 19 has a cavity 242 inside, through which the cooling medium can flow in the same direction.
  • each side in the cavity of the housing and in the annular cylinder 19 designed as a housing rib partition wall 243, 247 is provided which the cooled coolant simultaneously through three inlet openings 250, 251, 257 opposite to the piston rotation direction leads to the larger heat zone on the exhaust side.
  • the exhaust ports 252, 253, 258 are located after a complete internal flushing of the housing and cylinder 19 on the opposite side to the partition wall 243, 247, where the heated coolant is supplied to the water cooler and a thermostatically controlled cooling circuit.
  • the partition wall 247 and an opposite rib 248 simultaneously serve to accommodate the required oil holes 204, 205.
  • Each individual piston is advantageously cooled in addition to oil cooling by flushing the front and rear with fresh fuel-air mixture after each full revolution.
  • the entire engine concept in the exterior view 50, 60, 45 show the Fig. 8 , 1 . Fig. 8 , 2 and Fig. 9
  • the sensor-controlled RKB according to the invention can be mounted with two brackets 260 mounted opposite the housing in order to support the resulting motor torque.
  • the nozzle 262 in a horizontal position on the housing 17 is the connection to a carburetor of the engine.
  • the downwardly leading nozzle 265 on the housing 18 is provided for the connection of a muffler.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor mit innerer Verbrennung wie er in Bezug auf das Otto- und Diesel- Arbeitsverfahren bekannt ist. Abweichend von den bisher nach dem Bau- und Arbeitsprinzip bekannter Hub,- Kreis- und Drehkolbenmotoren, beschreibt die Anmeldung eine kompakte Rotationskolben-Brennkraftmaschine (RKB) gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dessen Arbeitsprinzip dadurch gekennzeichnet ist, dass für eine gleichgerichtete Drehbewegung beim Startvorgang sowie bei allen Betriebszuständen, zwei Kolbenpaare in der wiederkehrenden Arbeitsposition eines oberen und unteren Totpunkt (OT/UT), sich direkt gegenüberstehend, durch Zapfen vier Kammern bilden, und dass mit Kolbenringsegmente, rechtwinkelige und trapezförmigen Dichtelementen eine sich 90° kreuzende, geschlossene Dichtgrenze zum ringförmigen Zylinder, zu den Kammern und zu den Kolbenscheiben gebildet wird und dass durch Sensoren sowohl die RKB mit externe konventionelle Starter, als auch die zwei interne, mittels Magnetscheibe und Hallsensor bzw. Lagegeber elektronisch kommutierte, Starter, Generatoren, bzw. Motoren in Außenpol-bauweise (EC- Motor = ECM), in allen Betriebszuständen berührungslos gesteuert und geregelt sind.The invention relates to a combustion engine with internal combustion as it is known in relation to the Otto and Diesel working method. Notwithstanding the hitherto known according to the construction and working principle stroke, - rotary and rotary engines, the application describes a compact rotary piston internal combustion engine (RKB) according to the preamble of claim 1, whose working principle is characterized in that for a rectified rotational movement during the starting process and in all operating conditions, two piston pairs in the recurring working position of an upper and lower dead center (OT / UT), directly opposite each other, form four chambers by pins, and that with piston ring segments, right-angled and trapezoidal sealing elements, a 90 ° crossing, closed sealing limit to annular cylinder, is formed to the chambers and the piston discs and that by sensors both the RKB with external conventional starter, and the two internal, by means of magnetic disk and Hall sensor or position encoder electronically commutated, starters, generators, or motors in Außenpol- Construction method (EC Mo gate = ECM), are controlled and regulated without contact in all operating states.

3.1 Stand der Technik3.1 State of the art

Seit vielen Jahren sind u.a. Schwenk-, Doppelflügel- oder Drehkolben- Brennkraftmaschinen bekannt, die zum größten Teil die Kraftübertragung vom Kolben zur Arbeitswelle durch mechanische Triebwerke wie z.B. Zahnrad- und Planetengetriebe, Kurbeltriebe, und die Steuerung der Arbeitsspiele durch Exzenterwellen, Kulissensteine, Steuernockengestänge und Sperrklinken übernehmen. Außerdem ist bekannt, dass ein oder mehrere Kolbenpaare in einem ringförmigen Zylinder durch eine gesteuerte Mechanik veränderliche Räume bilden. Keine der oben genannten bisher bekannten Motorsysteme sind bis heute technisch bzw. marktwirtschaftlich umgesetzt. Dies ist nicht allein auf die meistens sehr komplex aufgebauten mechanischen Kraftübertragungs- und Steuersysteme zurückzuführen, sondern in besonderem Maße durch eine fehlende thermische und unter hohem Druck wirksame Gasdichtheit an der Dichtgrenze zwischen den Räumen der sich drehenden Kolben, zu den Kolbenscheiben und zur Innenwand des ringförmigen Zylinders.For many years, inter alia, pan, double-wing or rotary piston internal combustion engines are known, for the most part the power transmission from the piston to the working shaft by mechanical engines such as gear and planetary gear, crank mechanisms, and the control of work cycles by eccentric shafts, sliding blocks, control cam linkages and Take over pawls. It is also known that one or more piston pairs in an annular cylinder form variable spaces by a controlled mechanism. None of the above-mentioned engine systems known hitherto have been technically or commercially implemented. This is due not only to the usually very complex constructed mechanical power transmission and control systems, but in particular by a lack of thermal and high pressure gas tightness at the sealing boundary between the chambers of the rotating piston, the piston discs and the inner wall of the annular cylinder.

Eine Arbeits- und Brennkraftmaschine ( DE-OS 1426022; 1969 ) ist mit mindestens zwei in einem Zylinder, um eine gemeinsame Achse umlaufenden Doppelflügelkolben ausgestattet, die zwischen ihren Flügeln befindliche Arbeitskammern einschließen und über ein Steuergetriebe derart miteinander verbunden sind, dass der eine Flügelkolben, außer seiner gemeinsamen Umlaufbewegung mit dem anderen Flügelkolben, gegenüber letzterem noch eine zusätzliche, die Arbeitskammern periodisch vergrößernde und verkleinernde Relativbewegung ausführt. Mit dem Steuergetriebe ist gegenüber dem Planetenritzel eine Exzenterscheibe des Exzentertriebes so verstellbar, dass nicht nur der Kompressionsgrad erhöht, sondern auch eine Vergrößerung des Arbeitskammervolumens erzielt wird.A working and internal combustion engine ( DE-OS 1426022; 1969 ) is equipped with at least two in a cylinder, about a common axis revolving double-wing piston, which include between their wings located working chambers and are connected together via a control gear such that the one wing piston, except its common orbital motion with the other wing piston, with respect to the latter still an additional, the working chambers periodically increasing and decreasing relative movement performs. With the control gear relative to the planetary pinion eccentric of the eccentric drive is adjustable so that not only increases the degree of compression, but also an increase in the working chamber volume is achieved.

Eine Verbrennungskraftmaschine ( DE-OS 1965865 A; 1971 ) ist in einem Ausführungsbeispiel so beschrieben, dass ein Ringzylinder mit Gehäuse und Zahnrad feststehen. Welle und Schwungscheibe sind miteinander verbunden. Vier Doppelkolben als Kolbenpaar sind mit der zugehörigen Kolbenscheibe starr verbunden. Die Kreisbewegung der Kolben wird von der Welle ausgehend über das feststehende Zahnrad, dem Planetengetriebe und einer Exzenterwelle, die über Kulissensteine mit der Kolbenscheibe verbunden sind, erzeugt, so dass sich zylindrische Räume periodisch vergrößern und verkleinern. Das Übersetzungsverhältnis der Planeten-Zahnräder zum feststehenden Zahnrad beträgt 2:1. Auf die Drehzahl der Exzenterwelle bezogen entspricht die Ausführung einem Viertakt-Achtzylinder-Gegenkolbenmotor.An internal combustion engine ( DE-OS 1965865 A; 1971 ) Is described in one embodiment, that a ring cylinder with housing and gear fixed. Shaft and flywheel are connected. Four double pistons as piston pair are rigidly connected to the associated piston disc. The circular motion of the pistons is generated by the shaft via the fixed gear, the planetary gear and an eccentric shaft, which are connected via sliding blocks with the piston disc, so that cylindrical spaces periodically increase and decrease. The gear ratio of the planet gears to the fixed gear is 2: 1. Based on the speed of the eccentric shaft, the design corresponds to a four-stroke eight-cylinder piston engine.

Eine Bogenkolben-Brennkraftmaschine ( DE-OS 2353807 A1, 1975 ) ist dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei sich in einem Ringhohlraum des Gehäuses gegenüberliegende Bogenkolben durch zwei überkreuz auf einer Pendelwelle verankerten Kolbenhebeln zu zwei Bogenkolbenpaaren verbunden sind, die durch verdrehen der beiden Kolbenhebeln gegenseitig vier Volumen ändernde Brennkammern im Ringhohlraum bilden, die jeweils von zwei Bogenkolben begrenzt werden. Die Steuerung des Gaswechsels in den vier Brennkammern wird durch Drehen eines mit Schlitzen versehenen, auf einem zentrischen Ansaugstutzen, der trichterförmigen Ausbildung des Gehäuses gelagerten und gegen die trichterförmigen Fläche dichtenden Steuerkegels durchgeführt.An arc piston internal combustion engine ( DE-OS 2353807 A1, 1975 ) is characterized in that in each case two opposite in a ring cavity of the housing arc piston are connected by two cross-anchored on a pendulum shaft piston levers to two pairs of curved pistons, which form by rotating the two piston levers mutually four volume-changing combustion chambers in the annular cavity, each of two curved pistons be limited. The control of the gas exchange in the four combustion chambers is performed by rotating a slotted, on a central intake, the funnel-shaped design of the housing and sealed sealing against the funnel-shaped surface control cone.

Bei einem bekannten Drehkolben-Verbrennungsmotor ( DE-OS 3046725 A1; 1982 ) sind in einem Ringzylinder jeweils zwei diametral gegenüberliegende Kolben an zwei aneinander anliegenden scheibenförmigen Halterungseinrichtungen befestigt. Am Umfang des Ringzylinders sind eine Anzahl von Auslässen und Einlässen angeordnet, so dass zu jedem Zeitpunkt jeweils diametral gegenüberliegende Verbrennungs-, Ansaug-, Kompressions- und Ausstoßkammern gebildet werden, deren Lage sich während der Bewegung der Kolbenpaare entlang des Ringzylinders verschiebt. Der jeweils nachlaufende Kolben wird am Ende des Kompressionsvorgangs mechanisch mittels einer Klinkenradanordnung gegen eine Rückwärtsbewegung arretiert, wobei in Kolbendrehrichtung eine Relativbewegung überlagert wird, so dass bei der Drehung des Kolbensystems volumenveränderliche Kammern gebildet werden. Zwischen den Kolbensystemen sind getrennte Getriebeeinrichtungen zur Verbindung der Kolbensysteme mit der Arbeitswelle vorgesehen. in einer Raste die Abstützung zwischen Arbeits- und Gegenkolben während des Brennvorgangs übernimmt. Die Auslass- und Einlassventile werden über ein Steuergestänge und innenverzahnte Zahnräder durch Steuernocken betätigt.In a known rotary piston internal combustion engine ( DE-OS 3046725 A1; 1982 ) In a ring cylinder two diametrically opposed pistons are attached to two abutting disc-shaped support means. At the circumference of the annular cylinder a number of outlets and inlets are arranged, so that at any time diametrically opposed combustion, suction, compression and ejection chambers are formed whose position shifts during the movement of the piston pairs along the annular cylinder. The respective trailing piston is mechanically locked at the end of the compression process by means of a ratchet wheel against a backward movement, wherein in the piston rotation direction, a relative movement is superimposed, so that volume-variable chambers are formed during rotation of the piston system. Between the piston systems, separate transmission means are provided for connecting the piston systems to the working shaft. in a catch the support between working and counter-piston takes over during the firing process. The exhaust and intake valves are actuated by a control linkage and internally toothed gears by control cams.

Eine bekannte Verbrennungskraftmaschine ( DE-OS 3330125 A1; 1985 ) arbeitet im Zwei- und Viertaktverfahren mit einem Schwenkkolben. Dieser Schwenkkolben in einem Hohlzylinder mit einem oder mehreren festen Trennsegmenten und mit einem oder mehreren Kolbensegmenten auf der Welle, die in den Zylinderböden gelagert ist, wird durch Verbrennungsdruck in eine hin und her pendelnde Bewegung versetzt. Die Pendelbewegung wird dabei über Zahnräder und Freiläufe in fortlaufende Bewegung umgesetzt.A known internal combustion engine ( DE-OS 3330125 A1; 1985 ) works in two- and four-stroke with a rotary piston. This rotary piston in a hollow cylinder with one or more fixed separation segments and with one or more piston segments on the shaft, which is mounted in the cylinder bottoms is offset by combustion pressure in a reciprocating motion. The pendulum motion is thereby implemented via gears and freewheels in continuous motion.

In einem Oszillationskolbenmotor (Oscillating Piston Engine) ( US-PS 5222463; 1993 ) bewegen sich acht gebogene Kolben in einem ringförmigen Brennraum (Toroid). Jeweils vier Kolben sind dabei auf einer eigenen zentralen Scheibe befestigt. Die beiden Scheiben sind wiederum mit einer von zwei Antriebswellen verbunden, die koaxial nach außen geführt sind. Die beiden Scheiben bewegen sich mit ihren je vier Kolben im Viertaktprozess oszillierend gegenläufig, sodass jeweils zwei Kolben ein Paar bilden zwischen denen sich die vier Takte im rotierenden Toroid abspielen. Die gegenläufige Bewegung der Antriebswellen wird durch einen Kurbeltrieb in eine Drehbewegung umgesetzt. Die Kolbenstirnflächen haben eine Form die einem flachen Kegel entspricht, welche einen Kompressionsraum in den vier Kammern freihalten, wenn sich die Kolben beim Arbeitsspiel direkt gegenüberstehen. Jeder Kolben ist mit mehreren Kolbenringen ausgestattet, die eine Abdichtung zu allen ringförmig bewegenden Bauteilen gewährleisten soll.In an oscillating piston engine (Oscillating Piston Engine) ( U.S. Patent 5,223,463; 1993 ), eight curved pistons move in an annular combustion chamber (toroid). Each four pistons are mounted on a separate central disc. The two discs are in turn connected to one of two drive shafts, which are guided coaxially outwards. The two discs move with their four pistons in the four-stroke process oscillating in opposite directions, so that each two pistons form a pair between which play the four bars in the rotating toroid. The opposite movement of the drive shafts is converted by a crank mechanism into a rotary motion. The piston end faces have a shape corresponding to a flat cone, which keep a compression space in the four chambers, when the pistons are directly opposite each other during the working cycle. Each piston is equipped with several piston rings to ensure a seal to all annularly moving components.

Die DE 44 28 341 , welche als nächst liegender Stand der Technik angesehen wird, A1 betrifft eine Drehkolben-Arbeitsmaschine mit einer geraden Anzahl, also wenigstens zwei in einem ringförmigen, mit im Abstand voneinander angeordneten Ein- und Auslaßöffnungen versehenen Zylinderraum beweglichen Arbeitskolben, die an je einem von wenigstens zwei um eine gemeinsame Motorhauptachse dreh- und relativ zueinander beweglichen Kolbenträgern angeordnet sind, wobei den beiden Kolbenträgern mittels einer mechanischen Zwangssteuerung jeweils Umlaufbewegungen mit periodischer Geschwindigkeitsänderung aufgezwungen werden, derart, dass zwecks Bildung eines Verdichtungsraumes einer einem oder mehreren definierten Punkten des ringförmigen Zylinderraumes zugeordneten Abbremsung bzw. einem Stillstand des einen Kolbenträgers eine Nachlaufbewegung des anderen Kolbenträgers und einer zwecks Bildung eines Expansionsraumes anschließenden Weiterbewegung des einen Kolbenträgers eine erneute Nachlaufbewegung des anderen Kolbenträgers zugeordnet ist. Die Kolbenträger sind als kreisrunde, flache Scheiben ausgebildet auf denen die Arbeitskolben befestigt oder mit diesen einteilig hergestellt sind, und die mit einer der Querschnittsform des Zylinderraumes entsprechenden Wölbung ihrer Umfangsfläche ausgestattet sind.The DE 44 28 341 A1, which is considered the closest prior art, A1 relates to a rotary piston working machine with an even number, ie at least two in an annular, with spaced inlet and outlet openings provided cylinder space movable working piston, each at one of at least two about a common motor main axis rotatable and relatively movable piston carriers are arranged, wherein the two piston carriers by means of a mechanical Forced to each circulation movements are imposed with periodic speed change, such that for the purpose of forming a compression space of one or more defined points of the annular cylinder space associated deceleration or a stoppage of a piston carrier a trailing movement of the other piston carrier and a purpose of forming an expansion space subsequent further movement of a piston carrier is associated with a renewed trailing movement of the other piston carrier. The piston carriers are formed as circular, flat discs on which the working pistons are fastened or made in one piece with these, and which are provided with a curvature of their peripheral surface corresponding to the cross-sectional shape of the cylinder space.

Die DE 306 613 C betrifft eine Explosionskraftmaschine mit zwei je an einem Laufrad befestigten und abwechselnd in einem Ringraum kreisenden, zeitweise durch gesteuerte Sperrstücke festgehaltenen Kolben. Ein Sperrstückenpaar wird durch jeden von zwei starr mit den Laufrädern verbundenen Schaltringen gesteuert in denen mit der Motorachse verbundene Mitnehmerräder mit je einer federnden Klinke liegen, durch welche letztere bei Fehlzündungen oder Überlastung der Maschine einer oder beide Kolben mitgenommen werden.The DE 306 613 C relates to an explosion engine with two each attached to an impeller and alternately circulating in an annular space, temporarily held by controlled locking pieces piston. A Sperrstückenpaar is controlled by each of two rigidly connected to the wheels Schaltringen in which associated with the motor axis Mitnehmerräder each with a resilient latch, through which the latter in misfires or overloading of the machine one or both pistons are taken.

Die DE 195 25 803 A1 betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der Leistung eines Drehkolbenmotors mit elektronischer Regeleinheit. Zwischen einer Triebwerkswelle und einer Getriebewelle ist eine flexible Wellenverbindung angeordnet, die aus zwei anliegenden klauenartig gegenseitig übergreifenden Scheiben besteht, die jeweils mit der Triebwerkswelle und der Getriebewelle fest verbunden sind und die in Drehrichtung der Wellen eine durch die klauenartigen Übergreifungen begrenztes Spiel aufweisen, das mittels eines Sensorsystemes bestimmbar ist. Das Sensorsystem ist mit einer elektronischen Regeleinheit verbunden. Zwischen den beiden anliegenden Scheiben sind elastische Elemente zur Kraftübertragung angeordnet.The DE 195 25 803 A1 relates to a device for controlling the power of a rotary piston engine with electronic control unit. Between a drive shaft and a transmission shaft, a flexible shaft connection is arranged, which consists of two adjacent claw-like mutually overlapping discs, which are fixedly connected to the engine shaft and the transmission shaft and in the direction of rotation of the waves have a limited by the claw-like overlaps game that means a sensor system can be determined. The sensor system is connected to an electronic control unit. Between the two adjacent discs elastic elements are arranged to transmit power.

Die WO 91/10820 A1 bezieht sich auf eine Rotationskolbenverbrennungskraftmaschine. Bei Maschinen dieser Art müssen die Arbeitskammern und die durch die Kolben getrennten Teilbereiche, der Arbeitskammern des im Inneren des Gehäuses mit gleichförmiger Geschwindigkeit umlaufenden Rotors gegeneinander dauerhaft abgedichtet werden. Zu diesem Zweck weist jeder Kolben eine achsparallel verlaufende, radial offene Außennut und zwei radial verlaufende, an ihren radial außenliegenden Enden in die Außennut mündende, nach entgegengesetzten Stirnseiten axial offene Seitennuten auf. In der Außennut ist eine langgestreckte, unter der Einwirkung einer Feder mit ihrer einen Längsseitenfläche radial gegen eine teilzylindrische Innenfläche der Rotor-Außenwand anliegende, als Axialdichtung wirkende keramische Dichtleiste angeordnet. Weiter befindet sich in den Seitennuten je eine langgestreckte, unter der Einwirkung einer Feder mit ihrer einen Längsseitenfläche axial gegen eine Innenfläche des benachbarten Stirnseitenteils anliegende, als Axialdichtung wirkende keramische Dichtleiste. Im Mündungsbereich zwischen der Außennut und den Seitennuten liegen die Dichtleisten in einem Überlappungsbereich breitflächig gegeneinander an.The WO 91/10820 A1 refers to a rotary piston internal combustion engine. In machines of this type, the working chambers and the separated by the piston portions, the working chambers of the rotating inside the housing at a uniform speed rotor against each other are permanently sealed. For this purpose, each piston has an axially parallel, radially open outer groove and two radially extending, at their radially outer ends in the outer groove opening, after opposite end faces axially open side grooves. In the outer groove is an elongated, arranged under the action of a spring with its one longitudinal side surface radially against a part-cylindrical inner surface of the rotor outer wall fitting, acting as an axial seal ceramic sealing strip. Next located in the side grooves depending on an elongated, under the action of a spring with its one longitudinal side surface axially against an inner surface of the adjacent end side part fitting, acting as an axial seal ceramic sealing strip. In the mouth region between the outer groove and the side grooves, the sealing strips lie in an overlapping area over a wide area against each other.

3.2 Aufgabenstellung3.2 Task

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein funktionsfähiges, wirtschaftlich und technisch umsetzbares Motorkonzept in kompakter Bauweise mit geringem Fertigungsaufwand und neuem Arbeitsprinzip darzustellen, das gegenüber dem heute u.a. im Kraftfahrzeug eingebauten Hubkolbenmotor nicht nur einen verbesserten Gesamtwirkungsgrad erzielt, sondern auch eine wesentlich vereinfachte sensitive Steuerung und Regelung, der in einem ringförmigen Zylinder umlaufenden Kolbenpaare, beinhaltet. Außerdem soll eine geschlossene Dichtgrenze an den Kolben und zur Gehäusewand, mit der sich 90° kreuzenden Kolbenscheibe, dargestellt werden. Der vorliegenden Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen Motor mit hohem Drehmoment und langer Lebensdauer bei niedriger Drehzahl bereitzustellen, der die heutigen Anforderungen nach Kraftstoff- bzw. Energieeinsparung sowie geringer umweltschädlicher Abgasemissionen (z.B. CO 2 - Ausstoß) auch mit Wasserstoffantrieb oder andere alternative Brennstoffe (Erdgas, Biobrennstoffe etc.), erfüllen kann. Eine weitere Aufgabe ist es, mit geringem Aufwand eine sichere, wirkungsvolle und einfache Kühlung des Motors sowie eine zwischen den Kolbenscheiben integrierte Ölpumpenfunktion für eine Druckumlaufschmierung, zur Verfügung zu stellen.The invention has for its object to present a functional, economical and technically feasible engine concept in a compact design with low production costs and new working principle, compared to the built-in motor vehicle today reciprocating engine not only one achieved overall improved efficiency, but also a much simplified sensitive control and regulation, which includes rotating in an annular cylinder piston pairs. In addition, a closed sealing boundary on the piston and the housing wall, with the 90 ° crossing piston disc to be represented. Another object of the present invention is to provide a high torque, long life, low speed engine that meets today's fuel and energy saving needs as well as low polluting exhaust emissions (eg, CO 2 emissions), including hydrogen powered or other alternative fuels (Natural gas, biofuels, etc.) can meet. Another object is to provide with little effort a safe, effective and easy cooling of the engine and an integrated between the piston discs oil pump function for a pressure circulation lubrication.

3.3 Arbeitsprinzip3.3 working principle

Die in dieser Erfindung zu beschreibende sensorgesteuerte RKB 50, 60 mit zwei konventionelle externe Starter oder mit zwei interne ECM 45, die als Starter, Generator und als Hybridantrieb, über Magnetscheibe und Hallsensor bzw. Lagegeber berührungslos schaltbar, steuerbar und regelbar sind, beinhaltet das besonders vorteilhafte Konzept zwei sich in einem ringförmigen Gehäuse um eine gemeinsame Achse drehende Kolbenscheiben, die mit je zwei symmetrisch angeordneten Kolben als Kolbenpaare (Kp) direkt in einem oberen und unteren Totpunkt (OT/UT) sich gegenüberstehen eine wiederkehrende Arbeitsposition für die abwechselnd gleichgerichtete Drehbewegung, ohne Einschränkung durch Zahnrad- oder Kurbelgetriebe, einnehmen. Mit der Ausgestaltung von zwei Zapfen an den Stirnseiten der Kolben, wird im OT eine Ansaug- und im UT eine Arbeitskammer (Vc) und an der Kolbenrückseite der Kp eine Verdichtungs- (Vh) und Expansionskammer gebildet. Die Summe der Winkelgrade von zwei Kolben mit Zapfen und Kolbenhub beträgt immer 180° Kurbelwinkel (Kw). Durch die Expansionskraft des komprimierten und gezündeten Kraftstoff-Luft-Gemisches zwischen zwei Kolben in der Arbeitskammer bleibt abwechselnd ein Kp, sich durch eine Rücklaufsperre im Gehäuse abstützend, stehen und bei einer gewählten Kolbenlänge von 45°/60°/72° Kw und der Drehbewegung von 90°/60°/36° Kw werden gleichzeitig mit dem zweiten Kp, in vier Kammern, die Arbeitsspiele eines Viertaktmotors ausgeführt und eine Arbeitswelle (Aw) mit Schwungrad, Zahnrad- Steuerscheibe bzw. der Rotor mit Permanentmagnete und Magnetscheibe des internen ECM, durch eine entgegengesetzt wirkende Rücklaufsperre mitgedreht.The sensor-controlled RKB 50, 60 to be described in this invention with two conventional external starters or with two internal ECM 45, which are contactlessly switchable, controllable and controllable as a starter, generator and as a hybrid drive, magnetic disk and Hall sensor or position sensor, includes the particular two advantageous concept in an annular housing about a common axis rotating piston discs, each with two symmetrically arranged pistons as piston pairs (Kp) directly in an upper and lower dead center (OT / UT) face each other a recurring working position for the alternately rectified rotational movement, without limitation by gear or crank gear, taking. With the design of two pins on the end faces of the piston, in the TDC an intake and in the UT a working chamber ( Vc ) and on the piston rear side of the Kp a compression (Vh) and expansion chamber is formed. The sum of the angular degrees of two pistons with pin and piston stroke is always 180 ° crank angle (Kw). By the expansion force of the compressed and ignited fuel-air mixture between two pistons in the working chamber alternately a Kp, supported by a backstop in the housing, stand and at a selected piston length of 45 ° / 60 ° / 72 ° Kw and the rotational movement from 90 ° / 60 ° / 36 ° Kw are carried out simultaneously with the second Kp, in four chambers, the working cycles of a four-stroke engine and a working shaft (Aw) with flywheel, gear wheel control disc or the rotor with permanent magnets and magnetic disc of the internal ECM, rotated by an oppositely acting backstop.

Durch thermischen Druck und kinetische Energie werden dann die Kolbenpaare gemeinsam und direkt gegenüberstehend um 45°/60°/72° Kw weitergedreht und nach 135°/120°/108° Kw ein neuer Arbeitstakt (At) begonnen. Die Kolbenpaare drehen sich zur Arbeitswelle ohne Getriebe im Verhältnis 2:3/2,25:3/2,5:3 und es werden dabei 8/9/10 At erzeugt. (siehe Tabelle 1, Drehzahl Kp gewählt mit n= 1000 U/min).

Figure imgb0001
By thermal pressure and kinetic energy then the piston pairs are further rotated together and directly opposite by 45 ° / 60 ° / 72 ° Kw and after 135 ° / 120 ° / 108 ° Kw a new power stroke (At) started. The piston pairs rotate to the working shaft without gears in the ratio 2: 3 / 2.25: 3 / 2.5: 3 and it will generate 8/9/10 At . (see Table 1, speed Kp selected with n = 1000 rpm).
Figure imgb0001

Innerhalb eines konstanten 180° Kw umfassenden Kreissegmentes im Zylinder des Gehäuses 17, 18, 19, wird das Verdichtungs- und Hubverhältnis durch die veränderbare Länge der Zapfen 48 und/oder der Kolbenwinkel bzw. Kolbenlänge 1 - 4 und dessen Durchmesser bestimmt. In der Kompressionskammer 27 sind zwei Öffnungen 30 vorgesehen, die mit einer Druckluftleitung 32 und einem elektrisch regelbaren Ventil 52 verbunden sind, das den Kompressionsdruck von der Verdichtungs- zur Ansaugkammer ausgleichen kann, wenn sich ein Kolben zwischen den beiden Öffnungen befindet. Mit Hilfe dieses Ventils kann das erforderliche Starterdrehmoment und die Motorleistung (z.B. mit einem Drehpotentiometer am Gaspedal oder anderen Stellorganen), über die veränderbare Verdichtung Vc geregelt werden. In der Expansionskammer befindet sich eine weitere Öffnung 31, die mit einem Rückschlagventil 54 verschlossen ist und bei Unterdruck die Kammer 29 öffnet, um den Startvorgang zu erleichtern.Within a constant 180 ° Kw comprehensive circle segment in the cylinder of the housing 17, 18, 19, the compression and stroke ratio by the variable length of the pin 48 and / or the piston angle or piston length 1 - 4 and its diameter is determined. In the compression chamber 27 , two openings 30 are provided, which are connected to a compressed air line 32 and an electrically controllable valve 52 which can compensate the compression pressure from the compression to the suction chamber when a piston is located between the two openings. With the help of this valve, the required starter torque and the engine power (eg with a rotary potentiometer on the gas pedal or other actuators), via the variable compression Vc can be controlled. In the expansion chamber is another opening 31 which is closed with a check valve 54 and the chamber 29 opens at low pressure to facilitate the starting process.

Im weiteren Verlauf wird die Motorsteuerung der folgenden Betriebszustände beschrieben:

  • Motor starten und Zündvorgang
  • Motorsteuerung im Leerlauf
  • Motorsteuerung im Teil- und Vollastbereich
In the further course of the engine control of the following operating conditions is described:
  • Start engine and ignition
  • Engine control in idle
  • Motor control in partial and full load range

3.4 Motor starten und Zündvorgang3.4 Start engine and ignition process

Beim ersten Startvorgang des Motors mit einem Zündstartschalter 138 befindet sich noch kein zündfähiges Gemisch in der Ansaugkammer. Die Kolbenpaare werden aus jeder zueinander sich zufällig ergebenden Stellung heraus, mit einem oder beiden externen Startern bzw. mit der Starterfunktion des internen ECM in die Arbeitsposition des OT/UT gedreht und das Kp b sensorgesteuert durch eine wechselseitig wirkende Verriegelungsvorrichtung oder durch einen Polwendeschalter für die abwechselnde Umkehr der Drehrichtung des externen konventionellen Starters, oder mit dem Starter des internen ECM durch eine Steuerelektronik über Hallsensor bzw. Lagegeber, gegen eine Rücklaufsperre (Freilauf) im Gehäuse angehalten. Mit dem Starter von Kp a werden dann vier Arbeitsspiele (ansaugen, verdichten, expandieren, ausschieben) ausgeführt und ein Zündfunke für den At aktiviert.When the engine is first started with an ignition switch 138, there is still no ignitable mixture in the suction chamber. The piston pairs are rotated out of each randomly coming out position, with one or both external starters or with the starter function of the internal ECM in the working position of the OT / UT and Kp b sensor controlled by a reciprocal locking device or by a Polwendeschalter for Alternate reversal of the direction of rotation of the external conventional starter, or with the starter of the internal ECM by a control electronics via Hall sensor or position sensor, against a backstop (freewheel) stopped in the housing. With the Kp a starter, four work cycles (sucking, compressing, expanding, pushing out) are carried out and a spark is activated for the At.

Dies wird erfindungsgemäß bei der Verriegelungsvorrichtung dadurch möglich, dass auf jeder Seite des Gehäuses im OT ein induktiver Sensoren (oder ein Sensor mit gleicher Funktionalität) über zwei inneren Kreissegmente, welche mit den Kolbenpaaren in Verbindung stehen, berührungslos vier Hubmagnete 98, 99 Fig 4 und über zwei äußere Kreissegmente zwei externen konventionelle Starter 139, 140 so steuern, dass in Drehrichtung der Arbeitswelle das Kp a durch b und umgekehrt, über zwei Anschläge an einer Dämpferscheibe mit Dämpferfeder bei erreichen des OT oder durch Änderung der Drehrichtung mit einem Polwendeschalter Fig 4 . 1 , im Gehäuse 17, 18 solange festgehalten wird, bis das Kp a bzw. b sich an den Zapfen 48 berühren. Das dabei verdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch wird dann mit beiden Kolbenpaaren 45°/60°/72° Kw durch den Starter des Kp a bis in den UT weitergedreht. Erfolgt keine Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches, wird das Kp b vom Starter des Kp b wieder 90°/60°/36° Kw weitergedreht. Beim Startvorgang über einen links und rechts des Motorgehäuses integrierten, internen ECM, wird durch eine Magnetscheibe 112 und mit Hilfe von Hallsensor bzw. Lagegeber 113, und einer Regelelektronik, die abwechselnde Drehrichtung geschaltet und die 0-Lage des OT/UT detektiert. Dieser Vorgang wird solange wiederholt bis der Zündstartschalter auf Stellung "0" gestellt wird oder der Motor selbsttätig anläuft. Ist der Motor gestartet, wird der Zündstartschalter 138 auf die Stellung "1" gedreht. Der Startvorgang des Motors wird durch das elektrisch regelbares Druckausgleichsventil 52 zwischen der Kammer 26, 27 und dem Rückschlagventil 54 in Kammer 29 wesentlich erleichtert.This is according to the invention in the locking device possible in that on each side of the housing in the TDC inductive sensors (or a sensor with the same functionality) via two inner circular segments, which are in communication with the piston pairs, contactless four solenoids 98, 99th Fig. 4 and two external circular segments two external conventional starters 139, 140 control so that in the direction of rotation of the working shaft , the Kp a through b and vice versa, two stops on a damper disc with damper spring when the TDC or by changing the direction of rotation with a Polwendeschalter Fig. 4 , 1 , is held in the housing 17, 18 as long as until the Kp a or b touch the pin 48 . The thereby compressed fuel-air mixture is then further rotated with both piston pairs 45 ° / 60 ° / 72 ° Kw by the starter of Kp a to the UT . If no ignition of the fuel-air mixture, the Kp b b again rotated by the starter Kp of 90 ° / 60 ° / 36 ° Kw. During the starting process via an internal ECM integrated on the left and right of the motor housing, the alternating direction of rotation is switched by a magnetic disk 112 and with the aid of Hall sensor or position sensor 113 and control electronics, and the O position of the OT / UT is detected. This process is repeated until the ignition switch is set to position "0" or the engine starts automatically. When the engine is started, the ignition switch 138 is turned to the "1" position. The starting process of the engine is greatly facilitated by the electrically adjustable pressure compensating valve 52 between the chamber 26, 27 and the check valve 54 in chamber 29 .

3.5 Motorsteuerung im Leerlauf3.5 Engine control in idle

Der Zündfunke wird vorzugsweise durch einen Hallsensor und einem Hallrad mit mindestens zwei Nuten direkt mit dem Kp a, b gesteuert und über zwei Einzelfunkenspulen, die an eine Batterie angeschlossen sind, erzeugt. Die Steuerung einer Früh- und Spätzündung kann, wie bei herkömmlichen Motoren, über eine Unterdruckdose, die über den Ansaugkanal gespeist wird, durch betätigen der Trägerscheibe 132, 133 automatisch erfolgen.The spark is preferably controlled by a Hall sensor and a Hall wheel with at least two grooves directly with the Kp a, b and two single-filament coils, which are connected to a battery generated. The control of an early and late ignition, as in conventional motors, via a vacuum box which is fed via the intake passage, by pressing the support plate 132, 133 take place automatically.

Ist der Motor gestartet, kann sich nun abwechselnd das Kp a, b selbsttätig, bei gleichzeitiger Mitnahme der Arbeitswelle 58, Zahnrad- Steuerscheibe 83, 84 oder des Rotors 102 des internen ECM durch die entgegengesetzt wirkende Rücklaufsperre 75, 76, um 90°/60°/36° Kw weiterdrehen. Dabei werden gleichzeitig alle erforderlichen Arbeitsspiele ausgeführt. Dieser Vorgang wiederholt sich bis der Motor ausgeschaltet wird. Der Verdichtungsdruck in der Kammer 27 wird über ein elektrisch steuerbares Ventil 52 zur Druckregelung in Verbindung mit dem Gaspedal (E-Gas) bzw. anderen geeigneten Stellmechanismen so geregelt, dass sich beide Kolbenpaare nach 90°/60°/36° Kw maximal noch leicht an den Zapfen 48 berühren und die Leerlaufdrehzahl konstant gehalten wird. Durch die Übertragung des expandierenden thermischen Gasdruckes und der kinetischen Energie auf das zweite Kolbenpaar werden beide Kolbenpaare, direkt gegenüberstehend, 45°/60°/72° Kw weitergedreht. Das überschüssige Kraftstoff-Luft-Gemisch wird über die Druckluftleitung 32 in die Ansaugkammer 26 zurückgeführt. Das Schwungrad unterstützt in diesem Betriebszustand eine gleichmäßige Drehbewegung der Arbeitswelle.If the engine is started, the Kp a, b can now alternately by simultaneously entrainment of the working shaft 58, gear control disc 83, 84 or the rotor 102 of the internal ECM by the oppositely acting backstop 75, 76, by 90 ° / 60 Continue turning ° / 36 ° Kw . At the same time all necessary work cycles are carried out. This process is repeated until the engine is switched off. The compression pressure in the chamber 27 is via an electrically controllable valve 52 for pressure control in conjunction with the accelerator pedal (e-gas) or other suitable adjusting mechanisms regulated so that both piston pairs after 90 ° / 60 ° / 36 ° Kw still slightly touch the pin 48 and the idle speed is kept constant. By transferring the expanding thermal gas pressure and the kinetic energy to the second pair of pistons both piston pairs, directly opposite, 45 ° / 60 ° / 72 ° Kw further rotated . The excess fuel-air mixture is returned via the compressed air line 32 into the suction chamber 26 . The flywheel supports in this operating state a uniform rotational movement of the working shaft.

3.6 Motorsteuerung im Teil- und Volllastbereich3.6 Motor control in partial and full load range

Wird die Zufuhr des zündfähigen Kraftstoff-Luft-Gemisches durch betätigen des Gaspedals verändert, wird gleichzeitig das elektrisch regelbare Ventil 52 geöffnet oder weiter geschlossen und der Verdichtungsdruck in der Kammer 27 und die Arbeitsleistung bzw. Drehzahl des Motors verringert oder erhöht. Auch in diesem Betriebszustand wird das nachfolgende Kolbenpaar durch die entgegen der Drehrichtung wirkende Reaktionskraft selbsttätig im OT/UT solange stehen bleiben, bis das arbeitende Kolbenpaar das stehenden Kolbenpaar an seinem Zapfen berührt und dann durch Übertragen des thermischen Gasdruckes und der kinetischen Energie bzw. des Schwungmomentes wieder bis zum UT/OT und nächsten At mitdreht. Zusätzlich zum regelbaren Ventil 52 wird die Drehzahl der Kp a, b und die Arbeitsleistung des Motors durch die Früh- oder Spätzündung über eine Unterdruckdose, die mit beiden sich drehbar gelagerten Hallsensoren verbunden ist, geregelt.If the supply of the ignitable fuel-air mixture is changed by operating the accelerator pedal, the electrically controllable valve 52 is simultaneously opened or further closed and the compression pressure in the chamber 27 and the operating power or speed of the motor reduced or increased. Also in this operating condition, the following pair of pistons will automatically stop in the OT / UT by the reaction force acting counter to the direction of rotation until the working pair of pistons contacts the stationary pair of pistons at its pin and then by transmitting the thermal gas pressure and the kinetic energy or the moment of inertia turn again until UT / OT and next At . In addition to the controllable valve 52 , the speed of Kp a, b and the power of the engine through the early or late ignition via a vacuum box, which is connected to two rotatably mounted Hall sensors, regulated.

Folgende besondere Vorteile ergeben sich für dieses Motorkonzept unter anderem dadurch:

  • dass in einer relativ kompakten Bauweise ein großer Kurbelradius, ein hohes Drehmoment bei gleichzeitig niedriger Drehzahl und hoher Arbeitstaktfolge möglich wird,
  • dass durch die geringe Anzahl der zusammenwirkenden Motorteile mit geringen Reibungsverlusten und dadurch mit einem erhöhten mechanische Wirkungsgrad zu rechnen ist,
  • dass durch große Ein- und Auslasskanäle, die über den ganzen Expansionsweg beim At geöffnet bleiben und durch die Abdichtfunktion der Kolben auf beiden Seiten abgedeckt werden, der volumetrischen Wirkungsgrad (Gütegrad) erhöht werden kann,
  • dass mit den beiden internen ECM nicht nur ein beinahe verschleißfreies Starten des Motors, sondern auch bei laufendem Verbrennungsmotor ein paralleler Hybridantrieb 45 oder bei abgeschalteter Zündung ein rein elektrischer Antrieb möglich ist und
  • dass der Verbrennungsmotor abwechselnd einen der beiden internen ECM als Generator antreibt und der erzeugte Strom einem Energiespeicher zugeführt werden kann.
The following special advantages arise for this engine concept, among other things:
  • that in a relatively compact design, a large crank radius, high torque at the same time low speed and high duty cycle is possible,
  • that due to the small number of interacting engine parts with low friction losses and thus with increased mechanical efficiency,
  • that the volumetric efficiency (grade) can be increased by large inlet and outlet channels, which remain open over the entire expansion path at the At and covered by the sealing function of the pistons on both sides
  • that with the two internal ECM not only a nearly wear-free starting of the engine, but also with the internal combustion engine, a parallel hybrid drive 45 or with switched off ignition, a purely electric drive is possible and
  • the internal combustion engine alternately drives one of the two internal ECMs as a generator and the generated current can be supplied to an energy store.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass

  • die Summe der Winkelgrade von einem Kolbenpaar mit Zapfen und Kolbenhub immer 180° Kw beträgt,
  • ein Kolben sich nach jeder Drehung eines Kolbenpaares von 135°/120°/108° Kw genau in der Position des OT zwischen der Abgas- und Ansaugöffnung befindet und die Zündkerzen zwischen zwei Kolben im UT angeordnet sind,
  • durch ein neues Dichtelementkonzept, bei der die Kolbenpaare eine sich 90° kreuzende geschlossene Dichtgrenze zu den beiden Kolbenscheiben und zur Gehäusewand aufweisen, keine Ventile und Ventilsteuerung erforderlich sind,
  • beim At das Kp a, b sich im OT/UT durch eine Rücklaufsperre im jeweiligen Gehäuse abstützen und mit entgegengesetzter Wirkung einer Rücklaufsperre die Arbeitswelle zusammen mit der Zahnrad- Steuerscheibe 83, 84 oder die Magnetscheibe 112 und der Rotor 102 mit dem Fremderregten Permanentmagnet 104 des internen ECM, mitgedreht werden kann,
  • das Drehmoment abwechselnd eines der beiden internen ECM bei gezündetem Kraftstoff-Luft-Gemisches und gleichzeitig von beiden internen ECM, bei abgeschalteter Zündung über die Rücklaufsperre 75, 76 auf die Arbeitswelle übertragen werden kann,
  • in der Kammer 27 sich zwei Öffnungen 30 befinden, die mittels einer Druckluftleitung 32 verbunden sind und dass diese Druckluftleitung ein elektrisch regelbares Ventil 52 aufweist, das den Druck in der Verdichtungs- und Ansaugkammer ausgleichen kann, wenn sich ein Kolben zwischen den beiden Öffnungen befindet,
  • dieses Ventil mit Hilfe eines Drehpotentiometers am Gaspedal oder anderen Stellorganen elektrisch geregelt und damit die Motorleistung über die veränderliche Verdichtung zusätzlich beeinflusst werden kann,
  • sich in der Kammer 28 eine weitere Öffnung 31 befindet, die mit einem Rückschlagventil 54 verschlossen ist und bei Unterdruck (z.B. beim Startvorgang) diese Kammer öffnet,
  • mit dem Drehzahlsensor 87 ein Motormanagement ermöglicht wird, dass den Leistungsbedarf, Verbrauch und CO2 - Ausstoß über eine Lambdasonde optimal einstellen kann,
  • eine einfache Motor Start- Stoppfunktion (nicht nur für Hybridantriebe) zur Einsparung des Krafistoffverbrauchs Vorteilhafterweise dadurch möglich wird, dass bei stehenden Kolbenpaaren die Arbeitswelle zusammen mit der im Schwungrad 88 gespeicherten Energie sich frei weiterdrehen und der Motor unabhängig von der drehenden Arbeitswelle 58 wieder gestartet werden kann,
  • eine Magnetscheibe 112 für jedes Kolbenpaar durch Hallsensoren bzw. Lagegeber 113, elektronisch kommutiert wird und eine Steuer- Regelelektronik die Winkelgenaue Drehrichtungsumkehr schaltet,
  • für jedes Kolbenpaar eine Zündkerze 42 zur Verfügung steht und deren Zündung mit einem Hallrad mit mindestens zwei Nuten, einem Hallsensor und einer Einzelfunkenspule erfolgt und dass die Verstellung des Zündzeitpunktes über eine Unterdruckdose für beide Zündkerzen gleichzeitig erfolgen kann,
  • das Motorkonzept eine Variabilität in der geometrischen Auslegung des Kolbenwinkels und der Kolbenzapfen und damit des Kolbenhubes bzw. Hubverhältnisses und des Verdichtungsraumes bzw. der Verdichtung innerhalb des konstanten Kreissegmentes im Zylinder des Motorgehäuses von 180° Kw ermöglicht,
  • die Ausführung des inneren Gehäuse- und Kolbenquerschnittes in runder oder eckiger Form durch das neue Dichtelementkonzept möglich wird,
  • mit einer kontinuierlichen in den Kolbenscheiben eingebauten Öldruckumlaufschmierung gleichzeitig eine Kühl- und Abdichtfunktion der Kolben zu den einzelnen Kammern und zum Gehäuseinnenraum erfolgen kann.
The object of the invention is achieved in that
  • the sum of the angular degrees of a piston pair with pin and piston stroke is always 180 ° Kw ,
  • a piston is located at exactly the position of the TDC between the exhaust and intake ports after each rotation of a 135 ° / 120 ° / 108 ° Kw pair of pistons and the spark plugs are located between two pistons in the BDC ,
  • by a new sealing element concept in which the piston pairs have a closed 90 ° crossing closed sealing boundary to the two piston discs and the housing wall, no valves and valve control are required,
  • At the At the Kp a, b are supported in the OT / UT by a backstop in the respective housing and with opposite action of a backstop the working shaft together with the gear control disc 83, 84 or the magnetic disk 112 and the rotor 102 with the externally excited permanent magnet 104 of the internal ECM, can be rotated
  • the torque alternately one of the two internal ECM with ignited fuel-air mixture and simultaneously from both internal ECM, with the ignition off via the backstop 75, 76 can be transmitted to the working shaft,
  • in the chamber 27 there are two openings 30 which are connected by means of a compressed air line 32 and that this compressed air line has an electrically controllable valve 52 which can equalize the pressure in the compression and suction chamber when there is a piston between the two openings,
  • this valve is electrically controlled by means of a rotary potentiometer on the accelerator pedal or other actuators and thus the engine power can be additionally influenced by the variable compression,
  • in the chamber 28, a further opening 31 is located, which is closed with a check valve 54 and at negative pressure (eg, during the starting process) opens this chamber,
  • With the speed sensor 87, an engine management system is made possible that optimally adjusts the power consumption, consumption and CO 2 emission via a lambda probe.
  • a simple engine start-stop function (not only for hybrid drives) to save the Krafistoffverbrauchs Advantageously, it is possible that with standing piston pairs the working shaft together with the energy stored in the flywheel 88 continue to rotate freely and the engine regardless of the rotating shaft 58 to be restarted can
  • a magnetic disk 112 is electronically commutated for each pair of pistons by Hall sensors or position encoders 113 and a control electronic control unit switches the angular direction reversal,
  • for each pair of pistons, a spark plug 42 is available and the ignition takes place with a Hall wheel with at least two grooves, a Hall sensor and a single spark coil and that the adjustment of the ignition can be done simultaneously via a vacuum box for both spark plugs
  • the engine concept allows a variability in the geometric design of the piston angle and the piston pin and thus the piston stroke and the compression space or the compression within the constant circular segment in the cylinder of the motor housing of 180 ° Kw ,
  • the execution of the inner housing and piston cross-section in round or square shape is made possible by the new sealing element concept,
  • a cooling and sealing function of the piston can be done to the individual chambers and to the housing interior with a continuous built-in the piston discs oil pressure circulation lubrication.

4. Ausführungsbeispiel4th embodiment

Die Erfindung ist im Aufbau und der Arbeitsweise anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels mit dem Kolben- und Zapfenwinkel von gesamt 45° Kw und einem Kolbenhub von 90° Kw im Folgenden näher beschrieben.The invention is described in more detail in the construction and operation of an embodiment shown in the drawings with the piston and pin angle of 45 ° Kw and a piston stroke of 90 ° Kw in the following.

Es zeigen:

  • Fig. 1.1 eine schematische Seitenansicht vom Innenraum des Motors mit der wiederkehrenden Arbeitsposition der Kolbenpaare und der Aufteilung des Ringraumes in vier Kammern,
  • Fis. 1.2 einen Teilquerschnitt durch das ringförmige Gehäuse mit den beiden Kolbenscheiben, den Kolben und deren Lagerung im Gehäuse,
  • Fig. 2 . 1 einen Gesamtquerschnitt durch die am Motorprinzip beteiligten Komponenten, mit dem Schmierölverlauf an einem Kolbenpaar,
  • Fig. 2.2 einen Teilschnitt durch die Zahnrad- Steuerscheibe mit Zahnkranz und Dämpferscheibe sowie die Ansicht der Vorrichtung zur Verriegelung und Positionierung der Kolben im OT und UT,
  • Fis. 2.3.2.4 zeigt die Seitenansichten der Zahnrad- Steuerscheibe zur Steuerung der Startermotoren und der Verriegelung mit je zwei 180° Kw gegenüberliegenden Kreissegmenten und die Position der Sensoren im OT,
  • Fil!. 2.5- 2.7 einen Teilquerschnitt und die isometrische Ansicht des internen ECM mit dem Rotor (Permanentmagnet), Stator (Elektromagnet) und der bürstenlosen Kommutierung der Magnetscheibe mittels Hallsensoren bzw. Lagegeber,
  • Fig. 3.1- 3.10 die Darstellung des Arbeitsprinzips mit Sensorsteuerung über Kreissegmente, Positionsrad und Hallsensor, bei einer Umdrehung beider Kolbenpaare, am Beispiel eines Saugmotors,
  • Fig. 3.11 ein Weg-Zeit-Diagramm (s/t-Diagramm) der beiden Kolbenpaare zur Verdeutlichung der abwechselnd gleichgerichteten Drehbewegung und der Übersetzung von 2:3 zur Arbeitswelle,
  • Fig. 3.12 ein Arbeitsdiagramm (p/v-Diagramm) der sensorgesteuerten RKB als Saugmotor in Zusammenwirkung der in den einzelnen Kammern entstehenden Druckverlaufes über dem Hubvolumen (Kammervolumen),
  • Fig. 4 einen Stromlaufplan, der die Motorsteuerung mit der Zündung, dem Hallsensor und Hallrad, der Verriegelungsvorrichtung mit Hubmagnete, sowie der externen Startermotoren über Kreissegmente durch Sensoren und einem Zündstartschalter aufzeigt,
  • Fig. 4 . 1 einen Teilbereich des Stromlaufplanes, der die Motorsteuerung der konventionellen externen Starter mit der Polwendeschaltung für Drehrichtungsumkehr aufzeigt,
  • Fig. 5.1-5.7 das Dichtungskonzept der einzelnen Kolben- und Kolbenscheiben mit Kolbenringsegmente und weiteren Dichtelementen für zwei alternative Kolben- bzw. Zylinderquerschnitte,
  • Fig. 6 die isometrische Ansicht, der in den Kolbenscheiben integrierten Ölpumpenfunktion mit Pumpenscheiben,
  • Fig. 6.1-6.6 die Schnitte und Unteransicht am Kolben mit den Bohrungen zur Schmierung und Kühlung derselben und der als Rückschlagventil eingesetzten Abdeckplatte,
  • Fig. 7 die isometrische Ansicht, des Kühlmittelverlaufes in den Gehäuseteilen mit den Ölbohrungen, die in den Gehäuserippen integriert sind,
  • Fig. 8 . 1 . 8 . 2 die Gesamtaußenansicht der sensorgesteuerten RKB von links und rechts,
  • Fig. 9 die Gesamtaußenansicht der sensorgesteuerten RKB mit zwei internen ECM,
  • Fig. 9 . 1 ein Blockschaubild mit der links und rechts von der RKB angeordneten internen ECM, in Funktion eines parallelen Hybridantriebes.
Show it:
  • Fig. 1.1 a schematic side view of the interior of the engine with the recurring working position of the piston pairs and the division of the annular space in four chambers,
  • Fis. 1.2 shows a partial cross section through the annular housing with the two piston discs, the piston and their mounting in the housing,
  • Fig. 2 , 1 a total cross section through the components involved in the motor principle, with the lubricating oil flow on a pair of pistons,
  • Fig. 2.2 a partial section through the gear control disc with sprocket and damper disc and the view of the device for locking and positioning of the pistons in TDC and UT,
  • Fis. 2.3.2.4 shows the side views of the gear control disc for controlling the starter motors and the interlock with two 180 ° Kw opposite circle segments and the position of the sensors in the TDC,
  • Fil !. 2.5- 2.7 a partial cross-section and the isometric view of the internal ECM with the rotor (permanent magnet), stator (electromagnet) and the brushless commutation of the magnetic disk by means of Hall sensors or position sensors,
  • Fig. 3.1- 3.10 the representation of the working principle with sensor control over circle segments, position wheel and Hall sensor, with a rotation of both piston pairs, the example of a suction motor,
  • Fig. 3.11 a path-time diagram (s / t-diagram) of the two piston pairs to illustrate the alternately rectified rotational movement and the translation of 2: 3 to the working shaft,
  • Fig. 3.12 a working diagram (p / v diagram) of the sensor-controlled RKB as a naturally aspirated engine in cooperation with the pressure profile in the individual chambers above the displacement (chamber volume),
  • Fig. 4 a circuit diagram showing the engine control with the ignition, the Hall sensor and Hall wheel, the locking device with solenoids, and the external starter motors via circular segments by sensors and a Zündstartschalter,
  • Fig. 4 , 1 a portion of the circuit diagram showing the motor control of the conventional external starter with the pole reversal reversing circuit,
  • Fig. 5.1-5.7 the sealing concept of the individual piston and piston discs with piston ring segments and further sealing elements for two alternative piston or cylinder cross sections,
  • Fig. 6 the isometric view, the oil pump function integrated in the piston disks with pump disks,
  • Fig. 6.1-6.6 the cuts and bottom view on the piston with the holes for lubrication and cooling of the same and the cover plate used as a check valve,
  • Fig. 7 the isometric view of the coolant flow in the housing parts with the oil holes, which are integrated in the housing ribs,
  • Fig. 8 , 1 , 8th , 2 the overall external view of the sensor-controlled RKB from left and right,
  • Fig. 9 the overall external view of the sensor-controlled RKB with two internal ECM,
  • Fig. 9 , 1 a block diagram with the left and right of the RKB arranged internal ECM, in function of a parallel hybrid drive.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform Fig. 1.1 und Fig. 1 . 2 beinhaltet der Motor je zwei 180° Kw gegenüberstehende Kolbenpaare mit den Kolben 1, 2 (Kp a) und 3, 4 (Kp b), die auswechselbar auf je einer kreisrunden Kolbenscheibe 5, 6 sich automatisch axial im gleichen Abstand zur Innenwand des Gehäuses 17, 18 positionieren können. Das wird einmal durch die gleitende Verbindung der Kolbenstange 8 im Kolbenbolzen 7 und einer genauen radialen spielfreien Einstellbarkeit, mittels zweier Gewindestifte 12 in der Gewindebohrung 11, mit kugelförmig und exzentrisch versetztem Schraubenende, welches in einem Kulissenstein 9 eingreift Fig. 5.1- 5.3 oder durch eine Schraubverbindung der Kolben 1 - 4 zur Kolbenscheibe 5, 6 mit Hilfe der Kolbenschraube 23 und einem Kolbenbolzen 24 Fig 2 . 5 . wobei der Kolben auf der Kolbenscheibe verschiebbar ist, möglich. Durch zylindrische Federn 209, die auf eine Öl-Abstreifplatte 208, 213 seitlich wirken, wird der gleichmäßige Abstand eingehalten. Der Überhang der Kolben zur benachbarten Kolbenscheibe hat für die reibungsfreie Drehbewegung einen geringen radialen Spalt 164 Fig. 5 . 6 und jeder Kolben kann sich zur Übertragung des Drehmomentes auf breiter Basis zur Stirnfläche der jeweiligen Kolbenscheibe abstützen.According to an advantageous embodiment Fig. 1.1 and Fig. 1 , 2 The motor includes two pairs of 180 ° Kw opposite piston pairs with the piston 1, 2 (Kp a ) and 3, 4 (Kp b ), the interchangeable on each circular piston disk 5, 6 automatically axially at the same distance from the inner wall of the housing 17th , 18 can position. This is once by the sliding connection of the piston rod 8 in the piston pin 7 and a precise radial backlash adjustability, by means of two threaded pins 12 in the threaded bore 11, with spherical and eccentric offset screw end, which engages in a sliding block 9 Fig. 5.1- 5.3 or by a screw connection of the pistons 1 - 4 to the piston disc 5, 6 by means of the piston screw 23 and a piston pin 24th Fig. 2 , 5 , wherein the piston is displaceable on the piston disc, possible. By cylindrical springs 209, which act on an oil scraper plate 208, 213 side, the uniform distance is maintained. The overhang of the pistons to the adjacent piston disc has a small radial gap 164 for the smooth rotational movement Fig. 5 , 6 and each piston can be supported to transmit the torque on a broad basis to the end face of the respective piston disc.

In einer Kolbenvariante hat jeder der vier Kolben einen rechtwinkligen und in einer weiteren Variante einen kreisbogenförmigen Querschnitt, der im unteren Bereich in einem Sockel 10 endet Fig. 5 . 6 . Diese Querschnitte werden zu vier Kolben 1 - 4 mit Zapfen 48 an den Stirnflächen ausgestaltet. Diese Kolben übernehmen gleichzeitig eine Ventil- und Abdichtfunktion zu dem aus mehreren Teilen bestehenden geschlossenen Gehäuse 17, 18, 19, zu den vier Kammern 26-29 und zu den Kolbenscheiben. Die Ansaug- 35 und Abgasöffnung 36 ist am Umfang Fig. 1.1 des Gehäuses so angeordnet, dass eine Ventilsteuerung zur Abdichtung der Öffnungen bei den wiederkehrenden Drehbewegungen der Kolbenpaare in der Arbeitsposition des OT/UT entfällt. Das Gehäuse 17 und 18 hat im UT eine Gewindebohrung 40, 41 zur Aufnahme je einer Zündkerze 42. In a piston variant, each of the four pistons has a right-angled and in another variant a circular arc-shaped cross-section, which ends in the base in a base 10 Fig. 5 , 6 , These cross-sections are to four pistons 1 - 4 configured with pin 48 at the end faces. These pistons simultaneously perform a valve and sealing function to the multi-part closed housing 17, 18, 19, to the four chambers 26-29 and to the piston discs. The intake 35 and exhaust port 36 is at the periphery Fig. 1.1 the housing arranged so that a valve control for sealing the openings in the recurrent rotational movements of the piston pairs in the working position of the OT / UT omitted. The housing 17 and 18 has a threaded bore 40, 41 for receiving a spark plug 42 in the UT .

Zwei Kolbenscheiben, die am äußeren Durchmesser der Nabe 14 jeweils links und rechts im Gehäuse 17, 18 mittels Kugellager 15, 16 gelagert sind, bilden stirnseitig eine klauenförmige Verzahnung 66, 67 aus. Zwischen den beiden Kugellagern und der jeweiligen Kolbenscheibe sind im Gehäuse je eine Rücklaufsperre (Freilauf) 21, 22 die mit der Nabe 14 durch eine Passfeder 25 verbunden ist, so angeordnet, dass sich abwechselnd eine Kolbenscheiben mit einem Kp a bzw. b zentrisch zur Arbeitswelle 58 in nur einer Richtung drehen können.Two piston disks, which are mounted on the outer diameter of the hub 14 on the left and right in the housing 17, 18 by means of ball bearings 15, 16 , form a claw-shaped toothing 66, 67 at the end face. Between the two ball bearings and the respective piston disc in the housing each have a backstop (freewheel) 21, 22 which is connected to the hub 14 by a feather key 25 , arranged so that alternately a piston discs with a Kp a or b centric to the working shaft 58 can rotate in one direction only.

Das zweite Kolbenpaar wird zusammen mit der Arbeitswelle 58 durch eine entgegengesetzt wirkende Rücklaufsperre 75, 76 abwechselnd so weitergedreht, dass während einer gewählten Drehung von 90°/60°/36° Kw alle vier bekannten Arbeitsspiele (ansaugen - Kammer 26, verdichten - Kammer 27, zünden - Kammer 28 und ausstoßen - Kammer 29) eines Hubkolbenmotors, umgesetzt werden können.The second pair of pistons together with the working shaft 58 by an oppositely acting backstop 75, 76 alternately rotated so that during a selected rotation of 90 ° / 60 ° / 36 ° Kw all four known working cycles (suck - chamber 26, compaction chamber 27 , ignite - chamber 28 and ejection - chamber 29) of a reciprocating engine, can be implemented.

Mit Änderung von Durchmesser und Länge der Zapfen 48 und Kolben 1 - 4 (Kolbenwinkel), wird auch bei gleichem Kurbelradius R die Verdichtung, das Hubverhältnis und das Kammervolumen in allen 4 Kammern beeinflusst. Die Summe der Winkelgrade von je zwei Kolben mit den Zapfen 48 zusammen mit dem Expansions- 29 bzw. Verdichtungsraum 27 beträgt dabei immer 180° Kw. By changing the diameter and length of the pin 48 and piston 1 - 4 (piston angle), the compression, the stroke ratio and the chamber volume in all 4 chambers is affected even at the same crank radius R. The sum of the angular degrees of two pistons with the pin 48 together with the expansion 29 and compression chamber 27 is always 180 ° Kw.

Die Arbeitswelle 58 wird durch Gleit- oder Nadellager 61 in der Nabenbohrung der Kolbenscheibe gelagert Fig. 2 . 1 Auf dieser Welle wird jeweils links und rechts mit der klauenförmigen Verzahnung 66, 67 eine innere Kupplungsscheibe 69, 70 mit den Kolbenscheiben 5, und 6, axial gekoppelt. Die innere Kupplungsscheibe ist mit den Kugellagern 72 ,73 und 77, 78 auf der äußeren Kupplungsscheibe gelagert. Zwischen den Kugellagern wird konzentrisch eine Rücklaufsperre 75, 76 so angeordnet, dass die innere- 69, 70 über die äußere Kupplungsscheibe (80), (81) mit der Passfeder 82, die Arbeitswelle in Kolbendrehrichtung mitdreht.The working shaft 58 is supported by sliding or needle bearings 61 in the hub bore of the piston disk Fig. 2 , 1 On this shaft is left and right with the claw-shaped teeth 66, 67 an inner clutch disc 69, 70 with the piston discs 5, and 6, axially coupled. The inner clutch disc is mounted with the ball bearings 72, 73 and 77, 78 on the outer clutch disc. Between the ball bearings, a backstop 75, 76 is concentrically arranged so that the inner 69, 70 via the outer clutch disc (80), (81) with the key 82, the working shaft rotates in the direction of piston rotation.

In der weiteren Ausgestaltung, wird eine Zahnrad- Steuerscheibe 83, 84 mit einem Zahnkranz 85, 86, für den Antrieb der Kolbenpaare beim Startvorgang des Motors Fig. 2 . 1 , mittels externen elektrischem Starter 139, 140, und bei dem internen ECM der Rotor 102 mit Fremderregte Permanentmagnete 104 und einer Magnetscheibe 112 mit der inneren Kupplungsscheiben 69, 70 starr verbunden. Der Stator (E- Magnet) 103 des internen ECM ist konzentrisch zur Arbeitswelle an der Gehäuseabdeckung 95, 96 befestigt. Der Rotor wird durch drei, um den Stator 103 verteilte und ebenfalls an der Gehäuseabdeckung befestigte Hallsensoren bzw. Lagegeber 113, elektronisch kummutiert bzw. detektiert Fig. 2.5- 2.7 . An einem Ende der Arbeitswelle befindet sich auf der äußeren Kupplungsscheibe 81 ein Schwungrad 88, in dem das Drehmoment des Motors gespeichert wird und das in Verbindung zu einer mechanischen oder automatischen Fahrzeugkupplung und Getriebe stehen kann. Am gegenüberliegenden Ende der Arbeitswelle ist eine Öldrehdurchführung 89 vorgesehen, die auch einen Sensor 87 zur Drehzahlerfassung der Arbeitswelle aufnehmen kann. Außerdem ist auf dieser Seite die Montage einer Keilriemenscheibe 92 auf der äußeren Kupplungsscheibe 80 zum Antrieb der erforderlichen Anbauaggregate z.B. Wasserpumpe, Lichtmaschine, Kältekompressor usw. vorgesehen.In the further embodiment, a gear wheel control disc 83, 84 with a ring gear 85, 86, for driving the piston pairs during the starting process of the engine Fig. 2 , 1 , by means of external electric starters 139, 140, and in the internal ECM the rotor 102 with externally excited permanent magnets 104 and a magnetic disk 112 with the inner clutch plates 69, 70 rigidly connected. The stator (E magnet) 103 of the internal ECM is attached to the housing cover 95, 96 concentrically with the working shaft. The rotor is electronically cummed or detected by three Hall sensors or position encoders 113 distributed around the stator 103 and also attached to the housing cover Fig. 2.5- 2.7 , At one end of the working shaft is on the outer clutch disc 81, a flywheel 88, in which the torque of the engine is stored and which may be in connection with a mechanical or automatic vehicle clutch and transmission. At the opposite end of the working shaft, an oil rotary duct 89 is provided, which can also accommodate a sensor 87 for speed detection of the working shaft. In addition, on this page, the installation of a V-belt pulley 92 on the outer clutch disc 80 for driving the necessary attachments such as water pump, alternator, refrigerant compressor, etc. is provided.

Die Arbeitswelle wird durch zwei gewellte Federscheiben bzw. Tellerfedern 90 mittels zweier Muttern 91 (oder auch mit anderen geeigneten Befestigungselementen) zum Gehäuse in der Weise fixiert und zentriert, dass sich die äußere Kupplungsscheibe 80, 81 zur inneren Kupplungsscheibe 69, 70 jeweils über die Kugellager 77, 78, und 15, 16 axial am linken und rechten Gehäuse 17, 18 abstützen kann. Dadurch wird ein Längenausgleich bei den vorhandenen Temperaturänderungen und Toleranzausgleich der einzelnen Bauteile gewährleistet. Der Startvorgang wird einerseits erfindungsgemäß dadurch ermöglicht, dass mit einer formschlüssigen axialen Kupplung 66, 67 eine Verbindung von einem Zahnkranz 85, 86 über die Zahnrad- Steuerscheibe 83, 84 zur inneren Kupplungsscheibe 69, 70 und Kolbenscheibe 5, 6 hergestellt wird. Die Kolbenpaare a, b werden dadurch von je einem externen Starter 139, 140 aus einer beliebigen Position, innerhalb des ringförmigen Zylinders 19, abwechselnd angetrieben. Mittels eines Sensors 118, 120, der an der Gehäuseabdeckung 95, 96 im oberen Totpunkt befestigt ist, werden über zwei symmetrisch angeordnete äußere Kreissegmente 122, 123 die Starter der Kolbenpaare a und b berührungslos ein- bzw. ausgeschaltet. Über zwei symmetrisch angeordnete innere Kreissegmente 128, 129 wird ein Sensor 125, 126, der ebenfalls an der Gehäuseabdeckung 95, 96 im oberen Totpunkt befestigt ist Fig. 2 . 1 , schaltbar, wodurch zwei Hubmagnete 98, 99 aktivierbar sind, die zwei symmetrische auf jeder Seite der Gehäuseabdeckung angeordnete Verriegelungen betätigen, wodurch eines der Kolbenpaare a, b angehalten wird. Die Verriegelung besteht aus je einer stabilen Bolzenführung 100, 101 mit einem Verriegelungsbolzen 97 sowie aus zwei Anschlägen 105, 106, die mit einer Dämpferscheibe 110, 111 verbunden sind. Die Zahnrad- Steuerscheibe wird drehbar relativ zur Dämpferscheibe, gegen die dämpfende Wirkung einer Feder 115,116 angehalten Fig. 2.2- 2.4. The working shaft is fixed and centered by two corrugated spring washers or disc springs 90 by means of two nuts 91 (or other suitable fasteners) to the housing in such a way that the outer clutch disc 80, 81 to the inner clutch disc 69, 70 respectively over the Ball bearings 77, 78, and 15, 16 axially on the left and right housing 17, 18 can be supported. This ensures a length compensation for the existing temperature changes and tolerance compensation of the individual components. The starting process is on the one hand inventively made possible that with a positive axial coupling 66, 67, a connection of a sprocket 85, 86 via the gear control disc 83, 84 to the inner clutch disc 69, 70 and piston disc 5, 6 is produced. The piston pairs a, b are thereby alternately driven by an external starter 139, 140 from any position, within the annular cylinder 19 . By means of a sensor 118, 120 which is fixed to the housing cover 95, 96 at top dead center , the starters of the piston pairs a and b are switched on or off without contact via two symmetrically arranged outer circular segments 122, 123 . About two symmetrically arranged inner circle segments 128, 129 is a sensor 125, 126, which is also attached to the housing cover 95, 96 at top dead center Fig. 2 , 1 , switchable, whereby two solenoids 98, 99 can be activated, the two symmetrical operated on each side of the housing cover locks operate, whereby one of the piston pairs a, b is stopped. The lock consists of a stable pin guide 100, 101 with a locking pin 97 and two stops 105, 106, which are connected to a damper disc 110, 111 . The gear control disc is rotatably stopped relative to the damper disc, against the damping action of a spring 115,116 Fig. 2.2- 2.4.

Andererseits wird durch Anwendung eines Polwendeschalter 93, 94 Fig. 4 . 1 beim konventionellen externen Starter oder mit der Magnetscheibe 112, dem Hallsensor bzw. Lagegeber 113, und der Regelelektronik des internen ECM eine abwechselnde Drehrichtungsumkehr möglich, sodass die Kolbenpaare beim Startvorgang abwechselnd durch die Rücklaufsperre 21, 22 im Gehäuse 17, 18 angehalten sind und die gefederte Verriegelungsvorrichtung mit Hubmagnete entfallen kann.On the other hand, by applying a Polwendeschalter 93, 94 Fig. 4 , 1 in the conventional external starter or with the magnetic disk 112, the Hall sensor or position sensor 113, and the control electronics of the internal ECM an alternate direction of rotation reversal possible, so that the piston pairs are alternately stopped during startup by the backstop 21, 22 in the housing 17, 18 and the sprung Locking device with solenoids can be omitted.

Mit einer links und rechts der RKB angeordneten internen ECM, sind erfindungsgemäß in Vorteilhafterweise außerdem folgende Antriebsvarianten in einem Fahrzeug Fig. 9, 9 . 1 möglich:

  1. a) Alleiniger Fahrzeugantrieb durch RKB (Stand- alone). ECM nur als Startermotor.
  2. b) Antrieb mit RKB plus externer E-Motor (seriell, parallel, kombinierter Hybridantrieb)
  3. c) Antrieb mit RKB plus wechselseitigen Antrieb durch die beiden internen ECM
    (paralleler Hybridantrieb, Drehmomentaddition).
  4. d) Wechselseitiger Generatorantrieb der internen ECM durch die RKB nach dem Start.
  5. e) Fahrzeugantrieb durch reinen Batteriebetrieb beider interner ECM.
  6. f) Ein rückwirkender Antrieb des Schwungrades 88 durch Bremsenergie kann durch den
    Freilauf 75, 76, der die Arbeitswelle zu den Kolbenpaaren entkoppelt, erfolgen.
With an internal ECM arranged to the left and right of the RKB , the following drive variants are advantageously also present in a vehicle according to the invention Fig. 9, 9 , 1 possible:
  1. a) Sole vehicle drive by RKB (stand-alone). ECM only as a starter motor.
  2. b) Drive with RKB plus external electric motor (serial, parallel, combined hybrid drive)
  3. c) Drive with RKB plus reciprocal drive through the two internal ECM
    (parallel hybrid drive, torque addition).
  4. d) Alternate generator drive of the internal ECM by the RKB after the start.
  5. e) Vehicle drive by pure battery operation of both internal ECM.
  6. f) A retroactive drive of the flywheel 88 by braking energy can by the
    Freewheel 75, 76, which decouples the working shaft to the piston pairs done.

Zur Steuerung des Zündzeitpunktes Fig. 2 . 1 ist für jedes Kolbenpaar je ein Hallsensor 130, 131 vorgesehen, der auf einer Trägerscheibe 132, 133 an der Außenseite des Gehäuseabdeckung 95, 96 drehbar angeordnet und über einen Stab 149 verbunden ist. Damit ist es erfindungsgemäß durch die mit mindestens zwei Nuten versehenen Hallräder 135, 136 auf jeder Seite möglich, eine Unterdruck geregelte Zündung mit einer Zündkerze und Einzelfunkenspule 144, 145 auf jeder Seite des Gehäuses für Kp a, b bei einer Zündung nach jeweils 135°/120°/108° Kurbelwinkelumdrehung der Arbeitswelle darzustellen. Die sensorgesteuerte, elektronische Betriebsweise zum Starten und zur Drehzahlregelung des Motors, zusammen mit der Position der Kp a, b, der verbundenen Kreissegmente, den induktiven Sensoren und des Hallrades zu den Hallsensoren, ist in der Fig. 3.1- 3.10 dargestellt und im Folgenden beschrieben:

  • Fig.3 . 1
    Aus einer beliebigen Position im Gehäuse der Kp a, b zueinander, werden diese vom externen Starter 139, 140 bzw. von der internen ECM nach rechts in die wiederkehrend Arbeitsposition des OT/UT gedreht.
  • Fig. 3 . 2
    Das nachfolgende Kp b, a wird vom Kp a, b über Kreissegmente durch zwei Hubmagneten, die eine Verriegelung betätigen oder durch wechselnde Drehrichtungsumkehr der externen Starter Fig. 4, 4 . 1 bzw. der beiden internen ECM Fig. 2.5-2.7, in OT/UT sensitiv gesteuert, festgehalten.
  • Fig. 3.3
    Starter 1 dreht Kp a um 90° Kw, erstes Ansaugen des frischen zündfähigen Kraftstoff-Luft-Gemisches, Kp b in OT frei. Druckausgleich durch regelbares Drosselventil 52 in Kammer 26, 27. Das Rückschlagventil 54 gleicht den Unterdruck in Kammer 28 aus.
  • Fig. 3 . 4
    Starter 1 dreht beide Kp a, b direkt gegenüberstehend und an den Zapfen maximal berührend um 45° Kw auf die neue Arbeitsposition (gesamt 135° Kw), das Kp b wird im OT freigestellt, das Kp a bleibt stehen.
  • Fig. 3 . 5
    Starter 2 dreht Kp b um 90° Kw weiter, das Kp a wird festgehalten, Ansaugen und erstes Verdichten des Kraftstoff-Luft-Gemisches mit Druckausgleich. Das Rückschlagventil 54 gleicht den Unterdruck in Kammer 28 aus.
  • Fig. 3 . 6
    Starter 2 dreht Kp a, b um 45° Kw weiter auf die 135° Kw der Arbeitsposition. Es erfolgt die erste Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches und der erste Arbeitstakt beginnt.
  • Fig. 3 . 7
    Durch die Expansionskraft bleibt Kp b stehen, das Arbeitsspiel Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausschieben erfolgt durch die Drehung des Kp a um 90° Kw gleichzeitig.
  • Fig. 3 . 8
    Beide Kolbenpaare drehen sich durch die Antriebskraft und dem Schwungmoment des Kp a um 45° Kw bis zur Arbeitsposition weiter, der zweite At erfolgt.
  • Fig. 3 . 9
    Im zweiten At wird das Kp b um 90° Kw gedreht, die kinetische Energie überträgt sich auf das Kp a. Der Motor läuft selbsttätig.
  • Fig. 3.10
    Kp a und b drehen um 45° Kw weiter und haben sich um eine volle Umdrehung aus der Position der Fig. 3.2 weiterbewegt. Die Arbeitsspiele wiederholen sich bis die Zündung abgeschaltet oder mehr Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird.
    Wenn keine weitere Zündung nach Abschaltung des Motors erfolgt, wird der Druck in Kammer 26, 27 durch das geregelte Ventil 52 ausgeglichen und beide Kolbenpaare können sich bis zum Stillstand ungehindert auf der Arbeitswelle weiterdrehen.
  • Fig. 3.11
    Das s/t-Diagramm zeigt das Zusammenspiel der intermittierend sich drehenden und angehaltenen Kp a, b im Verhältnis von 2:3 zur Arbeitswelle und die vier entstehenden At nach einer vollen Umdrehung beider Kolbenpaare.
  • Fig. 3.12
    Im p/v- Diagramm sind die in den einzelnen Kammern erfolgten Arbeitsspiele Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausschieben mit dem Druckverlauf über den Kw von 90° (Kammervolumen VH = Vh+Vc) zusammengefasst.
    Alle in den Kammern befindlichen Gase werden mit dem entsprechenden thermischen Gaszustand (Überdruck, Unterdruck) beim Drehen über einen Kw von 45° gespeichert, bis die Arbeitsposition wieder ereicht wurde und das Arbeitsspiel von Neuem beginnt. Die Reihenfolge der Kammern beginnt wieder von vorne (Kammer 29 wird zur Kammer 26 usw.).
For controlling the ignition timing Fig. 2 , 1 a Hall sensor 130, 131 is provided for each pair of pistons, which is rotatably mounted on a support plate 132, 133 on the outside of the housing cover 95, 96 and connected via a rod 149 . Thus, it is inventively by the provided with at least two grooves Hall wheels 135, 136 on each side possible, a vacuum controlled ignition with a spark plug and Einzelfunkenspule 144, 145 on each side of the housing for Kp a, b at an ignition after each 135 ° / 120 ° / 108 ° crank angle rotation of the working shaft represent. The sensor-controlled, electronic operation for starting and speed control of the motor, together with the position of the Kp a, b, the connected circular segments, the inductive sensors and the Hall wheel to the Hall sensors, is in the Fig. 3.1- 3.10 shown and described below:
  • Figure 3 , 1
    From any position in the housing of the Kp a, b to each other, they are rotated by the external starter 139, 140 or by the internal ECM to the right in the recurring working position of the OT / UT.
  • Fig . 3 , 2
    The following Kp b, a is from Kp a, b via circular segments by two solenoids that actuate a lock or by changing direction of rotation reversal of the external starter Fig. 4, 4th , 1 or the two internal ECMs Fig. 2.5-2.7, in OT / UT sensitively controlled, recorded.
  • Fig. 3.3
    Starter 1 turns Kp a by 90 ° Kw, first aspiration of fresh ignitable fuel-air mixture, Kp b in TDC. Pressure equalization by controllable throttle valve 52 in chamber 26, 27. The check valve 54 compensates for the negative pressure in chamber 28 .
  • Fig. 3 , 4
    Starter 1 turns both Kp a, b directly opposite and at the pin maximum touching by 45 ° Kw to the new working position (total 135 ° Kw), the Kp b is released in the OT, the Kp a stops.
  • Fig. 3 , 5
    Starter 2 continues to turn Kp b 90 ° Kw, the Kp a is held, priming and first compression of the fuel-air mixture with pressure compensation. The check valve 54 compensates for the negative pressure in chamber 28 .
  • Fig. 3 , 6
    Starter 2 turns Kp a, b 45 ° Kw to the 135 ° Kw of the working position. There is the first ignition of the fuel-air mixture and the first power stroke begins.
  • Fig. 3 , 7
    Due to the expansion force Kp b stops, the working game sucking, compressing, working and pushing out takes place by the rotation of the Kp a by 90 ° Kw at the same time.
  • Fig. 3 , 8th
    Both pairs of pistons continue to rotate by 45 ° Kw up to the working position due to the driving force and the moment of inertia of the Kp a , the second At takes place.
  • Fig. 3 , 9
    In the second At the Kp b is rotated by 90 ° Kw, the kinetic energy is transferred to the Kp a. The engine runs automatically.
  • Fig. 3.10
    Kp a and b continue to turn 45 ° Kw and have a full turn out of position Fig. 3.2 advanced. The work cycles are repeated until the ignition is switched off or more fuel-air mixture is supplied.
    If there is no further ignition after switching off the engine, the pressure in chamber 26, 27 is compensated by the controlled valve 52 and both pairs of pistons can continue to turn freely on the working shaft to a standstill.
  • Fig. 3.11
    The s / t diagram shows the interplay of the intermittently rotating and stopped Kp a, b in the ratio of 2: 3 to the working shaft and the four resulting At after a full rotation of both piston pairs.
  • Fig. 3.12
    The p / v diagram summarizes the working cycles of suction, compression, working and pushing out in the individual chambers with the pressure curve across the Kw of 90 ° (chamber volume VH = Vh + Vc).
    All the gases in the chambers are stored with the appropriate thermal gas state (overpressure, vacuum) when turning over a 45 ° Kw, until the working position has been regained and the cycle starts again. The order of the chambers starts again from the beginning (chamber 29 becomes chamber 26 , etc.).

Für die einwandfreie Funktion des erfindungsgemäßen Motorkonzeptes sind folgende Teilkonzepte innerhalb des Motors von hoher Bedeutung. Dazu zählen in vorteilhafter Ausführungsform:

  • das Dichtungskonzept an Kolben, Kolbenscheiben und Gehäuse
  • das Schmierkonzept und
  • das Kühlkonzept des Motors
For the proper functioning of the engine concept according to the invention, the following subconcepts within the engine are of great importance. These include in an advantageous embodiment:
  • the sealing concept on pistons, piston disks and housings
  • the lubrication concept and
  • the cooling concept of the engine

4.1 Das Dichtungskonzept des Motors4.1 The sealing concept of the engine

Um bei der sensorgesteuerten RKB eine Nutz- bzw. Arbeitsleistung wie bei den bekannten "Otto- bzw. Diesel" Gasmotoren zu erlangen, ist eine absolute Gasdichtheit zwischen den einzelnen Kolben, zur Kolbenscheibe und zum Gehäuse und eine ausreichende Verdichtung des Kraftstoff-Luft-Gemisches, auch bei hohen Temperaturen, erforderlich.In order to obtain a useful or working performance in the sensor-controlled RKB as in the known "gasoline or diesel" gas engines, is an absolute gas tightness between the individual pistons, the piston disc and the housing and a sufficient compression of the fuel-air mixture , even at high temperatures, required.

Dies wird erfindungsgemäß bei der rechtwinkligen Kolbenvariante Fig. 5.1-5.4 dadurch erreicht, dass in den zwei äußeren Nuten 179 der vier Kolben, zwei rechtwinkelig gestaltete Dichtelemente 158, 159 zum Gehäuse 17, 18 und durch überlappenden Stoß 161 auch radial zum ringförmigen Zylinder 19 hin, abdichten. Das Dichtelement 158, 159 ist am unteren Ende durch Überlappung 165 so ausgestaltet, dass eine dichtende Verbindung in der Kolbennut 182 mit den trapezförmigen Dichtelementen 166, 167 zu den einzelnen Kammern und zur 90° kreuzenden Kolbenscheibe mit den Dichtringen 170, 171, 172 entsteht. Zwei gewellte Federn 175 mit drei Bogen erzeugen, in einer tieferen Nut im Kolben sich abstützend, erfindungsgemäß die erforderliche Anpresskraft in alle Richtungen (siehe Pfeile a - h, Fig. 5 . 2 und Fig. 5.3 ). In der mittleren Nut 177 des Kolbens werden zwei rechtwinklig gestaltetes Ölabstreif-Schmierelement 160, die zum ringförmigen Zylinder 19 hin überlappen 183, eingesetzt. Diese Schmierelemente werden auch durch eine gewellte Feder 175 mit drei Bogen, radial und unter 45° in Richtung der Pfeile a-c gedrückt. Bei jedem Kolben werden seitlich zwei ebene Öl-Abstreifplatten 208, 213 durch zwei zylindrische Federn 209 an die Gehäusewand gedrückt (siehe Pfeile j, k), wodurch das überschüssige Schmieröl in der Nut 188 über die Kolbenscheibe durch die Bohrungen 168, 169 zurück zur Arbeitswelle 58 und dann aus dem Gehäuse geleitet wird.This is inventively in the right-angle piston variant Fig. 5.1-5.4 achieved in that in the two outer grooves 179 of the four pistons, two rectangular shaped sealing elements 158, 159 to the housing 17, 18 and by overlapping shock 161 and radially to the annular cylinder 19 out seal. The sealing element 158, 159 is at the lower end by overlapping 165 designed so that a sealing connection in the piston groove 182 with the trapezoidal sealing elements 166, 167 to the individual chambers and the 90 ° intersecting piston disc with the sealing rings 170, 171, 172 is formed. According to the invention, two corrugated springs 175 with three arcs, in a deeper groove in the piston, support the required contact pressure in all directions (see arrows a - h). Fig. 5 , 2 and Fig. 5.3 ) . In the middle groove 177 of the piston, two orthogonal oil scraper lubricating members 160 that overlap 183 toward the annular cylinder 19 are inserted. These lubricating elements are also pressed by a corrugated spring 175 with three arcs, radially and at 45 ° in the direction of the arrows ac . For each piston, two flat oil stripping plates 208, 213 are laterally pressed by two cylindrical springs 209 against the housing wall (see arrows j, k), whereby the excess lubricating oil in the groove 188 via the piston disc through the holes 168, 169 back to the working shaft 58 and then out of the housing.

Die kreisbogenförmige Kolbenvariante Fig. 5.5- 5.7 und Fig. 6 . 1 , 6.6 wird erfindungsgemäß durch einen Querschnitt, der nach unten einen Sockel 10 aufweist, dargestellt. Die Kolbennut 162 wird horizontal in den Sockel weitergeführt. Die horizontale Nut 163 im Sockel Fig.6 . 3 dient, wie bei der rechtwinkligen Kolbenvariante, zur Aufnahme weiterer, sich zur Kolbenscheibe 90° kreuzender trapezförmiger Dichtelemente. Die überstehende Seite bei beiden Kolbenvarianten hat zur benachbarten Kolbenscheibe radial einen geringen Freigang 164, der etwa dem der Kolben zum Gehäuse entspricht Fig-5.6. The circular arc piston variant Fig. 5.5- 5.7 and Fig. 6 , 1 . 6.6 According to the invention is represented by a cross section having a base 10 down. The piston groove 162 is continued horizontally in the socket. The horizontal groove 163 in the base Figure 6 , 3 serves, as in the rectangular piston variant, for receiving further, to the piston disc 90 ° crossing trapezoidal sealing elements. The protruding side in both piston variants has a small clearance 164 radially to the adjacent piston disk, which corresponds approximately to that of the piston to the housing Fig. 5.6.

Durch den Öldruck im Ölhauptstrom 199, des in der Bohrung 197 in der Mitte des Kolbens zufließenden Öles, werden gleichzeitig die Öl-Abstreifplatten 208, 213 der Ölabstreif-Schmierringsegmente 153 und die Ölabstreif-Schmierelement 160, in ihrer Dichtfunktion zusätzlich unterstützt Fig. 6 . 5 Due to the oil pressure in the main oil flow 199 , of the oil flowing into the bore 197 in the center of the piston, the oil stripping plates 208 , 213 of the oil scrape lubricating ring segments 153 and the oil scraper lubricating element 160 are additionally supported in their sealing function Fig. 6 , 5

Mit den Dichtelementen 166, 167 Fig. 5.1- 5.7 wird das Dichtsystem auch am kreisbogenförmigen Kolben geschlossen. Zwei äußere Dichtringe 170, 171 und ein zwischen den Kolbenscheiben angeordneter Dichtring 172 mit einem überlappenden 173 oder geraden Stoß 178 an der Unterseite des Kolbens, dichten die Kammern zur 90° kreuzenden Kolbenscheibe in Richtung zum Gehäusezentrum ab. Erfindungsgemäß werden auch hier durch eine gewellte Feder 175 mit drei Bogen, die Dichtelemente 166 mit Fase und 167 in Trapezform, entgegen den Fliehkräften festgehalten und gleichzeitig auf die Dichtringe 170-172 und Stirnflächen der Kolbenscheibe gedrückt.With the sealing elements 166, 167 Fig. 5.1- 5.7 the sealing system is also closed at the arcuate piston. Two outer sealing rings 170, 171 and a sealing ring 172 arranged between the piston disks with an overlapping 173 or straight joint 178 on the underside of the piston, seal the chambers to the 90 ° intersecting piston disk in the direction of the housing center. According to the invention by a corrugated spring 175 with three arc, the sealing elements 166 with chamfer and 167 in trapezoidal shape, held against the centrifugal forces and simultaneously pressed on the sealing rings 170-172 and end faces of the piston disc.

Die Kompressionsringsegmente 150, 151 haben eine große Öffnungsweite, damit sie sich mit den äußeren flachen Dichtelementen 166 überlappen 165 können, um die Undichtheit, die durch Fertigungstoleranzen, durch thermische Einflüsse oder hohen Gasdruck im Gehäuse entstehen könnte, zu vermeiden. Der entstehende erhöhte Gasdruck beim Verdichten und bei der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches unterstützt in allen Richtungen die Dichtwirkung in den Kammern zu den Kolben und Kolbenscheiben der erfindungsgemäßen Gestaltung des Dichtsystems. Der mittlere Dichtring 172 dessen Flanken mit der Fase der beiden Kolbenscheiben übereinstimmen, wird von einem Stift 180, der an einer Kolbenscheibe angebracht ist, mitgedreht.The compression ring segments 150, 151 have a large opening width, so that they overlap with the outer flat sealing elements 166,165, in order to avoid the leakage that might arise from manufacturing tolerances, due to thermal influences or high gas pressure in the housing. The resulting increased gas pressure during compression and combustion of the fuel-air mixture supports in all directions the sealing effect in the chambers to the pistons and piston disks of the design of the sealing system according to the invention. The middle sealing ring 172 whose flanks coincide with the chamfer of the two piston discs, is rotated by a pin 180 which is attached to a piston disc.

Mit zylindrischen Federn 63 Fig. 1.1 . 2 . 1 in den Bohrungen 68, werden die Kolbenscheiben mit den Dichtringen 170, 171 an die Innenwand der Gehäuse 17, 18 und die Pumpenscheiben 215, 216 an die Kolbenscheiben-Innenfläche gedrückt, um deren Dichtfunktion bei thermischer Ausdehnung zu unterstützen.With cylindrical springs 63 Fig. 1.1 , 2 , 1 in the bores 68 , the piston discs with the sealing rings 170, 171 are pressed against the inner wall of the housings 17, 18 and the pump discs 215, 216 against the piston disc inner surface, in order to support their thermal expansion sealing function.

4.2 Das Schmierkonzept des Motors4.2 The lubrication concept of the engine

Bei jedem Motor ist es erforderlich, für die sich bewegenden mechanischen Teile, ein zuverlässiges Schmiersystem vorzusehen. Fig. 2 . 1 Each engine requires a reliable lubrication system for the moving mechanical parts. Fig. 2 , 1

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine kontinuierliche Öl-Druckumlaufschmierung gestaltet, die gleichzeitig auch eine Kühlfunktion der Motorkolben und -lagerungen mit zusätzlicher Abdichtfunktion der Kolben zueinander und zum Gehäuse übernimmt.According to an advantageous embodiment of the invention, a continuous oil pressure recirculation lubrication is designed, which at the same time also assumes a cooling function of the engine pistons and bearings with additional sealing function of the piston to each other and the housing.

Um einen Rückfluss, entgegen der auf das Öl wirkenden Fliehkräfte, aus dem Gehäuse zu sichern und den Ölkreislauf aufrecht zu erhalten, ist in Vorteilhafterweise eine Ölpumpenfunktion Fig. 6 in den Kolbenscheiben 5, 6 integriert.In order to ensure backflow, against the forces acting on the oil centrifugal forces from the housing and to maintain the oil circuit, is advantageously an oil pump function Fig. 6 integrated in the piston discs 5, 6 .

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass

  • auf einer Seite der Arbeitswelle eine Öldrehdurchführung 89 Fig. 2 . 1 vorgesehen ist, die mit zwei Wellendichtringen 185 abgedichtet und mit zwei Kugellagern 187 auf der Arbeitswelle 58 gelagert wird,
  • im Zentrum der Arbeitswelle eine Ölbohrung 190 vorgesehen wird, die bis zu den Kolbenscheiben führt und dass in dieser Bohrung ein Gewinde für die Aufnahme mindestens eines Rückschlagventils 192 (mit Durchfluss in Einschraubrichtung) vorgesehen und die Arbeitswelle an beiden Enden stirnseitig dichtend verschlossen wird,
  • weitere Bohrungen 194, 195 radial Fig. 6 das Pumpennutsegment 210, 211 tangierend neben der Kolbenstange 8 aus den Kolbenscheiben 5, 6 herausgeführt werden,
  • bei einer alternativen Schraubverbindung der Kolben 1 - 4 zu der Kolbenscheibe Fig. 2 . 5 das Öl über eine zentrale Ölbohrung 194 über das Rückschlagventil 191 (mit Durchflussrichtung entgegen der Einschraubrichtung) durch die Kolbenschraube 23 geführt wird.
  • in jedem einzelnen Kolben 1 - 4 die Bohrungen 194, 195 Fig. 6.1- 6.6 mit einer V-förmigen Nut 196 zu einer zentralen, vertikalen Bohrung 197, die am oberen Ende des Kolbens austritt, zusammengeführt werden,
  • unter dem Ölabstreif-Schmierringsegment 153 bzw. Schmierelement 160 das Öl in der Nut 198 des Kolbens auf einer Seite über zwei Bohrungen 201 zurück zum Zentrum des Gehäuses fliesen kann und dabei die Gehäuseoberfläche im Nebenstrom 200 geschmiert wird und das Öl im Hauptstrom 199 des Ölabstreif- und Schmierringes gleichzeitig eine zu den benachbarten Kolben abdichtende und kühlende Funktion übernimmt,
  • bei der alternativen Schraubverbindung Fig. 2 . 5 der Kolben zur Kolbenscheibe das Öl über den Kolbenbolzen 24 zurück zu den Bohrungen 201 und zu den Öl- Abstreifplatten 208, 213 geführt wird und an dieser Stelle nur das zur Schmierung erforderliche ÖL austreten kann und der Hauptölstrom über die Bohrung 168, 169 zurück zur Arbeitswelle geführt wird,
  • sich an jedem Ende des Ölabstreif- Schmierringsegmentes 153 bzw. Schmierelementes 160 eine in den Kolben eingefügte Öl-Abstreifplatte 208, 213 befindet, die auf beiden Seiten der Gehäusewand jeweils das überschüssige Öl im Kolben, durch den Druck der Federn 209 über die V-förmige Nut 203 und die Bohrungen 201, 202 sowie der Bohrung 168,169 Fig. 6 zurück zur Arbeitswelle 58 und aus dem Gehäuse leitet,
  • die beiden Gehäuse 17, 18 Fig. 2 . 1 je zwei Bohrungen 204, 205 aufweisen, die es ermöglichen das Öl aus dem Gehäuse herauszuführen, um den Kreislauf zu einem Ölkühler zu schließen,
  • die beiden Kolbenscheiben 5, 6 radial und axial mehrere Bohrungen 62 aufweisen, die eine Verbindung zu den axialen Bohrungen 64, 65 der inneren Kupplungsscheiben 69, 70 für die Schmierung der Lagerung zwischen der äußeren/inneren Kupplungsscheiben ermöglichen,
  • mit all diesen Maßnahmen alle drehenden Lagerteile mit Öl versorgt werden können.
This is inventively achieved in that
  • on one side of the working shaft, an oil rotary duct 89 Fig. 2 , 1 is provided, which is sealed with two shaft sealing rings 185 and stored with two ball bearings 187 on the working shaft 58 ,
  • in the center of the working shaft, an oil hole 190 is provided, which leads up to the piston discs and that in this bore a thread for receiving at least one check valve 192 (with flow in the screwing) provided and the working shaft is sealed frontally at both ends,
  • further holes 194, 195 radially Fig. 6 the Pumpennutsegment 210, 211 tangentially out of the piston discs 5, 6 led out next to the piston rod 8 ,
  • in an alternative screw the piston 1 - 4 to the piston disc Fig. 2 , 5 the oil is passed through the piston screw 23 via a central oil bore 194 via the check valve 191 (with the flow direction counter to the screwing-in direction).
  • in each individual piston 1 - 4, the holes 194, 195th Fig. 6.1- 6.6 with a V-shaped groove 196 to a central, vertical bore 197, which emerges at the upper end of the piston, are merged,
  • under the oil scrape lubricating ring segment 153 or lubricating element 160, the oil in the groove 198 of the piston can tile on one side via two bores 201 back to the center of the housing, while the housing surface is lubricated in the secondary flow 200 and the oil in the main flow 199 of the oil scraper and lubricating ring simultaneously performs a sealing and cooling function to the adjacent piston,
  • in the alternative screw connection Fig. 2 , 5 the piston to the piston disk the oil is passed through the piston pin 24 back to the holes 201 and the oil stripper plates 208, 213 and at this point only the oil required for lubrication can escape and the main oil flow through the bore 168, 169 back to the working shaft to be led,
  • at each end of the Ölabstreif- lubricating ring segment 153 and lubricating element 160 is inserted into the piston oil stripper plate 208, 213 , on both sides of the housing wall in each case the excess oil in the piston, by the pressure of the springs 209 on the V-shaped Groove 203 and the holes 201, 202 and the bore 168.169 Fig. 6 back to working shaft 58 and out of the housing,
  • the two housings 17, 18th Fig. 2 , 1 each have two bores 204, 205 , which make it possible to lead the oil out of the housing to close the circuit to an oil cooler,
  • the two piston disks 5, 6 have a plurality of bores 62 radially and axially, which allow a connection to the axial bores 64, 65 of the inner clutch disks 69, 70 for the lubrication of the bearing between the outer / inner clutch disks,
  • With all these measures all rotating bearing parts can be supplied with oil.

Eine Ölpumpenfunktion Fig. 6 wird erfindungsgemäß Vorteilhafterweise dadurch erreicht, dass

  • die beiden Kolbenscheiben 5, 6 wie auch die Motorkolben relativ zur kontinuierlichen Drehung der Arbeitswelle sich immer nach 90°/60°/36° Kw abwechselnd einmal zu- bzw. auseinander drehen,
  • an den beiden Kolbenscheiben radiale Ölbohrungen 186 vorgesehen sind, die in Verbindung zu den zwei Pumpennutsegmenten 210, 211 stehen,
  • zwischen den Kolbenscheiben zwei Pumpenringe 215, 216 vorgesehen werden, die breiter sind als die kreisbogenförmigen Nuten und über den Innendurchmesser in einer Vertiefung 217 der Kolbenscheiben geführt werden, diese Pumpenringe mit jeweils zwei Nocken 218, 219 ausgestattet sind, die genau in den Pumpennutsegmenten 210, 211 an einer Seite der Nut anliegen und die so lang sind, dass sie die beiden Ölbohrungen 212 nach einer Drehung um 90°/60°/36° Kw am anderen Ende der Nut abdecken können,
  • sich weiterhin an jedem Pumpenring mindestens zwei Mitnehmerbolzen 221, 222 am äußeren Durchmesser der Pumpenringe befinden, die sich übergreifend vom rechten Pumpenring in eine Nut 220 der linken Kolbenscheibe und umgekehrt einfügen und von dieser mitgedreht werden,
  • das in den Pumpennutsegmenten 210, 211 befindliche Öl durch die relative Drehung der Pumpenringe und Nocken und durch das sich schließende Rückschlagventil 192, gleichzeitig in alle hierfür vorgesehenen Bohrungen 194 der Kolbenscheibe und der Motorkolben gepresst wird, durch die umgekehrte relative Drehung der Pumpenringe und Nocken eine Saugwirkung entsteht und der Rückfluss des Öles aus der zentralen Bohrung des Motorkolbens beim Ansaugvorgang dadurch verhindert wird, dass erfindungsgemäß für jeden Kolben ein Rückschlagventil 191 in der Bohrung 194 vorgesehen wird Fig. 2 . 5 oder unter jedem Kolben eine Abdichtplatte 224 so dimensioniert und befestigt ist, dass sie einmal die Nut 196, 203 Fig. 6.1, 6.3 im Kolben und mittels zweier kreisbogenförmiger durch Ausklinkung 227 entstehende, bewegliche Laschen 225, 226 beide Bohrungen 194, 195 neben der Kolbenstange 8 abdecken kann,
  • die Förderleistung der Ölpumpe durch die Tiefe, Breite und Radius der Pumpennutsegmenten 210, 211 an die Erfordernisse angepasst werden kann.
An oil pump function Fig. 6 According to the invention Advantageously achieved in that
  • the two piston disks 5, 6 as well as the engine pistons always alternately turn on and off at 90 ° / 60 ° / 36 ° Kw, relative to the continuous rotation of the working shaft ,
  • radial oil bores 186 are provided on the two piston disks, which are connected to the two pump groove segments 210, 211 ,
  • between the piston discs two pump rings 215, 216 are provided, which are wider than the circular arc-shaped grooves and are guided over the inner diameter in a recess 217 of the piston discs, these pump rings are each equipped with two cams 218, 219, which are exactly in the pump groove segments 210, 211 abut on one side of the groove and which are so long that they can cover the two oil holes 212 after a rotation of 90 ° / 60 ° / 36 ° Kw at the other end of the groove,
  • continue to be at each pump ring at least two driving pins 221, 222 are located on the outer diameter of the pump rings, which overlap from the right pump ring into a groove 220 of the left piston disc and vice versa and be rotated by this,
  • the oil contained in the pump groove segments 210, 211 is forced through the relative rotation of the pump rings and cams and through the closing check valve 192 into all of the piston disc and engine piston bores 194 provided by the reverse relative rotation of the pump rings and cams Suction arises and the backflow of the oil from the central bore of the engine piston during the intake process is prevented by the invention for each piston a check valve 191 is provided in the bore 194 Fig. 2 , 5 or under each piston, a sealing plate 224 is dimensioned and fixed so that it once the groove 196, 203 Fig. 6.1, 6.3 in the piston and by means of two arcuate formed by notching 227 , movable tabs 225, 226 can cover both bores 194, 195 next to the piston rod 8 ,
  • the delivery rate of the oil pump through the depth, width and radius of the pump groove segments 210, 211 can be adapted to the requirements.

Das durch das Gehäuse fließende Öl Fig. 2 . 1 muss nach außen hin abgedichtet werden. Die Abdichtung zwischen den beiden Gehäusen 17, 18 und dem ringförmigen Zylinder 19 erfolgt durch zwei flache oder runde Dichtringe 230, die auch gleichzeitig die Abdichtung aller vier Kammern zueinander unterstützen. Ein axialer wirkender flacher Dichtring 231 dichtet das Gehäuse zur inneren Kupplungsscheibe ab. Die axiale Abdichtung von der Kolbenscheibe 5, 6 zur äußeren Kupplungsscheibe 69, 70 übernimmt ein O-Ring 232. Die Dichtlippen der Kugellager 77, 78 übernehmen die Funktion der Abdichtung der äußeren Kupplungsscheibe und zwei O-Ringe 234, 235 zur Arbeitswelle.The oil flowing through the housing Fig. 2 , 1 must be sealed to the outside. The seal between the two housings 17, 18 and the annular cylinder 19 is effected by two flat or round sealing rings 230, which also simultaneously support the sealing of all four chambers to each other. An axially acting flat sealing ring 231 seals the housing to the inner clutch disc. The axial sealing of the piston disc 5, 6 to the outer clutch disc 69, 70 assumes an O-ring 232. The sealing lips of the ball bearings 77, 78 take over the function of sealing the outer clutch disc and two O-rings 234, 235 to the working shaft.

4.3 Das Kühlkonzept des Motors4.3 The cooling concept of the engine

Die beim Verbrennungsprozess entstehende Wärme wird bekannterweise nur zu einem geringem Teil in Bewegungsenergie umgesetzt. Die überschüssige Wärme muss über ein geeignetes Kühlsystem nach außen abgeführt werden.The heat generated during the combustion process is known to be converted only to a small extent in kinetic energy. The excess heat must be dissipated to the outside via a suitable cooling system.

Dies wird erfindungsgemäß Fig. 7 dadurch erreicht, dass beide Gehäuse 17, 18 einen Hohlraum 240 aufweisen, der durch die beiden Gehäuseabdeckung 95, 96 geschlossen wird und auf jeder Seite der Gehäuseabdeckung je zwei O-Ringe 244, 245 den Raum für ein durchfließendes Kühlmedium abdichten und dass der ringförmige Zylinder 19 im Inneren einen Hohlraum 242 aufweist, durch den das Kühlmedium in gleicher Richtung fließen kann.This is according to the invention Fig. 7 achieved in that both housings 17, 18 have a cavity 240 which is closed by the two housing cover 95, 96 and on each side of the housing cover two O-rings 244, 245 seal the space for a flowing cooling medium and that the annular cylinder 19 has a cavity 242 inside, through which the cooling medium can flow in the same direction.

Auf jeder Seite im Hohlraum des Gehäuses und im ringförmigen Zylinder 19 ist eine als Gehäuserippe ausgeführte Trennwand 243, 247 vorgesehen, die das abgekühlte Kühlmittel gleichzeitig durch drei Einströmöffnungen 250, 251, 257 entgegen der Kolbendrehrichtung zur größeren Wärmezone an der Abgasseite führt. Die Ausströmöffnungen 252, 253, 258 befinden sich nach einer vollständigen inneren Umspülung des Gehäuses und Zylinders 19 auf der gegenüberliegenden Seite zur Trennwand 243, 247, wo das erwärmte Kühlmittel zum Wasserkühler und einem thermostatisch geregelten Kühlkreislauf zugeführt wird.On each side in the cavity of the housing and in the annular cylinder 19 designed as a housing rib partition wall 243, 247 is provided which the cooled coolant simultaneously through three inlet openings 250, 251, 257 opposite to the piston rotation direction leads to the larger heat zone on the exhaust side. The exhaust ports 252, 253, 258 are located after a complete internal flushing of the housing and cylinder 19 on the opposite side to the partition wall 243, 247, where the heated coolant is supplied to the water cooler and a thermostatically controlled cooling circuit.

Erfindungsgemäß dient die Trennwand 247 und eine gegenüberliegende Rippe 248 gleichzeitig zur Aufnahme der erforderlichen Ölbohrungen 204, 205. Jeder einzelne Kolben wird in Vorteilhafterweise zusätzlich zur Ölkühlung durch die Umspülung der Vorder- und Rückseite mit frischem Kraftstoff-Luft-Gemisch nach jeder vollen Umdrehung gekühlt.According to the invention, the partition wall 247 and an opposite rib 248 simultaneously serve to accommodate the required oil holes 204, 205. Each individual piston is advantageously cooled in addition to oil cooling by flushing the front and rear with fresh fuel-air mixture after each full revolution.

4.4 Einbaulage und Leistungssteigerung des Motorkonzeptes4.4 Installation position and increase in performance of the engine concept

Das gesamte Motorkonzept in der Außenansicht 50, 60, 45 zeigen die Fig. 8 . 1 , Fig. 8 . 2 und Fig. 9 In der gewählten Einbaulage kann z.B. die erfindungsgemäße sensorgesteuerte RKB mit je zwei sich gegenüber am Gehäuse angebrachten Konsolen 260 gelagert werden, um das entstehende Motordrehmoment abzustützen. Der Stutzen 262 in horizontaler Lage am Gehäuse 17 ist die Verbindung zu einem Vergaser des Motors. Der nach unten führende Stutzen 265 am Gehäuse 18 ist für den Anschluss eines Schalldämpfers vorgesehen.The entire engine concept in the exterior view 50, 60, 45 show the Fig. 8 , 1 . Fig. 8 , 2 and Fig. 9 In the selected installation position, for example, the sensor-controlled RKB according to the invention can be mounted with two brackets 260 mounted opposite the housing in order to support the resulting motor torque. The nozzle 262 in a horizontal position on the housing 17 is the connection to a carburetor of the engine. The downwardly leading nozzle 265 on the housing 18 is provided for the connection of a muffler.

Über eine Verbindung vom Abgasstutzen 265 zum Frischgasstutzen 262 wird der Einbau einer geregelten Abgasturboaufladung gewährleistet.A connection from the exhaust port 265 to the Frischgasstutzen 262 , the installation of a regulated turbocharger is guaranteed.

Mit einer Saugrohreinspritzung und einer Kompressoraufladung im Frischgasstutzen 262 ist eine deutliche Erhöhung der Motorleistung, bei geringen Verbrauchswerten zu erwarten.With a suction port injection and a supercharger charge in the fresh gas nozzle 262 is to expect a significant increase in engine performance, with low fuel consumption.

Bezugszeichenliste:LIST OF REFERENCE NUMBERS

Zifferdigit Bezeichnungdescription Zifferdigit Bezeichnungdescription Zifferdigit Bezeichnungdescription 11 4747 9393 Polwendeschalterpolarity switch 22 Kolbenpiston 4848 Zapfenspigot 9494 33 4949 9595 Gehäuseabdeckung liHousing cover li 44 5050 Außenansicht linksExterior left 9696 Gehäuseabdeckung reHousing cover right 55 Kolbenscheibepiston disc 5151 9797 Bolzenbolt 66 5252 regelbares Ventiladjustable valve 9898 Hubmagnetsolenoid 77 Kolbenbolzenpiston pin 5353 9999 88th Kolbenstangepiston rod 5454 Rückschlagventilcheck valve 100100 Bolzenführungbolt guide 99 Kulissensteinsliding block 5555 101101 1010 Sockelbase 5656 102102 Rotor- ECMRotor ECM 1111 Gewindebohrungthreaded hole 5757 103103 Stator- ECM (E- Magnet)Stator ECM (E-magnet) 1212 GewindestiftSet screw 5858 Arbeitswelleworking shaft 104104 Permanentmagnetpermanent magnet 1313 5959 105105 Anschlagattack 1414 Nabehub 6060 Außenansicht rechtsExterior right 106106 1515 Kugellagerball-bearing 6161 Gleitlagerbearings 107107 1616 6262 Bohrungdrilling 108108 1717 Gehäuse liHousing left 6363 zyl. Federcyl. feather 109109 1818 Gehäuse reHousing re 6464 axiale Bohrungaxial bore 110110 Dämpferscheibedamper plate 1919 Zylindercylinder 6565 111111 2020 112112 Magnetscheibemagnetic disk 2121 Rücklaufsperre, FreilaufBackstop, freewheel 6767 66 Klauenkupplung66 dog clutch 113113 Hallsensor, LagegeberHall sensor, position sensor 2222 6868 Bohrungdrilling 114114 2323 Kolbenschraubepiston screw 6969 innere Kupplungsscheibeinner clutch disc 115115 Dämpferfederdamper spring 2424 Kolbenbolzen im KolbenPiston pin in the piston 7070 116116 2525 Paßfederadjusting spring 7171 117117 2626 Ansaugkammersuction 7272 Kugellagerball-bearing 118118 Sensorsensor 2727 Kompressionskammercompression chamber 7373 119119 2828 Arbeitskammerworking chamber 7474 120120 Sensorsensor 2929 Expansionskammerexpansion chamber 7575 Rücklaufsperre, FreilaufBackstop, freewheel 121121 3030 OffnungOpening 7676 122122 Kreissegmentcircular segment 3131 7777 Kugellagerball-bearing 123123 3232 DruckluftleitungCompressed air line 7878 124124 3333 7979 125125 Sensorsensor 3434 8080 äußere Kupplungsscheibeouter clutch disc 126126 3535 Ansaugöffnungsuction 8181 127127 3636 Abgasöffnungexhaust port 8282 Paßfederadjusting spring 128128 Kreissegmentcircular segment 3737 8383 Zahnrad- bzw.Gear or 129129 3838 8484 Steuerscheibecontrol disc 130130 HallsensorHall sensor 3939 8585 Zahnkranzsprocket 131131 4040 Gewindebohrungthreaded hole 8686 132132 Trägerscheibecarrier disc 4141 8787 Sensorsensor 133133 4242 Zündkerzenspark 8888 Schwungradflywheel 134134 4343 Kraftstoff-EinspritzdüseFuel injector 8989 Öl-DrehdurchführungOil rotary joint 135135 Hallrad, PositionsradHall wheel, position wheel 4444 9090 Tellerfedern, FederscheibeDisc springs, spring washer 136136 4545 Außenansicht mit BGMExterior view with BGM 9191 Muttermother 137137 4646 9292 KeitriemenscheibeKeitriemenscheibe 138138 Zündschalterignition switch 139139 Externe StarterExternal starters 191191 Rückschlagventilcheck valve 243243 Trennwand, RippePartition, rib 140140 192192 244244 O-RingO-ring 141141 193193 245245 142142 194194 Bohrungdrilling 246246 143143 195195 247247 Trennwand, RippePartition, rib 144144 Einzelfunkenspule, ZündspuleSingle spark coil, ignition coil 196196 V-förmige NutV-shaped groove 248248 145145 197197 vertikale Bohrungvertical bore 249249 146146 198198 mittlere Nutmiddle groove 250250 Einströmöffnunginflow 147147 Batteriebattery 199199 Öl- HauptstromOil main stream 251251 148148 200200 Öl-nebenstromOil sidestream 252252 Ausströmöffnungoutflow 149149 StabRod 201201 Bohrungdrilling 253253 150150 KompressionsringsegmentCompression ring segment 202202 254254 151151 203203 V-förmige NutV-shaped groove 255255 Gehäusewandhousing wall 152152 204204 Bohrungdrilling 256256 153153 Olabstreif-Schmierringsegm.Olabstreif-Schmierringsegm. 205205 257257 Ausströmöffnungoutflow 154154 206206 258258 155155 Anlaufscheibethrust washer 207207 259259 156156 208208 Öl-AbstreifplatteOil stripper 260260 Konsoleconsole 157157 209209 Zylindrische FederCylindrical spring 261261 158158 Dichtelementsealing element 210210 PumpennutsegmentPumpennutsegment 262262 Abgas- StutzenExhaust pipe 159159 211211 263263 160160 Olabstreif-Schmierringsegm.Olabstreif-Schmierringsegm. 212212 Ölbohrungoil well 264264 161161 Überlappungoverlap 213213 Ol-AbstreifplatteOl-stripper 265265 Frischgas- StuzenFrischgas- Stuzen 162162 Nutgroove 214214 266266 163163 äußere horizontale, tiefere Nutouter horizontal, deeper groove 215215 Pumpenringpump ring 267267 164164 Freigang radialClearance radial 216216 165165 Überlappungoverlap 217217 Vertiefungdeepening AbkürzungenAbbreviations 166166 Dichtelement mit FaseSealing element with chamfer 218218 Nockencam RKBRKB Rotationskolben-BrennkraftmaschineRotary piston internal combustion engine 167167 Dichtelement , TrapezformSealing element, trapezoidal shape 219219 168168 Bohrungdrilling 220220 Nutgroove ECMECM Interner elektronisch kommutierter E- MotorInternal electronically commutated electric motor 169169 221221 Mitnehmer-BolzenDriving pins 170170 222222 AtAt Arbeitstaktestrokes 171171 Dichtringseal 223223 AwAw Arbeitswelle RichtungenWorking wave directions 172172 224224 Abdichtplattesealing a-hAh 173173 überlappter Stoßoverlapped bump 225225 Laschentabs bb KolbenbreiteKolb width 174174 226226 dd KolbendurchmesserPiston diameter 175175 gewellite Federgewelly spring 227227 Ausklinkungnotch dgdg gleichwertiger Durchmesserequivalent diameter 176176 228228 d:Vhd: Vh Hubverhältnisstroke ratio 177177 mittlere Nutmiddle groove 229229 dg:Vhdg: Vh gleichwertiges Hubverhältnisequivalent stroke ratio 178178 gerader Stoßstraight push 230230 Dichtringseal hH Kolbenhöhepiston height 179179 äußere Nutouter groove 231231 axialer Dichtringaxial sealing ring i. ki. k Richtungendirections 180180 Stiftpen 232232 nn Drehzahlrotation speed 181181 233233 nan / A At pro UmdrehungAt per turn 182182 horizontale, tiefere Nuthorizontal, deeper groove 234234 O-RingeO-rings Kp aKp a Kolbenpaar aPiston pair a 183183 Überlappungoverlap 235235 Kp bKp b Kolbenpaar bPiston pair b 184184 236236 Kwkw Kurbelwinkelcrank angle 185185 WellendichtringShaft seal 237237 OTOT oberer TotpunktTop Dead Center 186186 radiale Ölbohrungradial oil hole 238238 RR Kurbelradiuscrank radius 187187 239239 UTUT untere Totpunktbottom dead center 188188 Nut im SchmierelementGroove in the lubricating element 240240 Hohlraumcavity VcVc Verdichtungsraumcompression chamber 189189 241241 VhVh Hubraumcapacity 190190 Ölbohrungoil well 242242 Hohlraumcavity VHVH Kammervolumenchamber volume

Claims (14)

  1. Rotary piston internal combustion engine (RP-ICE) with two piston pairs (a, b), which are each mounted on a respective piston disc (5, 6) and rotate about a central axis in an annular cylinder (19) of a closed housing (17, 18) and in that case drive a working shaft (58), characterised in that the pistons (1 to 4) of the piston pairs (a, b) have a respective pin (48) at each end, that the pistons (1 to 4) as well as two internal electronically commutated starters, generators, motors (ECM) (102 to 104) in external pole mode of construction with a magnetic disc (112) are contactlessly controlled or regulated by sensors (87, 113, 118, 120, 125, 126, 130, 131), that a closed seal boundary crossing the piston discs (5, 6) at 90° is provided and with the help of wavy springs (175) as well as of right-angled sealing elements (158, 159), which are arranged around the circumference of the piston, and trapezium-shaped sealing elements (166, 167) forms, together with piston rings (170 to 172) in the piston discs (5, 6), chambers (26 to 29) - which execute the operating cycles of a four-stroke motor - within the annular cylinder (19) in a repeating working position, that the working shaft (58), together with a flywheel (88) and a gearwheel control disc (83, 84), is conjunctively rotated by the rotating piston pair (a or b) via an oppositely acting, reverse-motion blocking means (75, 76) concentrically mounted between an inner clutch disc (69, 70) and an outer clutch disc (80, 81), or that a rotor (102) of an ECM (102 to 104) with permanent magnets (104) and magnetic disc (112) is used instead of the control disc (83, 84), and that a stator, particularly in the form of an electromagnet (103), is fastened on the two sides of the housing cover (95, 96) concentrically with the working shaft and the rotor with permanent magnets is driven electrically or by the piston pair.
  2. Rotary piston combustion engine according to claim 1, characterised in that by the pins an induction chamber is formed at the top dead centre (OT) and a working chamber at the bottom dead centre (UT) as chambers in the working position between the end surfaces of the pistons (1 to 4), that a compression chamber (27) and an expansion chamber (29) are formed at the piston rear side of the piston pairs (a, b) and that an induction port (35) for the supply of fresh fuel/air mixture is provided at the top dead centre (OT) and a spark plug (42) at the bottom dead centre (UT) in the housing (17, 18) and an exhaust gas port (36) is provided in the expansion chamber at a spacing of a piston angle from the top dead centre (OT).
  3. Rotary piston combustion engine according to claim 1, characterised in that with a piston angle, i.e. an angular range 45°/60°/72° over which a piston with pin (48) extends, and with the piston stroke (crank angle), i.e. the angular range 90°/60°/36° (crank angle) over which a piston can move, the working position repeats after 135°/120°/108° (crank angle) and that the sum of degrees of angle from two pistons with pins (48) and the piston stroke is always 180° (crank angle).
  4. Rotary piston combustion engine according to claim 1 to 3, characterised in that one piston pair (b or a) is moved alternately by the expansion force of the compressed fuel/air mixture ignited by the spark plug (42) at the bottom dead centre (UT) between two pistons in the working chamber (28), whilst the second piston pair (a or b) remains stationary, for at the most over the time period of the rotational movement of 90°/60°/36° (crank angle), due to a return motion blocking means (21, 22) supported in the housing (17, 18) and mounted concentrically on a hub (14) and between the ball bearings (15, 16) and the piston discs, and that in that case the working cycles of a four-stroke motor are executed in the chambers (26 to 29) and thereafter the two piston pairs rotate in common until a new working cycle begins.
  5. Rotary piston combustion engine according to claim 2 to 4, characterised in that the two ports (30) are provided in the compression chamber (27) of the annular cylinder (29) and are connected by means of a compressed air duct (32), and that this compressed air duct (32) has an electrically regulable throttling and non-return valve (52) by which compensation can be provided for a pressure drop from the compression chamber (27) to the induction chamber (26) when a piston (1 to 4) is present between the two ports (30), and that a further port (31) is present in the expansion chamber (29), which further port is connected with a non-return valve (54) and opens when sub-atmospheric pressure prevails in this chamber.
  6. Rotary piston combustion engine according to claim 1 to 5, characterised in that the control and regulation of the ignition spark for two spark plugs (42) is carried out contactlessly by way of a respective sensor (130, 131), which is mounted on a respective carrier disc (132, 133) connected with a rod (149), wherein the sensor (130, 131) is mounted to be rotatable about a central axis of the housing cover (95, 96) and the timing of the ignition is thereby settable.
  7. Rotary piston combustion engine according to claim 1 to 6, characterised in that a rigid connection from a rim gear (85, 86) to the inner clutch disc (69, 70) and piston disc (5, 6) is produced by a mechanically positive axial clutch (66, 67) via the gearwheel control disc (83, 84), or in substitution a rotor (102) with permanent magnets (104) and a magnetic disc (112) of the ECM (102 to 104), and that thereby the piston pairs (a, b) are each electronically commutated, controlled and regulated by a respective external starter (139, 140), which contactlessly detects the piston pairs (a and b) by means of a sensor (118, 120) - which is secured to the housing cover (95, 96) at the top dead centre - by way of two symmetrically arranged outer arc segments (122, 123) or by a respective internal ECM (102 to 104), from a desired position within the annular cylinder (19), or by Hall sensors or position transmitters (113).
  8. Rotary piston combustion engine according to claim 7, characterised in that a sensor (125, 126), which is secured to the housing cover (95, 96) at the top dead centre, is switchable by way of two symmetrically arranged inner arc segments (128, 129), wherein when the sensor (125) is switched the stroke magnet (98) or a pole reversing switch (93) of the piston pair (b) is activated, and wherein when the sensor (126) is switched the stroke magnet (99) or a further pole reversing switch (94) of the piston pair (a) is activated, and wherein the stroke magnets (98, 99) actuate two symmetrical locking means or the pole reversing switches (93, 94) or the electronically commutated, controlled and regulated rotor (102) of the ECM (102 to 104) reverses or reverse the rotational direction in alternation, whereby one of the piston pairs (a, b) is stopped.
  9. Rotary piston combustion engine according to claim 1 to 8, characterised in that in the case of a piston variant of arcuate cross-section the pistons (1 to 4) have a base (10) and outer grooves (162) of the pistons (1 to 4) have at least two compression ring segments (150, 151) with an opening width corresponding with the width of the two piston discs (5 and 6), and that in the case of a piston variant of right-angled cross-section each of two right-angled sealing elements (158, 159) required for the compression form, in an outer groove (179), sealing boundaries with respect to the cylinder surface, wherein a centre groove (177, 198) for lubrication and assisting the sealing, an oil-stripper lubricating ring segment (153) or two right-angled oil-stripper lubricating elements (160), which overlap (183) with respect to the cylindrical housing (19) and which are components of an oil pressure circulating lubrication, are provided.
  10. Rotary piston combustion engine according to claim 9, characterised in that a wavy spring (175) formed with three curves is arranged in the horizontally extending and deeper groove (163, 182, 177, 179) and is supported by the two outer curves in the deeper groove (163, 182, 177, 179), and that through the spring force of the middle curved shape the trapezium-shaped sealing element (167) is pressed and fixed by its end surface and flank surface and at the same time the middle trapezium-shaped sealing ring (172) and the two outer flat sealing elements (166) are pressed and fixed on the end surface of the piston discs (5, 6), and that the two ends of the wavy, horizontally compressed spring can be supported at 45° either directly on the sealing elements (166) or on the section edge or inner edge with respect to the right-angled sealing elements (158, 159) so that a sealing action is given in all directions (a to h; j, k) even at standstill of the piston pairs (a, b).
  11. Rotary piston combustion engine according to claim 1 to 10, characterised in that the inner clutch disc (69, 70) together with the gearwheel control disc (83, 84) or the rotor (102) with permanent magnets (104) and magnetic disc (112) is mounted as a unit on the outer clutch disc (80, 81) in the ball bearings (72, 73 and 77, 78), wherein the unit is supported with respect to the housing (17, 18) by means of a slide bearing (61) or a needle bearing in the concentric bore of the piston discs (5, 6) together with the working shaft (58) with small axial play by way of a spring washer (90) and that the outer clutch disc (80, 81) is connected with the working shaft (58) and the flywheel (88) by way of a key (82) and when the piston pair (a and/or b) is stationary is rotatable in one direction relative to the inner clutch disc.
  12. Rotary piston combustion engine according to claim 1 to 11, characterised in that as components an oil pressure circulatory lubrication and at least two over-engaging entrainer pins (221, 222) are provided, by means of which, through the movement of the piston discs (5, 6) and the piston pairs (a, b), pump rings (215, 216) arranged between the piston pairs are drivable, which are each equipped with two cams (218, 219) which in pump groove segments (210, 211) of the piston discs (5, 6) bear against an end face of the groove and which are of such a length that after a rotation through 90°/60°/36° of crank angle they cover oil bores (212) at the other end of the groove, and that the sealing function of the piston discs (5, 6) with respect to the housing (17, 18) and the pump discs (215 216) at the inner side of the piston discs is assisted by cylindrical springs (63) in the piston disc (5, 6).
  13. Rotary piston combustion engine according to any one of claims 1 to 12, characterised in that for power increase a regulated exhaust-gas turbocharging is made possible by way of a connection from the exhaust gas duct (262) to the fresh gas duct (265) and that induction duct injection and/or compressor charging is or are ensured by way of the fresh gas duct (265) and/or that this motor has a start/stop function by which, when the piston pairs (a, b) are stationary, the working shaft (58) together with the energy stored in the flywheel (88) freely further rotates and the motor can be started again independently of the rotating working shaft (58) and/or that a fuel injection nozzle (43) is arranged in the housing (17, 18) between the spark plugs (42) in the working chamber (28).
  14. Rotary piston combustion engine according to any one of claims 1 to 13, characterised in that an operating mode of the rotary piston combustion engine as a stand-alone drive is operable through an internal ECM, which is arranged to the left and right of the engine, with the function of starter, generator and EC motor and a serial, parallel or combined hybrid drive can be realised through an external electric motor, that a parallel hybrid drive can be realised through alternating connection of the two internal ECMs to the rotary piston combustion engine, that sole operation of the internal ECM can be realised when the rotary piston combustion engine is switched off and/or that a reaction drive of the flywheel (88) can be effected through brake energy by the freewheel (75, 76) which decouples the working shaft from the piston pairs.
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