EP2531699A2 - Rotationskolbenmotor - Google Patents

Rotationskolbenmotor

Info

Publication number
EP2531699A2
EP2531699A2 EP11704534A EP11704534A EP2531699A2 EP 2531699 A2 EP2531699 A2 EP 2531699A2 EP 11704534 A EP11704534 A EP 11704534A EP 11704534 A EP11704534 A EP 11704534A EP 2531699 A2 EP2531699 A2 EP 2531699A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
working
piston
working piston
stage
expansion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11704534A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter K. A. Hruschka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Brands and Products IPR Holding GmbH and Co KG
Original Assignee
Brands and Products IPR Holding GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Brands and Products IPR Holding GmbH and Co KG filed Critical Brands and Products IPR Holding GmbH and Co KG
Publication of EP2531699A2 publication Critical patent/EP2531699A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/08—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing
    • F01C1/12—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F01C1/123—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with tooth-like elements, extending generally radially from the rotor body cooperating with recesses in the other rotor, e.g. one tooth
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
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    • F01C1/12—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F01C1/14—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F01C1/20—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with dissimilar tooth forms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C11/00—Combinations of two or more machines or engines, each being of rotary-piston or oscillating-piston type
    • F01C11/002—Combinations of two or more machines or engines, each being of rotary-piston or oscillating-piston type of similar working principle
    • F01C11/004—Combinations of two or more machines or engines, each being of rotary-piston or oscillating-piston type of similar working principle and of complementary function, e.g. internal combustion engine with supercharger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C17/00—Arrangements for drive of co-operating members, e.g. for rotary piston and casing
    • F01C17/02—Arrangements for drive of co-operating members, e.g. for rotary piston and casing of toothed-gearing type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/18—Arrangements for admission or discharge of the working fluid, e.g. constructional features of the inlet or outlet
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B53/00—Internal-combustion aspects of rotary-piston or oscillating-piston engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B55/00—Internal-combustion aspects of rotary pistons; Outer members for co-operation with rotary pistons
    • F02B55/02—Pistons

Definitions

  • the invention relates to a rotary piston engine, comprising a compression stage and an expansion stage, each with a rotating working piston for compression or expansion of a working gas.
  • a generic rotary piston engine is known from WO 2008/071326 A1.
  • a rotary piston engine is an internal combustion engine based on rotating and functionally corresponding rotary pistons for the compression of combustion gases and expansion of burned gases.
  • the combustion gas and the burnt gas are referred to in the context of this description simplifying as working gas.
  • Rotary piston engines have much higher speeds than reciprocating engines such as. Otto engines with piston-connecting rod crankshaft, but perform the same work cycles, namely suction, compression, ignition and expansion. Since the compression volume in rotary piston engines is considerably smaller than in reciprocating engines, significantly more gas transitions occur between the power stroke units and the power density is much higher.
  • the invention has for its object to provide a rotary piston engine, which allows even shorter gas paths than a conventional rotary piston engine.
  • the rotary piston engine is provided according to claim 1, which summarizes a compression stage and an expansion stage, each with a rotating piston for compression or expansion of a working gas, the working piston of the compression stage and the expansion stage in axial direction are arranged one behind the other, preferably rotatable about a common axis of rotation.
  • the working piston of the compression stage and the expansion stage can thus be arranged in the axial direction, ie along the axis of rotation, overlapping and immediately adjacent to each other, so that the gas paths between expansion and compression stage compared to the conventional solution are significantly shortened and solved the problem underlying the invention becomes.
  • auxiliary pistons are also connected to the working pistons to form compression and expansion chambers of varying volume cooperate, arranged in the axial direction one behind the other and / or rotatable about a common axis, so that the rotational movements of the working and auxiliary pistons can be easily synchronized.
  • the working piston of the compression stage and the expansion stage are arranged on a common shaft.
  • the working piston of the compression stage and the expansion stage are rotatably connected or formed in one piece or in one piece. This allows the expansion stage to drive the compression stage according to the principle of an aircraft gas turbine almost lossless, so that the need for a clutch or power transmission device between expansion and compression stage is eliminated.
  • the compressed working gas is discharged radially inward in the direction of the axis of rotation of the working piston for ignition.
  • a volume within the working piston of the compressor and / or expansion stage for ignition and combustion of the working gas can be used and the gas paths between expansion and compression stage can be further reduced compared to the conventional solution.
  • the compression stage fulfills at least one of the following requirements:
  • the compressed working gas is passed to the ignition by the working piston.
  • the compressed working gas can be introduced by a short path into an ignition chamber arranged inside the working piston. Short cable paths result in low pressure losses and high compression ratios.
  • the working piston comprises at least one opening which penetrates the working piston.
  • the compression stage in particular a compression chamber, which is formed by the working piston, the housing and an auxiliary piston cooperating with the working piston, in a certain rotational angle range of the working piston via the opening communicate directly with the ignition chamber.
  • a check valve or one-way valve may be arranged between the compression chamber and the ignition chamber, preferably in the region of the opening, which only allows the working gas to pass from the compression chamber into the ignition chamber, but not vice versa
  • the opening includes a plurality of parallel bores spaced axially from one another. - The opening penetrates the working piston substantially in the radial direction.
  • the working piston comprises a lateral surface which defines at least one annular space portion together with a housing of the rotary piston engine. In this annulus section, the working gas can be sucked, mixed and compressed during a continuous rotational movement of the working piston.
  • the lateral surface of the working piston is substantially cylindrical.
  • the annular space section formed between the housing and the lateral surface can be ideally sealed.
  • the lateral surface of the working piston can also be concave or convex.
  • the working piston comprises at least one slide, which preferably projects radially from the lateral surface of the working piston.
  • the slider causes in a continuous rotational movement of the working piston, that in the formed between the housing and the lateral surface annulus section initiated working gas is ideally sucked, mixed and compressed.
  • the slider is formed involute in cross section.
  • the flanks of the slide form parts of involutes. This can ensure that the working piston and the auxiliary piston seen in cross-section are particularly close in three points and are perfectly sealed against each other. Furthermore, optimum flow properties of the working gas result.
  • the slider tapers from the base point to the tip and forms an acute angle in the crest region.
  • the slider defines together with a housing of the rotary piston engine and the lateral surface of the working piston a preferably sealed on all sides annular space portion.
  • the working piston comprises a plurality of slides, which protrude relative to the axis of rotation of the working piston at regular angular intervals from the lateral surface of the working piston. As a result, the number of working cycles per revolution of the working piston can be increased as desired.
  • the working piston comprises three slides, which protrude relative to the axis of rotation of the working piston at angular intervals of 120 ° from the lateral surface of the working piston. The number of three sliders can give particularly advantageous performance characteristics of the motor.
  • the opening terminates on a flank of the slider, preferably on a front in the direction of rotation flank of the slider.
  • the working piston is designed as a double-walled hollow cylinder, wherein an inner cylinder of the working piston preferably has a greater axial length than an outer cylinder of the working piston.
  • the working piston cooperates with an auxiliary piston to define at least one compression chamber of variable volume.
  • the working piston and the auxiliary piston together with the housing form a compression chamber with a decreasing volume, when the working piston and the auxiliary piston in the proper direction of rotation roll against each other.
  • the working piston cooperates with an auxiliary piston to define at least one suction chamber with variable volume.
  • the working piston and the auxiliary piston together with the housing form a suction chamber with an increasing volume when the working piston and the auxiliary piston in the proper direction of rotation roll against each other.
  • the auxiliary piston comprises a substantially cylindrical lateral surface.
  • the auxiliary piston comprises a matched to the number of slides of the working piston number of recesses.
  • the working piston and the auxiliary piston are rotatable forcibly synchronized.
  • the compression stage comprises an adjustable control element which allows and prevents an escape of the compressed working gas from the compression stage alternately.
  • the expansion stage meets at least one of the following requirements:
  • the ignited working gas is for expansion radially outward, leading away from the axis of rotation of the working piston, passed. Short conduction paths result in low pressure losses and high efficiency of the rotary piston engine.
  • the ignited working gas is passed for expansion through the working piston of the expansion stage.
  • the ignited working gas can be conducted in a short path into the expansion chamber. This results in very low pressure losses and a very high efficiency of the rotary piston engine.
  • the working piston comprises at least one opening which penetrates the working piston.
  • the expansion stage in particular an expansion chamber, which is formed by the working piston, the housing and an auxiliary piston cooperating with the working piston, communicate directly with the ignition chamber via the opening in a certain rotational angle range of the working piston.
  • the aperture which penetrates the working piston of the expansion stage has a larger overall cross-sectional area than the aperture penetrating the working piston of the compression stage.
  • the opening penetrates the working piston substantially in the radial direction.
  • the ignited working gas can be directed by the shortest route into the expansion chamber. This results in particularly low pressure losses and a particularly high efficiency of the rotary piston engine.
  • the working piston comprises a lateral surface which defines at least one annular space portion together with a housing of the rotary piston engine.
  • the ignited working gas can be optimally expanded and ejected during a continuous rotational movement of the working piston.
  • the lateral surface of the working piston is substantially cylindrical.
  • the annular space section formed between the housing and the lateral surface can be ideally sealed.
  • the lateral surface of the working piston can also be concave or convex.
  • the working piston comprises at least one slide, which preferably projects radially from the lateral surface of the working piston. The slider causes in a continuous rotational movement of the working piston, that the energy released by combustion of the working gas optimally acts on the working piston and is converted into rotational energy.
  • the slide is seen in cross-section evolvent-shaped.
  • the flanks of the slide form parts of involutes. This can ensure that the working piston and the auxiliary piston seen in cross-section are particularly close in three points and are perfectly sealed against each other. Furthermore, optimum flow properties of the working gas result.
  • This cross-sectional shape favors the flow characteristics of the expanding working gas in the annular space formed between the housing and the lateral surface.
  • the slider defines together with a housing of the rotary piston engine and the lateral surface of the working piston a preferably sealed on all sides annular space portion.
  • the working piston comprises a plurality of slides, which protrude relative to the axis of rotation of the working piston at regular angular intervals from the lateral surface of the working piston. As a result, the number of working cycles per revolution of the working piston can be increased as desired.
  • the working piston comprises three slides, which protrude relative to the axis of rotation of the working piston at angular intervals of 120 ° from the lateral surface of the working piston. With this number of slides, particularly advantageous line properties of the motor can result.
  • the opening terminates on a flank of the slider, preferably on the rearward in the direction of rotation flank of the slider.
  • the expansion energy of the ignited working gas can additionally be used as a drive for accelerating the working piston.
  • the ending on the flank of the slide opening acts as a nozzle, so that the working piston is acted upon the outlet of the working gas with a torque.
  • the working piston is designed as a single-walled cylinder. In this design, the working piston can be produced inexpensively.
  • the working piston cooperates with an auxiliary piston to define at least one variable volume expansion chamber.
  • the working piston and the auxiliary piston together with the housing form an expansion chamber with an increasing volume when the working piston and the auxiliary piston in the proper direction of rotation roll against each other.
  • the auxiliary piston comprises a substantially cylindrical lateral surface.
  • the auxiliary piston comprises a matched to the number of slides of the working piston number of recesses.
  • the working piston and the auxiliary piston are forcibly rotatable.
  • the expansion stage includes an adjustable control, which allows the penetration of the ignited working gas in the expansion stage alternately and prevented.
  • the ignition chamber is at least partially radially disposed within the working piston of the compression stage and / or radially within the working piston of the expansion stage. This arrangement proves to be particularly compact.
  • the ignition chamber can communicate in a preferably adjustable rotational angle range of the working piston with the compression stage, in particular with the compression chamber.
  • the optimum ignition timing and the optimal time window for introducing the working gas into the ignition chamber vary with the operating conditions of the rotary piston engine.
  • the inventively provided adjustability of the time window for the introduction of the working gas into the ignition chamber and / or the inventively provided adjustability of the ignition timing in relation to a rotational angle position of the working piston of the compression stage can significantly improve the performance of the rotary piston engine.
  • the ignition chamber can communicate in a preferably adjustable rotational angle range of the working piston with the expansion stage, in particular with the expansion chamber.
  • the ignited working gas is not suddenly introduced into the expansion chamber.
  • better expansion characteristics can be achieved.
  • the slide of the working piston can be acted upon at right angles to the force of the expanding working gas.
  • the optimal time window for introducing the working gas into the expansion chamber varies with the operating conditions of the rotary piston engine.
  • the inventively provided adjustability of the time window for the introduction of the working gas into the expansion chamber in relation to a rotational angle position of the working piston of the expansion stage can significantly improve the performance of the rotary piston engine.
  • the ignition chamber can communicate in a preferably adjustable rotational angle range of the working piston neither with the compression stage nor with the expansion stage. As a result, a compressed working gas can also be enclosed in the ignition chamber without separate valves.
  • the ignition chamber comprises an ignition chamber inlet, which can communicate in a preferably adjustable rotation angle range of the working piston of the compression stage via the opening with a compression chamber.
  • the ignition chamber comprises a Zündschank, which can communicate in a preferably adjustable rotation angle range of the working piston of the expansion stage via the opening with an expansion chamber.
  • the ignition chamber includes a spark plug that is aligned substantially parallel to an axis of rotation of the power pistons.
  • the ignition chamber is at least partially axially disposed within the working piston of the compression stage and / or at least partially axially within the working piston of the expansion stage.
  • the ignition chamber is at least partially formed within the working piston of the compression stage and / or at least partially within the working piston of the expansion stage, wherein the Zündzigabitese preferably in the radial Direction and / or circumferentially offset from one another, preferably are different in size.
  • the ignition chamber is arranged eccentrically to the axis of the working piston of the compression stage and / or eccentrically to the axis of the working piston of the expansion stage, wherein the distance of the ignition chamber from the axis of the working piston is preferably greater than the distance of the ignition chamber from a lateral surface of the working piston.
  • the Zündschausgang is located radially and / or circumferentially offset from the ignition chamber, preferably radially outside the Zündwaiteingangs and / or offset in the direction of rotation of the working piston to Zündwaiteingang.
  • the rotary piston engine has a control console that meets at least one of the following requirements:
  • the control console is adjustable, preferably rotatable, arranged in the housing of the rotary piston engine.
  • the control panel can be rotated relative to the housing of the rotary piston engine by an angle of +/- 30 °, preferably +/- 20 °, preferably +/- 10 °, more preferably +/- 5 ° relative to the axis of rotation of the working piston.
  • the ignition chamber and / or the ignition chamber inlet and / or the ignition chamber outlet and / or the spark plug is / are arranged in the control console.
  • the control console comprises a first cylindrical portion which is arranged radially within the working piston of the compression stage.
  • This section preferably has no bearing function and is slightly spaced from the inner cylinder and / or the outer cylinder of the working piston of the compression stage, so that in each case results in a gap.
  • a deep groove ball bearing can be provided between the first cylindrical portion of the control console and the working piston of the compression stage.
  • the first cylindrical portion comprises the Zündsch having on a lateral surface a circumferential groove or groove. This groove or groove is swept in a corresponding rotational angle range of the working piston of the compression stage of the opening in the working piston of the compression stage and can communicate with this opening, so that the compressed working gas can flow into the ignition chamber.
  • the channel or groove in the direction of rotation of the working piston of the compression stage at the end of the channel or groove, there is an opening through which the channel or groove leads into the ignition chamber. can communicate the channel.
  • a corresponding groove or groove is provided for each opening per slide on the working piston of the compression stage.
  • the control console comprises a second cylindrical portion which is disposed radially within the working piston of the expansion stage.
  • This section preferably has no bearing function and is slightly spaced from the working piston of the expansion stage, so that there is a gap.
  • a deep groove ball bearing can be provided between the second cylindrical portion of the control console and the working piston of the expansion stage.
  • the control console on a lateral surface of the second cylindrical portion comprises a Zündhuntablauf with at least one circumferential opening which is swept in a corresponding rotational angle range of the working piston of the expansion stage of the opening in the working piston of the expansion stage and can communicate with this opening.
  • a corresponding opening per slide on the working piston of the expansion stage is provided for each Zündsch.
  • the housing is constructed in several parts of substantially plate-shaped parts.
  • the modular design facilitates the assembly of the housing.
  • the housing includes a front housing cover, a compression frame housing frame, an expansion stage housing frame, and a rear housing cover. Separate housing frames for the compression stage and the expansion stage, as well as double-sided housing covers, allow optimal mounting of the corresponding components.
  • At least two housing parts are sealed against each other. This results in the operation of the rotary piston engine low pressure losses and high efficiency.
  • the housing comprises a substantially cuboid outline. This design proves to be particularly compact and stable.
  • the housing comprises an interface for a fuel feed and / or an interface for a housing cooling circuit and / or an interface for a control console cooling circuit and / or an exhaust gas outlet and / or interfaces for data and signal transmission.
  • the housing comprises a fuel inlet, in which a ball check valve is arranged.
  • the rotary piston engine has at least one shaft that meets at least one of the following requirements:
  • the shaft is rotatably mounted in the housing.
  • the shaft extends completely through the housing and protrudes on opposite sides of the housing.
  • the shaft is designed as a working shaft on which the working piston of the compression stage and / or the working piston of the expansion stage is fixed or adjustable arranged / are.
  • the shaft is designed as an auxiliary shaft on which auxiliary piston of the compression stage and / or the auxiliary piston of the expansion stage is fixed or adjustable arranged / are.
  • the transmission is designed as a gear transmission.
  • the gears of the gear transmission are arranged outside the housing.
  • the gears of the gear transmission are designed as spur gears, preferably helical spur gears.
  • the rotary piston engine has at least one cooling circuit.
  • the rotary piston engine comprises at least two separate cooling circuits, for example for the housing and / or for the control console.
  • the rotary piston engine has a carburetor for the treatment of the working gas.
  • the rotary piston engine has an injection device for injecting the working gas into the compression stage or into the ignition chamber.
  • a rotary piston engine comprising a compression stage and an expansion stage, each with a rotating piston for compression or expansion of a working gas and an ignition chamber for ignition and combustion of the working gas, wherein the ignition chamber in an adjustable rotation angle range of the respective working piston with the compression stage and / or communicate with the expansion stage.
  • the beginning and / or the end of the rotation angle range is / are adjustable and / or the rotation angle range can be shifted as such.
  • the ignition chamber can preferably communicate only with the compression stage, in a second adjustable rotation angle range preferably communicate neither with the compression stage nor with the expansion stage, and in a third adjustable rotation angle range preferably communicate only with the expansion stage.
  • the rotary piston engine according to this aspect of the invention can be combined with any of the features mentioned in the description and the claims.
  • the rotational angle range of the respective working piston in which the ignition chamber can communicate with the compression stage and / or with the expansion stage, is controlled or regulated as a function of a measured variable, preferably the rotational speed of the respective working piston.
  • the beginning and / or the end of the rotation angle range is / are controllable and / or the rotation angle range can be shifted as such.
  • Yet another aspect of the invention relates to a rotary piston engine, comprising a compression stage and an expansion stage, each with a rotating piston for compression or expansion of a working gas and an ignition chamber for ignition and combustion of the working gas, the ignition chamber at least partially radially within the working piston of the compression stage and / or is arranged radially within the working piston of the expansion stage.
  • the rotary piston engine according to this aspect of the invention can be combined with any of the features mentioned in the description and the claims.
  • the rotary piston engine is designed as a petrol-based diesel engine.
  • the rotary piston engine comprises an ignition spiral to ignite the working gas in the ignition chamber.
  • the glow spiral is preferably adjustable on Housing arranged to ensure a pinpoint, automatic ignition.
  • the rotary piston engine includes an injector to inject the fuel directly into the ignition chamber.
  • the injection valve is preferably arranged adjustably on the housing. This can ensure that the injection timing and the ignition timing take place simultaneously.
  • the fuel is already injected in the compressor stage 2 or in the intake passage.
  • measures for recovering energy from the exhaust gas are taken to increase the efficiency of the rotary piston engine.
  • the exhaust gas of the rotary piston engine is withdrawn via at least one heat exchanger and / or via at least one turbine energy and returned to the rotary piston engine.
  • the energy obtained from the exhaust gas can also be used to operate other energy-consuming components.
  • the exhaust gas is used for heating and / or pre-compression of the intake air.
  • FIG. 1 shows a side view of the rotary piston engine according to the invention.
  • FIG. 2 shows a front view of the rotary piston engine according to the invention.
  • Figure 3 shows a section III-III of Fig. 2, which passes through the working and auxiliary shafts.
  • Figure 4 shows a perspective view of the front of the rotary piston engine according to the invention.
  • FIG. 5 shows another perspective view of the front side of the invention
  • Figure 6 shows a perspective view of the back of the rotary piston engine according to the invention.
  • FIG. 7 shows a rear view of the rotary piston engine according to the invention.
  • Figure 8 shows a perspective partial sectional view of the back of the invention
  • FIG 9 shows a perspective partial sectional view of the working shaft of the rotary piston engine according to the invention with control console and without spur gear.
  • Figure 10 shows a perspective view of the working shaft of the rotary piston engine according to the invention with control console and with spur gear.
  • Figure 1 1 shows another perspective view of the working shaft of the invention
  • Rotary piston engine with control console and with spur gear.
  • Figure 12 shows a perspective view of the working shaft and the auxiliary shaft of the rotary piston engine according to the invention in the coupling state.
  • FIG. 13 shows a perspective view of the control console of the rotary piston engine according to the invention.
  • FIG. 14 shows another perspective view of the control console of the rotary piston engine according to the invention.
  • Figure 15 shows an exploded view of the working shaft of the rotary piston engine according to the invention with control console.
  • Figure 16 shows a perspective partial sectional view of the working shaft and the control console of the rotary piston engine according to the invention in the intended mounting state without spur gear.
  • Figure 17 shows a perspective view of the front of the rotary piston engine according to the invention in the intended mounting state without spur gears and without front housing cover.
  • Figure 18 shows the rotary piston engine according to the invention in the intended mounting state without spur gears and without front housing cover in a working state of the compression stage.
  • Figure 19 shows schematically the rotary piston engine according to the invention without spur gears and without front housing cover in a first operating state of the expansion stage.
  • Figure 20 shows schematically the rotary piston engine according to the invention without spur gears and without front housing cover in a second operating state of the expansion stage.
  • Figure 21 shows a schematic sectional view of a part of a rotary piston engine according to the invention according to the second embodiment of the invention.
  • Figure 22 shows a schematic sectional view of a rotary piston engine according to the invention according to the third embodiment of the invention.
  • Figure 23 shows a schematic side view of the working and auxiliary shafts of the rotary piston engine according to the invention according to the third embodiment of the invention, wherein the working and auxiliary pistons of the expansion and compression stage are shown overlapping.
  • FIG. 24 shows a schematic sectional view of a rotary piston engine according to the fourth embodiment of the invention.
  • FIG. 25 shows a schematic sectional view of a rotary piston engine according to the fifth embodiment of the invention.
  • Figure 26 shows a schematic side view of the working and auxiliary shafts of the rotary piston engine according to the invention according to the fifth embodiment of the invention, the working and auxiliary pistons of the expansion and compression stage are shown overlapping sections.
  • Figure 27 shows a schematic sectional view of the working shaft of the invention
  • Figure 28 shows a schematic side view of the working shaft of the invention
  • Rotary piston engine according to the fifth embodiment of the invention, wherein the working piston of the expansion stage and the compression stage are shown overlapping.
  • FIG. 29 shows schematic side views of the working and auxiliary pistons of the compression stage of the rotary piston engine according to the fifth embodiment of the invention, FIG. 29A showing the working and auxiliary pistons of the compression stage in a rotational angle position at the beginning of the loading of the ignition chamber, while FIG - And auxiliary piston of the compression stage at the end of the loading of the ignition chamber shows.
  • FIG. 30 shows schematic side views of the working and auxiliary pistons of the expansion stage of the rotary piston engine according to the invention according to the fifth embodiment.
  • FIG. 30A shows the working and auxiliary pistons of the expansion stage in a rotational angle position at the beginning of the discharge of the ignition chamber
  • FIG. 30B shows the working and auxiliary pistons of the expansion stage at the end of the discharge of the ignition chamber.
  • Figure 31 shows various views of a control ring of the compression stage of the rotary piston engine according to the invention according to the fifth embodiment of the invention, wherein Fig. 31 A shows a section AB of Fig. 31 C, wherein Fig. 31 B shows a view A of FIG Fig. 31C shows a section CD of Fig. 31A.
  • Fig. 32 shows various views of an expansion stage control ring of the rotary piston engine according to the fifth embodiment of the invention, Fig. 32A showing a section EF of Fig. 32C, Fig. 32B showing a view B of Fig. 32C, and Fig. 32C Section GH of Fig. 32A shows.
  • FIG. 33 shows a schematic sectional view of a rotary piston engine according to the sixth embodiment of the invention.
  • the housing 10 of the rotary piston engine 1 according to the invention comprises a front housing cover 101, a housing frame 102 for the compression stage 2, a housing frame 103 for the expansion stage 3 and a rear housing cover 104.
  • the frame parts are connected via connecting means, For example, in the form of bolts 105 which penetrate the frame members 102, 103 and the front and rear housing covers 101 and 104, held together.
  • connecting means For example, in the form of bolts 105 which penetrate the frame members 102, 103 and the front and rear housing covers 101 and 104, held together.
  • On the housing are various peripheral interfaces such as connections for a fuel inlet 11 ( Figure 2), connections 12 ( Figure 2) for a housing cooling circuit, connections 13 for a control console cooling circuit, an exhaust pipe or exhaust 14, a fitting for spark plugs 15, an ignition cable 16 and an adjusting device 17 for a control console 6.
  • connections for an electronic data and / or signal transmission can be provided.
  • a working shaft 4 and parallel to an auxiliary shaft 5, which are located on located outside of the housing 10 spur gears 40, 50 in mesh, so that the rotational movements of the working shaft 4 and the auxiliary shaft 5 are coupled and zwangsssynchroninstrument accordingly.
  • Control console 6 is accommodated, which is rotatable about the axis of rotation of the working shaft 4 relative to the housing 10, wherein the rotational or angular position of the control console 6 relative to the housing 10 via the adjusting device 17 can be changed.
  • FIG. 2 shows a front view of the rotary piston engine 1 according to the invention.
  • the housing 10 has a substantially parallelepipedal outline with corners rounded on the upper side and underside, whose centers of curvature coincide with the axes of rotation of the working shaft 4 and the auxiliary shaft 5.
  • the depth of the housing 10, measured along the axes of rotation of the working shaft 4 and the auxiliary shaft 5 on the respective outer sides of the front and rear housing covers 101, 104 is, for example, about 175 mm at a total height of about 465 mm.
  • the working and auxiliary shafts 4, 5 project about 87 mm beyond the front-side housing cover 101.
  • the exhaust 14 protrudes about 124 mm beyond the outside of the rear housing cover .104.
  • the total depth of the rotary piston engine 1 according to the invention measured along the axes of rotation of the working shaft 4 and the auxiliary shaft 5 of the over the front housing cover 101 above working and auxiliary shafts 4, 5 to the end of the exhaust 14, about 386 mm.
  • the total width of the housing without exhaust 14, measured perpendicular to the axes of rotation of the working shaft 4 and the auxiliary shaft 5 is, for example, 311 mm and with exhaust, for example, 373 mm.
  • the dimensions of the housing 10 may vary depending on the required rated power of the rotary piston engine 1 according to the invention.
  • Figure 3 shows a section III - III of Figure 2, which passes through the working and auxiliary shafts 4, 5 of the rotary piston engine 1. Shown are again in section the components of the housing 10, namely the front housing cover 1, the housing frame 102 for the compression stage 2, the housing frame 103 for the expansion stage 3 and the rear housing cover 4.
  • the working shaft 4 is opposite the housing 10 and the front side Housing cover 101 and relative to the control console 6 via a plurality of bearings, preferably angular contact ball bearings, rotatably mounted and thus relative to the housing 10 and the control console 6 rotatable.
  • a working piston 20 of the compression stage 2 and a working piston 30 of the expansion stage 3 are arranged rotationally fixed.
  • the auxiliary shaft 5 is opposite to the housing 10 and the front and rear housing covers 101, 104 via a plurality of rolling bearings, preferably angular contact ball bearings, rotatably mounted and therefore rotatable relative to the housing 10.
  • a plurality of rolling bearings preferably angular contact ball bearings, rotatably mounted and therefore rotatable relative to the housing 10.
  • On the auxiliary shaft 5, an auxiliary piston 25 of the compression stage 2 and an auxiliary piston 35 of the expansion stage 3 are arranged rotationally fixed.
  • angular contact ball bearings it is possible to adjust the axial distance of the working piston 20, 30 or auxiliary piston 25, 35 in the housing 10 so that they do not touch the inside of the housing wall and between the working piston 20, 30 and auxiliary piston 25, 35 and the housing wall forms a minimum distance.
  • the working piston 20 of the compression stage 2 comprises a substantially hollow cylindrical shape with double wall.
  • the inner cylinder of the working piston 20 extends almost over the entire width of the frame parts 102, 103 of the housing 10 and sits directly on the working shaft 4, while the outer surface 22 of the outer cylinder with the frame part 102 of the compression stage 2 a plurality of chambers 23 divided by slide 23, 2b, 2c (FIG. 18) for the intake, mixing and compression of the working gas or of an air-fuel mixture.
  • the chambers 2a, 2b, 2c (FIG. 18) are designed as annular space sections.
  • the working piston 20 of the compression stage 2 comprises per slide 23 an opening 21 penetrating the outer cylinder of the working piston 10 (FIG.
  • the opening 21 comprises three parallel bores which penetrate the outer cylinder of the working piston 20 in the radial direction in order to be able to communicate with the ignition chamber 60 of the rotary piston engine 1 in certain rotational angle ranges of the working piston 20.
  • the working piston 30 of the expansion stage 3 Concentric with the inner cylinder of the working piston 20 of the compression stage 2, the substantially cylindrical working piston 30 of the expansion stage 3 is arranged.
  • the outer circumferential surface 32 of the working piston 30 of the expansion stage 3 forms with the frame part 103 of the expansion stage 3 several subdivided by slide 33 and formed as annular space chambers chambers 3a, 3b, 3c (Fig. 19 and 20) for expansion of the ignited working gas.
  • the working piston 30 of the expansion stage 3 comprises per slide 33 at least one opening 31 (FIG. 9), which is formed in the direction of rotation at the rear on each of the projecting over the lateral surface 32 in the radial direction slide 33.
  • the opening 31 penetrates the working piston 30 of the expansion stage 3 in the radial direction in order to be able to move in at least one predetermined angle of rotation. rich of the working piston 30 to communicate with the ignition chamber 60 of the rotary piston engine 1 can.
  • ring-shaped or disc-shaped cutting discs are arranged preferably rotationally fixed on the working shaft 4 are arranged and limit the chambers formed as annular space sections of the compressor and expansion stages 2, 3 in the axial direction.
  • the cutting disc between the working pistons 20, 30 of the compression and expansion stage 2, 3 preferably accomplishes a labyrinth seal to allow passage of the working gas from one of the chambers 2a, 2b, 2c (FIG. 18) of the compression stage 2 into one of the chambers 3a, 3b 3c (FIGS. 19 and 20) of the expansion stage 3.
  • the control console 6 is rotatable relative to the housing 10, wherein the rotational or angular position of the control console 6 relative to the housing 10 by actuation of the Verstellvorrich- device 17 in a predetermined angular range is adjustable.
  • the outer cylinder of the working piston 20 of the compression stage 2 slides without contact over a first cylindrical portion 61 of the control console 6, while the working piston 30 of the expansion stage 3 slides without contact over a second cylindrical portion 66 of the control console 6.
  • the second cylindrical portion 66 of the control console 6 has a slightly larger diameter than the first cylindrical portion 61 of the control console 6.
  • the control console 6 can be rotated relative to the housing 10 by an angle of approximately +/- 10 ° relative to the rotational axis of the working pistons 20, 30 of the compressor and expansion stages 2, 3 by actuating the adjusting device 17.
  • the ignition chamber 60, a Zündschzulauf 62, 63, 64 with radial bores 63 and an axial, opening into the ignition chamber 60 connecting bore 64, a Zündschablauf and a spark plug 65 are disposed within the control console 6 and formed.
  • the spark plug 65 is intended aligned substantially parallel to a rotational axis of the working piston 20, 30.
  • the first cylindrical section 61 of the control console 6 is arranged as intended radially within the working piston 20 of the compression stage 2, while the second cylindrical section Section 66 of the control console 6 is intended radially arranged within the working piston 30 of the expansion stage 3.
  • the ignition chamber 60 is formed in the second cylindrical portion 66 of the control console 6 and is accordingly located radially within the working piston 30 of the expansion stage 3 as intended.
  • the ignition chamber 60 has a volume of 13.44 cm 3 . It is, for example, milled into the control console 6 with a milling cutter.
  • the radial inlet bores 63 at the front in the direction of rotation of the working piston 20, 30 front ends of the grooves 62 and leading into the ignition chamber 60 and the connecting bore 64 which extends in the axial direction parallel to the axes of rotation of the working piston 20, 30 have relatively to the compression volume as large a diameter as possible, so that a minimal flow resistance and a maximum compression can be achieved.
  • the Zündschablauf extends over a rotational angle range of about 60 ° in a second cylindrical portion 66 of the control console 6 in the circumferential direction of the same.
  • the ignition chamber 60 can communicate with the compression stage 2 and with the expansion stage 3 in an adjustable rotational angle range of the working piston 20 or the working piston 30.
  • the Zündschzulauf 62, 63, 64 communicate in an adjustable rotation angle range of the working piston 20 of the compression stage 2 via the opening 21 in the working piston 20 of the compression stage 2 with the compression chamber, while the Zündschablauf in an adjustable rotation angle range of the working piston 30 of the expansion stage 3 via the opening 31 in the working piston 30 of the expansion stage 3 can communicate with the expansion chamber.
  • the Zündhuntzulauf 62, 63, 64 as well as the Zündbibablauf is blocked in an adjustable rotation angle range of the working piston 20 and the working piston 30 so that the ignition chamber 60 can communicate with either the compression stage 2 or the expansion stage 3 and the compressed working gas in the Ignition chamber 60 is included.
  • the ignition of the compressed working gas preferably takes place.
  • the lateral surface 32 of the working piston 30 of the expansion stage 3 rolls on a lateral surface of the auxiliary piston 35 of the expansion stage 3 kind of involute in the ideal case without contact, radially above the outer surface 32 of the working piston 30 projecting involute slide 33 at angular intervals of 120 ° in corresponding recesses 36 in the lateral surface of the auxiliary piston 35 dip.
  • the cutting discs between the working piston 20, 30 and the housing parts 101, 104 are received sealingly in corresponding recesses of the auxiliary piston 25, 35.
  • Figures 4 and 5 show various perspective views of the front
  • Figure 6 is a perspective view of the back
  • Figure 7 is a rear view of the rotary piston engine according to the invention 1.
  • On the back of the housing 10 is a scale on which the angular position of the control console 6 relative to the housing 10th is shown.
  • Figure 8 shows a perspective partial sectional view of the back of the rotary piston engine according to the invention 1.
  • parts of the front and rear housing covers 101, 104 and the housing frame 102, 103 of the compression stage 2 and the expansion stage 3 are omitted.
  • the slides 23, 33 of the working pistons 20, 30 are aligned with respect to the common axis of rotation in the same angles of rotation and angular intervals.
  • the cutting discs between the working piston 20, 30 and the housing parts 101, 104 during rolling of the working and auxiliary shafts 4, 5 are sealingly received in corresponding recesses of the auxiliary piston 25, 35.
  • the chambers 2a, 2b, 2c FIG.
  • Figure 9 shows a perspective partial sectional view of the working shaft 4 of the rotary piston engine 1 according to the invention with control console 6.
  • the spur gear and provided between the piston 20 of the compression stage 2 and the front housing cover 101 cutting disc of the rotary piston engine 1 according to the invention are not shown.
  • Figure 10 and 1 1 show various perspective views of the working shaft 4 in the intended mounting condition
  • Figure 12 shows a perspective view of the working shaft 4 and the auxiliary shaft 5 in the coupling state on the end arranged, helical spur gears 40, 50, via which the rotational movements of the working shaft 4th and the auxiliary shaft 5 are coupled and zwangsssynchroninstrument.
  • FIG. 13 shows a perspective view of the control console 6 of the rotary piston engine 1 according to the invention.
  • FIG. 14 shows another perspective view of the control console 6,
  • FIG. 15 shows an exploded view of the working shaft 4 with control console 6 arranged coaxially therewith.
  • FIG. 16 shows a perspective partial sectional view of the work shaft 4 and Figures 17 and 18 show schematically the rotary piston engine 1 according to the invention without spur gears and without the front housing cover 101 in.
  • the control console 6 in the intended mounting state and Figures 17 and 18 the rotary piston motor according to the invention in the intended mounting state without spur gears and without front housing cover 101 in a working state of the compression stage first and second states of the expansion stage.
  • FIGS. 18 to 20 indicate the intended direction of rotation of the working pistons 20, 30 and auxiliary pistons 25, 35.
  • the working piston 20, 30 rotate in the illustration of Figures 18 to 20 in the clockwise direction and the auxiliary piston 25, 35 in the counterclockwise direction. It can be seen in Figures 18 and 19, the positions of the slide 23, 33 of the working piston 20, 30 at the time of ignition, ie at the end of the compression and before the start of the expansion.
  • the displaced by 120 degrees slide 23, 33 of the working piston 20, 30 of the compression stage 2 and the expansion stage 3 form in cooperation with the associated auxiliary piston 25, 35 and the housing 10 each formed as annular space sections chambers 2a, 2b, 2c (Fig. 18) or 3a, 3b, 3c (Fig. 19).
  • a chamber of the compression level 2 is characterized by the dense arrangement of the working piston 20 and the associated Auxiliary piston 25 also divided into two, with a lock between the two chamber sections is effected.
  • the partial circular ring-shaped chambers 2a, 2b, 2c and 3a, 3b, 3c designed as annular space sections have approximately a volume of 147 cm 3 .
  • the decreasing part of the two-part chamber 2c of the compression stage 2 forms the compression chamber.
  • the enlarging part of the two-part chamber 2c of the compression stage 2 forms the suction chamber.
  • the enlarging part of the two-part chamber 3c / 3c * of the expansion stage 3 forms the expansion chamber.
  • a working gas is introduced into the suction chamber of the compression stage 2.
  • the mixture preparation is realized by means of a carburettor (not shown) or the fuel is conveyed by an injection system directly into the compression chamber 2 c or into the ignition chamber 60.
  • the maximum volume of the suction chamber 2a is about 147 cm 3 . Due to the rotational movement of the working piston 20 of the compression stage 2, the volume of the suction chamber varies, so that the working gas is sucked or sucked. During the rotation of the working piston 20 of the compression stage 2, which rotates, for example. At a speed of 10,000 rev / min, the suction chamber is filled per revolution three times with working gas. In the continuous rotation of the working piston 20 of the compression stage 2, the working gas is mixed in the chambers 2a and 2b.
  • the ignition chamber inlet 62, 63, 64 is opened and the ignition chamber outlet is blocked, so that the ignition chamber 60 can only communicate with the compression stage 2. If the rotation angle range of 60 ° has passed through the slide 23, then the ignition chamber 60 closes again and communication between the compression chamber 2c and the ignition chamber 60 is interrupted. About 90 vol .-% of the compressed working gas are thus in the Ignition chamber 60 included. The remaining 10% by volume will be taken with the next spin. For this reason, the compression and thus the efficiency of the rotary piston engine 1 increase with increasing rotational speed of the working piston 20.
  • a check valve can be arranged between the compression chamber 2c and the ignition chamber 60.
  • Figures 18 and 19 show the rotational angular positions of the working piston 20, 30 at the time of ignition.
  • the slide 23 on the working piston 20 of the compression stage 2 has pressed the compressed ignition mixture into the ignition chamber 60 and is located in the recess 26 of the auxiliary piston 25.
  • the Zündschzulauf 62, 63, 64 as well as the Zündwaitablauf blocked so the ignition chamber 60 can communicate neither with the compression stage 2 nor with the expansion stage 3.
  • the compressed working gas is enclosed in the ignition chamber 60.
  • the working gas is now ignited at a pressure of 11 bar by the spark plug 65 protruding into the ignition chamber 60.
  • the ignition point may preferably be controlled or controlled by a control device in relation to the rotational angle positions of the working pistons 20, 30 as a function of various measured variables, such as the rotational speed of the working pistons 20, 30, etc.
  • Figure 20 shows the rotational angular position of the working piston 30 of the expansion stage shortly after ignition and during expansion.
  • the slider 33 on the working piston 30 of the expansion stage 3 has now just emerged from the recess 36 of the auxiliary piston 35 of the expansion stage 3 and is driven by the expansion of the ignited working gas.
  • the Zündschzulauf 62, 63, 64 is blocked and only the Zündwaitablauf open, so that the ignition chamber 60 can communicate only with the expansion stage 3.
  • the working piston 30 of the expansion stage 3 has three frontal, offset by 120 ° to each other openings 31.
  • the openings 31 of the working piston 30 and the Zündschablauf one above the other wherein the ignited working gas is pressed during the rotation angle range of about 60 ° in the expansion chamber.
  • the aspirated gas volume occupies a much larger space, with the combustion gas flowing out of the ignition chamber 60 increasing its volume in fractions of a second.
  • the burnt working gas is discharged through the opening 31 in the rotationally rearward flank of the spool 33 into the expansion chamber 3c *. Due to the resulting pressure, a force acts at right angles to the axis of rotation (in the tangential direction on the slide 33), so that the working piston 30 of the expansion stage 3 or the entire working shaft 4 is acted upon by a constant torque.
  • the maximum torque resulting from the pressure is available, for example for driving a vehicle or the like.
  • the combustion gas may leave the expansion stage 3 after combustion and expansion and is expelled via the exhaust gas outlet 14.
  • the working piston 30 of the expansion stage 3 drives the working piston 20 of the compression stage 2.
  • the chamber sections 2a, 2b, 2c (FIG. 18) and 3a, 3b, 3c (FIGS. 19 and 20) of the compression and expansion stages 2, 3 are, for example, sealed relative to the housing by non-contact seals, so that the compressed working gas only in the ignition chamber 60 is pressed and the expanding working gas does not overlap into the compression chamber after ignition has taken place.
  • the control console 6 By turning the adjuster 17 formed as adjusting screw, the control console 6 can be rotated in the housing 10. By this rotation, thus, the position of the ignition chamber 60 can be adjusted. In combination with the inventively provided adjustability of the ignition timing, thus, the initiation of the working gas can be regulated exactly.
  • the rotary piston engine 1 is designed as an internal combustion engine after the design of a water-cooled rotary piston engine with a compression of about 11: 1 with three ignitions per revolution.
  • the translation of the working and the auxiliary shaft 4, 5 is 1: 1. Ignition takes place via a spark plug 65 of the Type NGK M16x1 (2-pin). Mixture formation takes place via a modified Walbro carburetor.
  • Figure 21 shows a schematic sectional view of a part of the rotary piston engine 1 according to the invention according to the second embodiment of the invention.
  • the auxiliary piston of the compression stage 2 and the expansion stage 3 and other elements are not shown for the sake of clarity.
  • the rotary piston engine 1 between the compression chamber and the ignition chamber 60 and / or between the ignition chamber 60 and the expansion chamber comprises a valve 692, 693 and an automatic on / off closure.
  • the valve 692 controls the gas transfer from the compression chamber into the ignition chamber 60 and / or the valve 693 regulates the gas transfer from the ignition chamber 60 in the expansion chamber.
  • the ignition chamber 60 is formed in the control console 6, which is adjustable relative to the housing 10 about the axis of the working shaft 4, so that the ignition chamber 60 in an adjustable rotation angle range of the respective working piston 20, 30 with the compression stage 2 or with the compression chamber and / or. or communicate with the expansion stage 3 or with the expansion chamber.
  • the diameters of the working and auxiliary pistons 20, 25 are selected so that their peripheral speeds are the same. The difference of the peripheral speeds is therefore equal to zero. This allows tighter tolerances, better compaction and less wear.
  • Working piston 30 of the expansion stage 3 is selected to be larger in diameter than the working piston 20 of the compression stage 2. As a result, the torque is increased and the speed (depending on the combustion speed) is lowered.
  • the diameter of the auxiliary piston 35 is to be reduced; the tolerances of the pistons 30, 35 involved can be expanded.
  • the compression ratio is determined constructively.
  • the Zündschausgang in the expansion stage 3 is radially outside the Zündwaiteingang in the compression stage 2.
  • the ignition chamber 60 is arranged eccentrically to the axis of the working shaft 4 and preferably in the direction of the axis Auxiliary shaft 5 offset. As a result, the working gas only has to be kept in radia- ler direction in or out of the ignition chamber 60 are performed.
  • the working chambers 2a, 2b, 2c of the compression stage 2 and the working chambers 3a, 3b, 3c of the expansion stage 3, which are formed in the radial direction between the lateral surfaces 22, 32 of the working piston 20, 30 and the housing parts 102, 103, are in the axial direction bounded by non-rotatably connected to the working shaft cutting discs 403, 405 and a stationary cutting disc 402.
  • Figure 22 shows a schematic sectional view of a rotary piston engine 1 according to the invention according to the third embodiment of the invention.
  • the housing 10 between the compression stage 2 and the expansion stage 3 on an intermediate part 105.
  • the control console 6, which is arranged in the axial and radial direction substantially between the working piston 20 of the compression stage 2 and the working piston 30 of the expansion stage 3, is divided into two parts and is adjustable via an adjusting lever 6c in a predetermined rotational angle range relative to the intermediate part 105.
  • At least part 6b of the control panel 6 is operable via the adjusting lever 6c extending inside the intermediate part 105 independently of the other part 6a.
  • the ignition chamber 60 comprises a plurality of sections whose dimensions in the radial direction and / or in the circumferential direction increase from the ignition chamber inlet on the side of the compression stage 2 to the ignition chamber outlet on the side of the expansion stage 3.
  • the ignition chamber 60 comprises a circumferentially extending, arc segment-like portion which is at least partially open radially outward to the working piston 30 of the expansion stage 3 out.
  • FIG. 23 shows a schematic side view of the working and auxiliary shafts 4, 5 of the rotary piston engine 1 according to the invention according to the third embodiment of the invention, the working and auxiliary pistons 20, 25, 30, 35 of the expansion and compression stage 3, 2 are shown overlapping.
  • the directions of rotation of the working and auxiliary shafts 4, 5 are indicated by arrows.
  • the working piston 20, 30 of the compression stage 2 and the expansion stage 3 are - as shown - offset from one another such that the opening 21 at the front end of a slide 23 of the working piston 20 of the compression stage 2 is just closed by the auxiliary piston 25 of the compression stage 2, while the Opening 31 at the rear end of the associated slide 33 of the working piston 30 of the expansion stage 3 is just released by the auxiliary piston 35 of the expansion stage 3.
  • the rotation angle range in which the ignition chamber 60 can communicate with the compression stage 2 preferably directly adjoins the rotation angle range in which the ignition chamber 60 can communicate with the expansion stage 3 without overlapping.
  • the slides 23, 33 are arranged at regular intervals around the circumference of the working piston 20, 30 of the compression stage 2 and the expansion stage 3 and formed identically to form identical pairs of slides 23, 33.
  • a corresponding number of work cycles described above per revolution of the working shaft 4 carried out analogously.
  • FIG 24 shows a schematic sectional view of a rotary piston engine 1 according to the invention according to the fourth embodiment of the invention.
  • the ignition chamber 60 is partially formed in the working piston 20 of the compression stage 2, partially in the working piston 30 of the expansion stage 3 and sections in a lying between the working piston 20, 30, rigidly connected to the working shaft 4 cutting disc 405, so that the ignition chamber 60 rotates with the working shaft 4 about its axis.
  • each ignition chamber 60 is associated with a compression chamber 2a, 2b, 2c and an expansion chamber 3a, 3b, 3c.
  • two adjustable relative to the housing 10 controls or control rings or control bars 620, 630 are provided, which is a communication of the ignition chamber 60 with the compression level 2 and / or with the expansion stage 3 temporarily enable and temporarily interrupt.
  • the control strips 620, 630 are independently rotatable about the axis of the working shaft 4 via control levers 621, 631, which extend within the housing parts 101 and 104.
  • the control strips 620, 630 are also substantially cylindrical and have slot-shaped openings 622, 632 which extend parallel to each other in the circumferential direction.
  • the ignition chamber 60 can communicate with the compression stage 2 or with the compression chamber and / or with the expansion stage 3 or with the expansion chamber via these slot-shaped openings in an adjustable rotation angle range of the respective working piston 20, 30.
  • the spark plug 15 extends from the side of the expansion stage 3 substantially parallel to the axis of the working shaft 4 through the control bar 630 of the expansion stage 3 into the ignition chamber 60 in order to ignite the compressed working gas.
  • the spark plug 15 is thus adjustable together with the control bar 630 relative to the housing 10.
  • the working piston 20 of the compression stage 2 has a smaller diameter but a greater axial length than the working piston 30 of the expansion stage 3.
  • the ignition chamber 60 is arranged eccentrically to the axis of the working shaft 4 and the ignition chamber is radially outside the ignition chamber entrance.
  • the portion 603 of the ignition chamber 60 formed in the working piston 30 of the expansion stage 3 has a smaller volume than the portion 602 of the ignition chamber 60 formed in the working piston 20 of the compression stage 2. Both portions 602, 603 of the ignition chamber 60 are offset in the radial direction and in the circumferential direction, but arranged overlapping each other, so that the sections 602, 603 can communicate with each other.
  • the working gas in the ignition chamber 60 due to the centrifugal force is forced outwards in the radial direction in the direction of the ignition chamber outlet and the expansion stage 3.
  • the Zündttingabites 603 is offset in the expansion stage 3 with respect to the Zündttingabrough 602 in the compression stage 2 radially outward and in the direction of rotation of the working shaft 4.
  • the ignition chamber section 603 formed in the separating disk 405 preferably lies in the radial direction and in the circumferential direction between the two ignition chamber sections 602, 603.
  • FIGS. 25 to 32 show a schematic sectional view of a rotary piston engine 1 according to the invention according to the fifth embodiment of the invention.
  • the ignition of the working gas via a spark plug 15 which is arranged differently from the fourth embodiment on the side of the compression stage 2 in a relative to the housing 10 adjustable Zündstellring 610 and screwed from the outside.
  • the Zündstellring 610 is arranged rotatable together with the spark plug 15 in its leadership in both directions, so that the respective exact ignition timing and the exact ignition point can be determined and adjusted.
  • the spark triggers the explosion of the compressed gas, whereby a pressure wave from the ignition chamber 60 via the opening 31 in the expansion stage
  • the Zündstellring 610 is independent of the control bars 620, 630 relative to the housing 10 adjustable.
  • the position of the spark plug 15 is thus independent of the rotation angle range for effecting the gas transfer from the Versichtungscut 2 into the ignition chamber 60 and / or the rotation angle range for effecting the gas transfer from the ignition chamber 60 in the expansion stage 3 adjustable.
  • the Zündttingabête 602, 603, 605 are flush with each other, wherein the formed within the cutting disc 405 Zündhuntabêt 605 extends along an oblique axis and the Zündttingabête 602, 603 steplessly bridged.
  • the spark plug 15 is installed in the ignition chamber 60 (a spark plug 15 in each ignition chamber 60). This results in a construction of the working shaft
  • the ignition pulse can be transmitted via sliding contacts or is carried out via induction.
  • Figure 26 shows a schematic side view of the working and auxiliary shafts 4, 5 of the rotary piston engine 1 according to the invention according to the fifth embodiment of the invention, wherein the working and auxiliary pistons 20, 25, 30, 35 of the expansion and compression stage 3, 2 are shown overlapping sections ,
  • the rotation angle ranges a1, ß1 of the respective working piston 20, 30 are indicated, in which the ignition chamber 60 via the openings 622, 632 of the control bars 620, 630 with the compression stage 2 or with the compression chamber and / or with the expansion stage 3 and . can communicate with the expansion chamber.
  • Figure 27 shows a schematic sectional view of the working shaft 4 of the rotary piston engine 1 according to the invention according to the fifth embodiment of the invention.
  • Figure 28 shows a schematic side view of the working shaft 4 of the rotary piston engine 1 according to the invention according to the fifth embodiment of the invention, wherein the working piston 20, 30 of the expansion stage 3 and the compression stage 2 are shown superimposed.
  • Figure 29 shows schematic side views of the working and auxiliary pistons 20, 25 of the compression stage 2 of the rotary piston engine 1 according to the invention according to the fifth embodiment of the invention, wherein Fig. 29A, the working and auxiliary pistons 20, 25 of the compression stage
  • FIG. 29B shows the working and auxiliary pistons 30, 35 of the compression stage 2 immediately after completion of the loading of the ignition chamber 60.
  • the rotation angle range a1 ends offset by a rotation angle a2 against the direction of rotation of a connecting line of the axes of the working shaft 4 and the auxiliary shaft 5.
  • the rotation angle range a1 and / or the rotation angle a2 can be adjusted by adjusting the control bar 620 relative to the housing 10. Thereby, the start and the end of the gas transfer from the compression stage 2 into the ignition chamber 60 (loading of the ignition chamber 60) can be set accurately.
  • Figure 30 shows schematic side views of the working and auxiliary pistons 30, 35 of the expansion stage 3 of the rotary piston engine 1 according to the invention according to the fifth embodiment of the invention, wherein Fig. 30A, the working and auxiliary pistons 30, 35 of the expansion stage 3 in a rotational angle position immediately before the start of the discharge the ignition chamber 60 shows, while Fig. 30B shows the working and auxiliary pistons 30, 35 of the expansion stage 3 immediately after completion of the discharge of the ignition chamber 60.
  • a communication of the ignition chamber 60 with the expansion stage 3 is only possible if the opening 31 of the slider 33 sweeps over the region of the opening 632 of the control bar 630 in the rotation angle range ß1.
  • the rotation angle range ⁇ 1 begins by a rotation angle ß2 in the direction of rotation offset from the line connecting the axes of the working shaft 4 and the auxiliary shaft 5.
  • the rotation angle range ß1 and / or the rotation angle ß2 can be adjusted by adjusting the control bar 630 relative to the housing 10. Thereby, the start and the end of the gas passage from the ignition chamber 60 to the expansion stage 3 (discharge of the ignition chamber 60) can be accurately set.
  • FIG. 31 shows various views of a control element or control ring 620 of the compression stage 2 of the rotary piston engine 1 according to the invention according to the fifth exemplary embodiment of the invention, FIG. 31A showing a section AB from FIG. 31C, FIG. 31B a view A from FIG Fig. 31C shows while Fig. 31C shows a section CD of Fig. 31A.
  • Figure 32 shows various views of a control or control ring 630 of the expansion stage 3 of the rotary piston engine 1 according to the invention according to the fifth embodiment of the invention, wherein Fig. 32A shows a section EF of Fig. 32C, wherein Fig. 32B shows a view B of Fig. 32C while Fig. 32C shows a section GH of Fig. 32A.
  • the controls or control rings or control bars 620, 630 temporarily enable and interrupt communication of the ignition chamber 60 with the compression stage 2 and / or communication of the ignition chamber 60 with the expansion stage 3.
  • the control bars 620, 630 are substantially cylindrical and have slot-shaped openings 622, 632 which extend parallel to each other in the circumferential direction.
  • the ignition chamber 60 can communicate with the compression stage 2 or with the compression chamber and / or with the expansion stage 3 or with the expansion chamber via these slot-shaped openings in an adjustable rotation angle range of the respective working piston 20, 30.
  • FIG. 33 shows a schematic sectional view of a rotary piston engine 1 according to the sixth embodiment of the invention.
  • the rotary piston engine 1 is designed as a gasoline-based diesel.
  • knock resistance will be disregarded.
  • the process of knocking based on the fact that the gasoline-air mixture in the process of compression uncontrollably sooner or later leads to combustion. But exactly this property of the mixture leads to the rotational auto-igniter no disturbances, since this small difference is processed without a trace.
  • the spark plug 15 is replaced by a glow spiral.
  • the glow spiral is arranged in place of the spark plug 15 in Zündstellring 610. Identical as the spark plug 15 ignites the Glühspirale the gas through a window in the ignition chamber 60.
  • the Glühspirale glows permanently, is adjustable with the Zündstellring 610 and is based on the exact Ignition point adjusted. Thus, a pinpoint ignition is ensured at all times. The ignition is automatic.
  • an injection valve or an injection nozzle 611 is arranged in the ignition adjusting ring 610. This ensures that the injection timing and the ignition timing take place simultaneously. Since at the moment of injection and ignition of the control ring 620 blocks the opening 21 to the compressor stage 2, a flashback of the flame is excluded in the compressor stage 2 and the pressure wave can escape via the ignition chamber 60 only in the expansion stage 3.
  • the desired and ideal point for triggering and escape of the pressure wave from the ignition chamber 60 is adjustable in dependence on the inertia of the gas and is controlled by means of the control ring 630.
  • the fuel is supplied by direct injection. Because of the rotational speed of the rotary piston engine 1 mixing of the working gas is a challenge. Either is already injected in the compressor stage 2 or in the intake, which would allow a longer mixing, or it manages the injection directly into the compressor chamber at the inlet to the ignition 60th
  • the hot exhaust gas of the rotary piston engine 1 is withdrawn via at least one heat exchanger and / or at least one turbine energy and returned to the system. It is further provided that the energy obtained from the exhaust gas is used to operate other energy-consuming components of a motor vehicle.
  • the exhaust gas is used for heating and / or pre-compression of the intake air.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotationskolbenmotor, umfassend eine Verdichtungsstufe und eine Expansionsstufe mit jeweils einem rotierenden Arbeitskolben zur Verdichtung bzw. Expansion eines Arbeitsgases. Um einen Rotationskolbenmotor bereitzustellen, der noch kürzere Gaswege ermöglicht als ein herkömmlicher Rotationskolbenmotor, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Arbeitskolben der Verdichtungsstufe und der Expansionsstufe in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind, vorzugsweise um eine gemeinsame Rotationsachse drehbar sind.

Description

Rotationskolbenmotor
Die Erfindung betrifft einen Rotationskolbenmotor, umfassend eine Verdichtungsstufe und eine Expansionsstufe mit jeweils einem rotierenden Arbeitskolben zur Verdichtung bzw. Expansion eines Arbeitsgases.
Ein gattungsgemäßer Rotationskolbenmotor ist aus der WO 2008/071326 A1 bekannt.
Ein Rotationskolbenmotor ist ein Verbrennungsmotor auf der Basis von rotierenden und funktionell miteinander korrespondierenden Rotationskolben für die Verdichtung bzw. Kompression von Verbrennungsgasen und Expansion von verbrannten Gasen. Das Verbrennungsgas und das verbrannte Gas werden im Rahmen dieser Beschreibung vereinfachend als Arbeitsgas bezeichnet. Bei einem Rotationskolbenmotor sind die Verdichtung des Arbeitsgases und der Übergang des Arbeitsgases von der Verdichtungsstufe in die Expansionsstufe entscheidend für den Wirkungsgrad des Motors. Rotationskolbenmotoren weisen wesentlich höhere Drehzahlen auf als Hubkolbenmotoren wie bspw. Otto-Motoren mit Kolben-Pleuel-Kurbelwelle, führen aber die gleichen Arbeitstakte aus, nämlich Ansaugen, Verdichtung, Zündung und Expansion. Da das Kompressionsvolumen bei Rotationskolbenmotoren erheblich kleiner ist als bei Hubkolbenmotoren, finden deutlich mehr Gasübergänge zwischen den Arbeitstakteinheiten statt und die Leistungsdichte ist wesentlich höher.
Die Realisierung von kurzen bis extrem kurzen Gaswegen bzw. Leitungsabschnitten zur Förderung des Arbeitsgases zwischen den Arbeitstakteinheiten ist eine wichtige Forderung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotationskolbenmotor bereitzustellen, der noch kürzere Gaswege ermöglicht als ein herkömmlicher Rotationskolbenmotor.
Um die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe zu lösen, wird der Rotationskolbenmotor nach Anspruch 1 bereit gestellt, der eine Verdichtungsstufe und eine Expansionsstufe mit jeweils einem rotierenden Arbeitskolben zur Verdichtung bzw. Expansion eines Arbeitsgases um- fasst, wobei die Arbeitskolben der Verdichtungsstufe und der Expansionsstufe in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind, vorzugsweise um eine gemeinsame Rotationsachse drehbar sind. Die Arbeitskolben der Verdichtungsstufe und der Expansionsstufe können somit in axialer Richtung, d.h. entlang der Rotationsachse, überlappend und unmittelbar benachbart zueinander angeordnet werden, so dass die Gaswege zwischen Expansions- und Verdichtungsstufe gegenüber der herkömmlichen Lösung erheblich verkürzt sind und die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst wird. Vorzugsweise sind auch Hilfskolben, die mit den Arbeitskolben zur Bildung von Verdichtungs- und Expansionskammern mit variierendem Volumen zusammenwirken, in axialer Richtung hintereinander angeordnet und/oder um eine gemeinsame Achse drehbar, so dass die Drehbewegungen der Arbeits- und Hilfskolben leicht synchronisiert werden können.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen beansprucht.
Es kann von Vorteil sein, wenn die Arbeitskolben der Verdichtungsstufe und der Expansionsstufe auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Arbeitskolben der Verdichtungsstufe und der Expansionsstufe drehfest verbunden oder einteilig bzw. einstückig ausgebildet. Dadurch kann die Expansionsstufe die Verdichtungsstufe nach dem Prinzip einer Fluggasturbine nahezu verlustfrei antreiben, so dass die Notwendigkeit einer Kupplung oder Kraftübertragungseinrichtung zwischen Expansions- und Verdichtungsstufe entfällt.
Es kann sich als hilfreich erweisen, wenn das verdichtete Arbeitsgas zur Zündung radial nach innen in Richtung der Rotationsachse der Arbeitskolben abgeleitet wird. Dadurch kann ein Volumen innerhalb des Arbeitskolbens der Verdichter- und/oder Expansionsstufe zur Zündung und Verbrennung des Arbeitsgases genutzt werden und die Gaswege zwischen Expansions- und Verdichtungsstufe können gegenüber der herkömmlichen Lösung weiter verkürzt werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfüllt die Verdichtungsstufe zumindest eine der folgenden Anforderungen:
- Das verdichtete Arbeitsgas wird zur Zündung durch den Arbeitskolben geleitet. Dadurch kann das verdichtete Arbeitsgas auf kurzem Wege in eine innerhalb des Arbeitskolbens angeordnete Zündkammer eingeleitet werden. Durch kurze Leitungswege ergeben sich geringe Druckverluste sowie hohe Verdichtungsverhältnisse.
- Der Arbeitskolben umfasst wenigstens eine Öffnung, die den Arbeitskolben durchdringt.
Vorzugsweise kann die Verdichtungsstufe, insbesondere eine Verdichtungskammer, die durch den Arbeitskolben, das Gehäuse und einen mit dem Arbeitskolben zusammenwirkenden Hilfskolben gebildet wird, in einem bestimmten Drehwinkelbereich des Arbeitskolbens über die Öffnung direkt mit der Zündkammer kommunizieren. Um ein Rückströmen des verdrängten Arbeitsgases in die Verdichtungskammer zu verhindern, kann zwischen der Verdichtungskammer und der Zündkammer, vorzugsweise im Bereich der Öffnung, ein Rückschlagventil bzw. Einwegeventil angeordnet sein, welches das Arbeitsgas nur von der Verdichtungskammer in die Zündkammer übertreten lässt, nicht aber umgekehrt. Vorzugsweise umfasst die Öffnung eine Vielzahl paralleler Bohrungen, die axial voneinander beabstandet sind. - Die Öffnung durchdringt den Arbeitskolben im Wesentlichen in radialer Richtung. Dadurch kann das verdichtete Arbeitsgas auf kürzestem Wege in eine innerhalb des Arbeitskolbens angeordnete Zündkammer eingeleitet werden. So ergeben sich minimale Druckverluste sowie besonders hohe Verdichtungsverhältnisse.
- Der Arbeitskolben umfasst eine Mantelfläche, die gemeinsam mit einem Gehäuse des Rotationskolbenmotors wenigstens einen Ringraumabschnitt definiert. In diesem Ringraumabschnitt kann das Arbeitsgas während einer kontinuierlichen Rotationsbewegung des Arbeitskolbens angesaugt, durchmischt und verdichtet werden.
- Die Mantelfläche des Arbeitskolbens ist im Wesentlichen zylindrisch. Dadurch kann der zwischen Gehäuse und Mantelfläche ausgebildete Ringraumabschnitt ideal abgedichtet werden. Allerdings kann die Mantelfläche des Arbeitskolbens auch konkav oder konvex ausgebildet sein.
- Der Arbeitskolben umfasst wenigstens einen Schieber, der vorzugsweise radial von der Mantelfläche des Arbeitskolbens vorspringt. Der Schieber bewirkt bei einer kontinuierlichen Rotationsbewegung des Arbeitskolbens, dass ein in den zwischen Gehäuse und Mantelfläche ausgebildeten Ringraumabschnitt eingeleitetes Arbeitsgas ideal angesaugt, durchmischt und verdichtet wird.
Der Schieber ist im Querschnitt gesehen evolventenförmig ausgebildet. Dabei bilden die Flanken des Schiebers Teile von Evolventen. Dadurch kann gewährleistet werden, dass sich der Arbeitskolben und der Hilfskolben im Querschnitt gesehen in drei Punkten besonders dicht gegenüberstehen und hervorragend gegeneinander abgedichtet sind. Ferner ergeben sich optimale Strömungseigenschaften des Arbeitsgases. Vorzugsweise verjüngt sich der Schieber vom Fußpunkt zur Spitze und bildet im Kammbereich einen spitzen Winkel.
Der Schieber definiert gemeinsam mit einem Gehäuse des Rotationskolbenmotors und der Mantelfläche des Arbeitskolbens einen vorzugsweise zu allen Seiten hin abgedichteten Ringraumabschnitt. Dadurch lässt sich das Arbeitsvolumen der Verdichtungsstufe in mehrere diskrete Abschnitte unterteilen.
Der Arbeitskolben umfasst mehrere Schieber, die bezogen auf die Rotationsachse des Arbeitskolbens in regelmäßigen Winkelabständen von der Mantelfläche des Arbeitskolbens hervorstehen. Dadurch kann die Anzahl der pro Umdrehung des Arbeitskolbens ablaufenden Arbeitszyklen beliebig erhöht werden. - Der Arbeitskolben umfasst drei Schieber, die bezogen auf die Rotationsachse des Arbeitskolbens in Winkelabständen von 120° von der Mantelfläche des Arbeitskolbens hervorstehen. Bei der Anzahl von drei Schiebern können sich besonders vorteilhafte Leistungseigenschaften des Motors ergeben.
- Die Öffnung endet auf einer Flanke des Schiebers, vorzugsweise auf einer in Drehrichtung vorne gelegenen Flanke des Schiebers. Dadurch kann ein Volumen der Verdichtungskammer optimal genutzt werden und es können besonders hohe Verdichtungsverhältnisse erzielt werden.
- Der Arbeitskolben ist als doppelwandiger Hohlzylinder ausgebildet, wobei ein Innenzylinder des Arbeitskolbens vorzugsweise eine größere axiale Länge als ein Außenzylinder des Arbeitskolbens aufweist. Durch diese Ausgestaltung weist der Arbeitskolben eine besonders stabile Bauform auf.
- Der Arbeitskolben wirkt mit einem Hilfskolben zusammen, um zumindest eine Verdichtungskammer mit variablem Volumen zu definieren. Vorzugsweise bilden der Arbeitskolben und der Hilfskolben gemeinsam mit dem Gehäuse eine Verdichtungskammer mit einem sich verkleinernden Volumen, wenn der Arbeitskolben und der Hilfskolben im bestimmungsgemäßen Drehsinn aneinander abwälzen.
- Der Arbeitskolben wirkt mit einem Hilfskolben zusammen, um zumindest eine Ansaugkammer mit variablem Volumen zu definieren. Vorzugsweise bilden der Arbeitskolben und der Hilfskolben gemeinsam mit dem Gehäuse eine Ansaugkammer mit einem sich vergrößernden Volumen, wenn der Arbeitskolben und der Hilfskolben im bestimmungsgemäßen Drehsinn aneinander abwälzen.
- Der Hilfskolben umfasst eine im Wesentlichen zylindrische Mantelfläche.
- Der Hilfskolben umfasst eine auf die Anzahl der Schieber des Arbeitskolbens abgestimmte Anzahl von Ausnehmungen.
- Der Arbeitskolben und der Hilfskolben wälzen nach Art einer Evolventenverzahnung vorzugsweise berührungslos aneinander ab, wobei ein Schieber dichtend in einer Ausnehmung aufgenommen wird.
Der Arbeitskolben und der Hilfskolben sind zwangssynchronisiert drehbar. Die Verdichtungsstufe umfasst ein verstellbares Steuerelement, welches ein Entweichen des verdichteten Arbeitsgases aus der Verdichtungsstufe abwechselnd ermöglicht und verhindert.
In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung erfüllt die Expansionsstufe zumindest eine der folgenden Anforderungen:
- Das gezündete Arbeitsgas wird zur Expansion radial nach außen, von der Rotationsachse der Arbeitskolben wegführend, geleitet. Durch kurze Leitungswege ergeben sich geringe Druckverluste und ein hoher Wirkungsgrad des Rotationskolbenmotors.
- Das gezündete Arbeitsgas wird zur Expansion durch den Arbeitskolben der Expansionsstufe geleitet. Dadurch kann das gezündete Arbeitsgas auf kurzem Wege in die Expansionskammer geleitet werden. So ergeben sich sehr geringe Druckverluste und ein sehr hoher Wirkungsgrad des Rotationskolbenmotors.
- Der Arbeitskolben umfasst zumindest eine Öffnung, die den Arbeitskolben durchdringt.
Vorzugsweise kann die Expansionsstufe, insbesondere eine Expansionskammer, die durch den Arbeitskolben, das Gehäuse und einen mit dem Arbeitskolben zusammenwirkenden Hilfskolben gebildet wird, in einem bestimmten Drehwinkelbereich des Arbeitskolbens über die Öffnung direkt mit der Zündkammer kommunizieren. Vorzugsweise weist die den Arbeitskolben der Expansionsstufe durchdringende Öffnung eine größere Gesamtquerschnittsfläche auf als die den Arbeitskolben der Verdichtungsstufe durchdringende Öffnung.
- Die Öffnung durchdringt den Arbeitskolben im Wesentlichen in radialer Richtung. Dadurch kann das gezündete Arbeitsgas auf kürzestem Wege in die Expansionskammer geleitet werden. Dadurch ergeben sich besonders geringe Druckverluste und ein besonders hoher Wirkungsgrad des Rotationskolbenmotors.
- Der Arbeitskolben umfasst eine Mantelfläche, die gemeinsam mit einem Gehäuse des Rotationskolbenmotors wenigstens einen Ringraumabschnitt definiert. In diesem Ringraumabschnitt kann das gezündete Arbeitsgas während einer kontinuierlichen Rotationsbewegung des Arbeitskolbens optimal expandiert und ausgestoßen werden.
- Die Mantelfläche des Arbeitskolbens ist im Wesentlichen zylindrisch. Dadurch kann der zwischen Gehäuse und Mantelfläche ausgebildete Ringraumabschnitt ideal abgedichtet werden. Allerdings kann die Mantelfläche des Arbeitskolbens auch konkav oder konvex ausgebildet sein. - Der Arbeitskolben umfasst zumindest einen Schieber, der vorzugsweise radial von der Mantelfläche des Arbeitskolbens vorspringt. Der Schieber bewirkt bei einer kontinuierlichen Rotationsbewegung des Arbeitskolbens, dass die durch Verbrennung des Arbeitsgases freigesetzte Energie optimal auf den Arbeitskolben wirkt und in Rotationsenergie umgesetzt wird.
- Der Schieber ist im Querschnitt gesehen evolventenförmig ausgebildet. Dabei bilden die Flanken des Schiebers Teile von Evolventen. Dadurch kann gewährleistet werden, dass sich der Arbeitskolben und der Hilfskolben im Querschnitt gesehen in drei Punkten besonders dicht gegenüberstehen und hervorragend gegeneinander abgedichtet sind. Ferner ergeben sich optimale Strömungseigenschaften des Arbeitsgases. Diese Querschnittsform begünstigt die Strömungseigenschaften des expandierenden Arbeitsgases in dem zwischen Gehäuse und Mantelfläche ausgebildeten Ringraumabschnitt.
- Der Schieber definiert gemeinsam mit einem Gehäuse des Rotationskolbenmotors und der Mantelfläche des Arbeitskolbens einen vorzugsweise zu allen Seiten hin abgedichteten Ringraumabschnitt. Dadurch kann das Arbeitsvolumen der Expansionsstufe in mehrere diskrete Abschnitte unterteilt werden.
- Der Arbeitskolben umfasst mehrere Schieber, die bezogen auf die Rotationsachse des Arbeitskolbens in regelmäßigen Winkelabständen von der Mantelfläche des Arbeitskolbens hervorstehen. Dadurch kann die Anzahl der pro Umdrehung des Arbeitskolbens ablaufenden Arbeitszyklen beliebig erhöht werden.
- Der Arbeitskolben umfasst drei Schieber, die bezogen auf die Rotationsachse des Arbeitskolbens in Winkelabständen von 120° von der Mantelfläche des Arbeitskolbens hervorstehen. Bei dieser Anzahl von Schiebern können sich besonders vorteilhafte Leitungseigenschaften des Motors ergeben.
- Die Öffnung endet auf einer Flanke des Schiebers, vorzugsweise auf der in Drehrichtung hinten gelegenen Flanke des Schiebers. Dadurch kann die Expansionsenergie des gezündeten Arbeitsgases zusätzlich als Antrieb zur Beschleunigung des Arbeitskolbens genutzt werden. Vorzugsweise wirkt die auf der Flanke des Schiebers endende Öffnung als Düse, so dass der Arbeitskolben beim Austritt des Arbeitsgases mit einem Drehmoment beaufschlagt wird.
- Der Arbeitskolben ist als einwandiger Zylinder ausgebildet. In dieser Bauform kann der Arbeitskolben kostengünstig hergestellt werden. - Der Arbeitskolben wirkt mit einem Hilfskolben zusammen, um zumindest eine Expansionskammer mit variablem Volumen zu definieren. Vorzugsweise bilden der Arbeitskolben und der Hilfskolben gemeinsam mit dem Gehäuse eine Expansionskammer mit einem sich vergrößernden Volumen, wenn der Arbeitskolben und der Hilfskolben im bestimmungsgemäßen Drehsinn aneinander abwälzen.
- Der Hilfskolben umfasst eine im Wesentlichen zylindrische Mantelfläche.
- Der Hilfskolben umfasst eine auf die Anzahl der Schieber des Arbeitskolbens abgestimmte Anzahl von Ausnehmungen.
- Der Arbeitskolben und der Hilfskolben wälzen nach Art einer Evolventenverzahnung vorzugsweise berührungslos aneinander ab, wobei ein Schieber dichtend in einer Ausnehmung aufgenommen wird.
- Der Arbeitskolben und der Hilfskolben sind zwangssynchronisiert drehbar.
- Die Expansionsstufe umfasst ein verstellbares Steuerelement, welches ein Eindringen des gezündeten Arbeitsgases in die Expansionsstufe abwechselnd ermöglicht und verhindert.
Es kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn der Rotationskolbenmotor eine Zündkammer aufweist, die zumindest eine der folgenden Anforderungen erfüllt:
- Die Zündkammer ist zumindest abschnittsweise radial innerhalb des Arbeitskolbens der Verdichtungsstufe und/oder radial innerhalb des Arbeitskolbens der Expansionsstufe angeordnet. Diese Anordnung erweist sich als besonders kompakt.
- Die Zündkammer kann in einem vorzugsweise verstellbaren Drehwinkelbereich des Arbeitskolbens mit der Verdichtungsstufe, insbesondere mit der Verdichtungskammer, kommunizieren. Dadurch wird das verdichtete Arbeitsgas nicht schlagartig in die Zündkammer eingeleitet. Im Ergebnis können bessere Verbrennungseigenschaften erzielt werden. Der optimale Zündzeitpunkt und das optimale Zeitfenster für das Einleiten des Arbeitsgases in die Zündkammer variieren mit den Betriebsbedingungen des Rotationskolbenmotors. Die erfindungsgemäß vorgesehene Verstellbarkeit des Zeitfensters für das Einleiten des Arbeitsgases in die Zündkammer und/oder die erfindungsgemäß vorgesehene Verstellbarkeit des Zündzeitpunkts im Verhältnis zu einer Drehwinkelstellung des Arbeitskolbens der Verdichtungsstufe kann die Leistung des Rotationskolbenmotors erheblich verbessern. - Die Zündkammer kann in einem vorzugsweise verstellbaren Drehwinkelbereich des Arbeitskolbens mit der Expansionsstufe, insbesondere mit der Expansionskammer, kommunizieren. Dadurch wird das entzündete Arbeitsgas nicht schlagartig in die Expansionskammer eingeleitet. Im Ergebnis können bessere Expansionseigenschaften erzielt werden. Insbesondere kann der Schieber des Arbeitskolbens rechtwinklig mit der Kraft des expandierenden Arbeitsgases beaufschlagt werden. Somit kann gewährleistet werden dass die Expansionsenergie des Arbeitsgases maximal ausgenutzt werden kann. Das optimale Zeitfenster für das Einleiten des Arbeitsgases in die Expansionskammer variiert mit den Betriebsbedingungen des Rotationskolbenmotors. Die erfindungsgemäß vorgesehene Verstellbarkeit des Zeitfensters für das Einleiten des Arbeitsgases in die Expansionskammer im Verhältnis zu einer Drehwinkelstellung des Arbeitskolbens der Expansionsstufe kann die Leistung des Rotationskolbenmotors erheblich verbessern.
- Die Zündkammer kann in einem vorzugsweise verstellbaren Drehwinkelbereich des Arbeitskolbens weder mit der Verdichtungsstufe noch mit der Expansionsstufe kommunizieren. Dadurch kann ein verdichtetes Arbeitsgas auch ohne gesonderte Ventile in der Zündkammer eingeschlossen werden.
Die Zündkammer umfasst einen Zündkammerzulauf, der in einem vorzugsweise verstellbaren Drehwinkelbereich des Arbeitskolbens der Verdichtungsstufe über die Öffnung mit einer Verdichtungskammer kommunizieren kann.
- Die Zündkammer umfasst einen Zündkammerablauf, der in einem vorzugsweise verstellbaren Drehwinkelbereich des Arbeitskolbens der Expansionsstufe über die Öffnung mit einer Expansionskammer kommunizieren kann.
Die Zündkammer umfasst eine Zündkerze, die im Wesentlichen parallel zu einer Rotationsachse der Arbeitskolben ausgerichtet ist.
- Die Zündkammer ist zumindest abschnittsweise axial innerhalb des Arbeitskolbens der Verdichtungsstufe und/oder zumindest abschnittsweise axial innerhalb des Arbeitskolbens der Expansionsstufe angeordnet.
- Die Zündkammer ist zumindest abschnittsweise innerhalb des Arbeitskolbens der Verdichtungsstufe und/oder zumindest abschnittsweise innerhalb des Arbeitskolbens der Expansionsstufe ausgebildet, wobei die Zündkammerabschnitte vorzugsweise in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind, bevorzugt unterschiedlich groß sind.
- Die Zündkammer ist exzentrisch zur Achse des Arbeitskolbens der Verdichtungsstufe und/oder exzentrisch zur Achse des Arbeitskolbens der Expansionsstufe angeordnet, wobei der Abstand der Zündkammer von der Achse des Arbeitskolbens vorzugsweise größer ist als der Abstand der Zündkammer von einer Mantelfläche des Arbeitskolbens.
- Der Zündkammerausgang befindet sich radial und/oder in Umfangsrichtung versetzt zum Zündkammereingang, vorzugsweise radial außerhalb des Zündkammereingangs und/oder in Drehrichtung des Arbeitskolbens versetzt zum Zündkammereingang.
Es kann hilfreich sein, wenn der Rotationskolbenmotor eine Steuerkonsole aufweist, die zumindest eine der folgenden Anforderungen erfüllt:
- Die Steuerkonsole ist verstellbar, vorzugsweise verdrehbar, im Gehäuse des Rotationskolbenmotors angeordnet.
- Die Steuerkonsole kann gegenüber dem Gehäuse des Rotationskolbenmotors um einen Winkel von +/- 30°, vorzugsweise +/- 20°, bevorzugt +/- 10°, besonders bevorzugt +/- 5° bezogen auf die Rotationsachse der Arbeitskolben verdreht werden.
- Die Zündkammer und/oder der Zündkammerzulauf und/oder der Zündkammerablauf und/oder die Zündkerze ist/sind in der Steuerkonsole angeordnet.
- Die Steuerkonsole umfasst einen ersten zylindrischen Abschnitt, der radial innerhalb des Arbeitskolbens der Verdichtungsstufe angeordnet ist. Dieser Abschnitt hat vorzugsweise keine Lagerfunktion und ist von dem Innenzylinder und/oder von dem Außenzylinder des Arbeitskolbens der Verdichtungsstufe geringfügig beabstandet, so dass sich jeweils ein Spalt ergibt. Gegebenenfalls kann zwischen dem ersten zylindrischen Abschnitt der Steuerkonsole und dem Arbeitskolben der Verdichtungsstufe aber ein Rillenkugellager vorgesehen werden. Vorzugsweise umfasst der erste zylindrische Abschnitt den Zündkammerzulauf, der auf einer Mantelfläche eine in Umfangsrichtung verlaufende Rinne oder Nut aufweist. Diese Rinne oder Nut wird in einem entsprechenden Drehwinkelbereich des Arbeitskolbens der Verdichtungsstufe von der Öffnung im Arbeitskolben der Verdichtungsstufe überstrichen und kann mit dieser Öffnung kommunizieren, so dass das verdichtete Arbeitsgas in die Zündkammer einströmen kann. Vorzugsweise befindet sich in Drehrichtung des Arbeitskolbens der Verdichtungsstufe am Ende der Rinne oder Nut eine Öffnung, über welche die Rinne oder Nut mit einem in die Zündkammer führen- den Kanal kommunizieren kann. Bevorzugt ist für jede Öffnung pro Schieber am Arbeitskolben der Verdichtungsstufe eine entsprechende Rinne oder Nut vorgesehen.
- Die Steuerkonsole umfasst einen zweiten zylindrischen Abschnitt, der radial innerhalb des Arbeitskolbens der Expansionsstufe angeordnet ist. Dieser Abschnitt hat vorzugsweise keine Lagerfunktion und ist von dem Arbeitskolben der Expansionsstufe geringfügig beabstandet, so dass sich ein Spalt ergibt. Gegebenenfalls kann zwischen dem zweiten zylindrischen Abschnitt der Steuerkonsole und dem Arbeitskolben der Expansionsstufe aber ein Rillenkugellager vorgesehen werden. Vorzugsweise umfasst die Steuerkonsole auf einer Mantelfläche des zweiten zylindrischen Abschnitts einen Zündkammerablauf mit zumindest einer in Umfangsrichtung verlaufenden Öffnung, die in einem entsprechenden Drehwinkelbereich des Arbeitskolbens der Expansionsstufe von der Öffnung im Arbeitskolben der Expansionsstufe überstrichen wird und mit dieser Öffnung kommunizieren kann. Bevorzugt ist für jeden Zündkammerablauf eine entsprechende Öffnung pro Schieber am Arbeitskolben der Expansionsstufe vorgesehen.
Es kann von Vorteil sein, wenn der Rotationskolbenmotor ein Gehäuse aufweist, das zumindest eine der folgenden Anforderungen erfüllt:
- Das Gehäuse ist mehrteilig aus im Wesentlichen plattenförmigen Teilen aufgebaut. Die modulare Bauweise erleichtert die Montage des Gehäuses.
- Das Gehäuse umfasst einen vorderseitigen Gehäusedeckel, einen Gehäuserahmen für die Verdichtungsstufe, einen Gehäuserahmen für die Expansionsstufe und einen rückseitigen Gehäusedeckel. Durch separate Gehäuserahmen für die Verdichtungsstufe und die Expansionsstufe sowie beidseitige Gehäusedeckel können die entsprechenden Bauteile optimal montiert werden.
- Zumindest zwei Gehäuseteile sind gegeneinander abgedichtet. Dadurch ergeben sich im Betrieb des Rotationskolbenmotors geringe Druckverluste und ein hoher Wirkungsgrad.
- Das Gehäuse umfasst einen im Wesentlichen quaderförmigen Umriss. Diese Bauform erweist sich als besonders kompakt und stabil.
- Das Gehäuse umfasst eine Schnittstelle für einen Kraftstoffzulauf und/oder eine Schnittstelle für einen Gehäuse-Kühlkreislauf und/oder eine Schnittstelle für einen Steuerkonsolen-Kühlkreislauf und/oder einen Abgasausgang und/oder Schnittstellen für Daten- und Signalübertragung. Dadurch kann der erfindungsgemäße Rotationskolbenmotor leicht an bestehende Einrichtungen angeschlossen werden.
- Das Gehäuse umfasst einen Kraftstoffzulauf, in welchem einem Kugelrückschlagventil angeordnet ist.
Es kann sich als nützlich erweisen, wenn der Rotationskolbenmotor zumindest eine Welle aufweist, die zumindest eine der folgenden Anforderungen erfüllt:
- Die Welle ist drehbar im Gehäuse angeordnet.
- Die Welle erstreckt sich vollständig durch das Gehäuse und steht auf gegenüber liegenden Seiten aus dem Gehäuse hervor.
- Die Welle ist als Arbeitswelle ausgebildet, auf welcher der Arbeitskolben der Verdichtungsstufe und/oder der Arbeitskolben der Expansionsstufe fest oder verstellbar angeordnet ist/sind.
- Die Welle ist als Hilfswelle ausgebildet, auf welcher Hilfskolben der Verdichtungsstufe und/oder der Hilfskolben der Expansionsstufe fest oder verstellbar angeordnet ist/sind.
- Die Arbeits- und Hilfswellen sind durch ein Getriebe miteinander gekoppelt.
- Das Getriebe ist als Zahnradgetriebe ausgebildet.
- Die Zahnräder des Zahnradgetriebes sind außerhalb des Gehäuses angeordnet.
- Die Zahnräder des Zahnradgetriebes sind als Stirnräder, vorzugsweise schräg verzahnte Stirnräder, ausgebildet.
- Das Übersetzungsverhältnis des Getriebes beträgt 1 :1.
Es kann praktisch sein, wenn der Rotationskolbenmotor zumindest einen Kühlkreislauf aufweist. Vorzugsweise umfasst der Rotationskolbenmotor zumindest zwei getrennte Kühlkreisläufe, bspw. für das Gehäuse und/oder für die Steuerkonsole.
Es kann sich als hilfreich erweisen, wenn der Rotationskolbenmotor einen Vergaser zur Aufbereitung des Arbeitsgases aufweist. Es kann sich aber auch als hilfreich erweisen, wenn der Rotationskolbenmotor eine Einspritzvorrichtung zur Einspritzung des Arbeitsgases in die Verdichtungsstufe oder in die Zündkammer aufweist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Rotationskolbenmotor, umfassend eine Verdichtungsstufe und eine Expansionsstufe mit jeweils einem rotierenden Arbeitskolben zur Verdichtung bzw. Expansion eines Arbeitsgases sowie eine Zündkammer zur Zündung und Verbrennung des Arbeitsgases, wobei die Zündkammer in einem verstellbaren Drehwinkelbereich des jeweiligen Arbeitskolbens mit der Verdichtungsstufe und/oder mit der Expansionsstufe kommunizieren kann. Vorzugsweise ist/sind der Beginn und/oder das Ende des Drehwinkelbereichs verstellbar und/oder der Drehwinkelbereich kann als solcher verschoben werden. In einem ersten verstellbaren Drehwinkelbereich kann die Zündkammer bevorzugt nur mit der Verdichtungsstufe kommunizieren, in einem zweiten verstellbaren Drehwinkelbereich bevorzugt weder mit der Verdichtungsstufe noch mit der Expansionsstufe kommunizieren, und in einem dritten verstellbaren Drehwinkelbereich bevorzugt nur mit der Expansionsstufe kommunizieren. Der Rotationskolbenmotor nach diesem Aspekt der Erfindung ist mit jedem der in der Beschreibung und den Ansprüchen genannten Merkmale kombinierbar.
Es kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn der Drehwinkelbereich des jeweiligen Arbeitskolbens, in welchem die Zündkammer mit der Verdichtungsstufe und/oder mit der Expansionsstufe kommunizieren kann, in Abhängigkeit von einer Messgröße, vorzugsweise der Drehzahl des jeweiligen Arbeitskolbens, gesteuert oder geregelt wird. Vorzugsweise ist/sind der Beginn und/oder das Ende des Drehwinkelbereichs regel- oder steuerbar und/oder der Drehwinkelbereich kann als solcher verschoben werden.
Noch ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Rotationskolbenmotor, umfassend eine Verdichtungsstufe und eine Expansionsstufe mit jeweils einem rotierenden Arbeitskolben zur Verdichtung bzw. Expansion eines Arbeitsgases sowie eine Zündkammer zur Zündung und Verbrennung des Arbeitsgases, wobei die Zündkammer zumindest abschnittsweise radial innerhalb des Arbeitskolbens der Verdichtungsstufe und/oder radial innerhalb des Arbeitskolbens der Expansionsstufe angeordnet ist. Der Rotationskolbenmotor nach diesem Aspekt der Erfindung ist mit jedem der in der Beschreibung und den Ansprüchen genannten Merkmale kombinierbar.
Nach einer Gestaltungsform ist der Rotationskolbenmotor als Selbstzünder auf Benzinbasis ausgebildet. Vorzugsweise umfasst der Rotationskolbenmotor eine Glühspirale, um das Arbeitsgas in der Zündkammer zu entzünden. Die Glühspirale ist vorzugsweise verstellbar am Gehäuse angeordnet, um eine punktgenaue, selbsttätige Zündung sicherzustellen. Vorzugsweise umfasst der Rotationskolbenmotor ein Einspritzventil, um den Kraftstoff direkt in die Zündkammer einzuspritzen. Das Einspritzventil ist vorzugsweise verstellbar am Gehäuse angeordnet. Damit kann sichergestellt werden, dass der Einspritzzeitpunkt und der Zündzeitpunkt gleichzeitig stattfinden. Alternativ wird der Kraftstoff schon in der Verdichterstufe 2 bzw. im Ansaugkanal eingespritzt.
Nach einer Gestaltungsform werden zur Steigerung des Wirkungsgrades des Rotationskolbenmotors Maßnahmen zur Energierückgewinnung aus dem Abgas ergriffen. Vorzugsweise wird dem Abgas des Rotationskolbenmotors über wenigstens einen Wärmetauscher und/oder über wenigstens eine Turbine Energie entzogen und in den Rotationskolbenmotor zurückgeführt. Die aus dem Abgas gewonnene Energie kann aber auch zum Betrieb anderer Energie verbrauchender Komponenten genutzt werden. Vorzugsweise wird das Abgas zur Erwärmung und/oder Vorverdichtung der angesaugten Luft genutzt.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch Kombinationen der in den Ansprüchen und in der Beschreibung genannten Merkmale und Teilmerkmale.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors.
Figur 2 zeigt eine Vorderansicht des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors.
Figur 3 zeigt einen Schnitt III-III aus Fig. 2, der durch die Arbeits- und Hilfswellen verläuft.
Figur 4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Vorderseite des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors.
Figur 5 zeigt eine andere perspektivische Ansicht der Vorderseite des erfindungsgemäßen
Rotationskolbenmotors.
Figur 6 zeigt eine perspektivische Ansicht der Rückseite des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors.
Figur 7 zeigt eine Rückansicht des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors.
Figur 8 zeigt eine perspektivische Teilschnittansicht der Rückseite des erfindungsgemäßen
Rotationskolbenmotors. Figur 9 zeigt eine perspektivische Teilschnittansicht der Arbeitswelle des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors mit Steuerkonsole und ohne Stirnrad.
Figur 10 zeigt eine perspektivische Ansicht der Arbeitswelle des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors mit Steuerkonsole und mit Stirnrad.
Figur 1 1 zeigt eine andere perspektivische Ansicht der Arbeitswelle des erfindungsgemäßen
Rotationskolbenmotors mit Steuerkonsole und mit Stirnrad.
Figur 12 zeigt eine perspektivische Ansicht der Arbeitswelle und der Hilfswelle des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors im Kopplungszustand.
Figur 13 zeigt eine perspektivische Ansicht der Steuerkonsole des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors.
Figur 14 zeigt eine andere perspektivische Ansicht der Steuerkonsole des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors.
Figur 15 zeigt eine Explosionsdarstellung der Arbeitswelle des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors mit Steuerkonsole.
Figur 16 zeigt eine perspektivische Teilschnittansicht der Arbeitswelle und der Steuerkonsole des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors im bestimmungsgemäßen Montagezustand ohne Stirnrad.
Figur 17 zeigt eine perspektivische Ansicht der Vorderseite des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors im bestimmungsgemäßen Montagezustand ohne Stirnräder und ohne vorderseitige Gehäuseabdeckung.
Figur 18 zeigt den erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotor im bestimmungsgemäßen Montagezustand ohne Stirnräder und ohne vorderseitige Gehäuseabdeckung in einem Arbeitszustand der Verdichtungsstufe.
Figur 19 zeigt schematisch den erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotor ohne Stirnräder und ohne vorderseitige Gehäuseabdeckung in einem ersten Arbeitszustand der Expansionsstufe.
Figur 20 zeigt schematisch den erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotor ohne Stirnräder und ohne vorderseitige Gehäuseabdeckung in einem zweiten Arbeitszustand der Expansionsstufe. Figur 21 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Teils eines erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 22 zeigt eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors nach dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 23 zeigt eine schematische Seitenansicht der Arbeits- und Hilfswellen des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors nach dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Arbeits- und Hilfskolben der Expansions- und Verdichtungsstufe überlagernd dargestellt sind.
Figur 24 zeigt eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors nach dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 25 zeigt eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors nach dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 26 zeigt eine schematische Seitenansicht der Arbeits- und Hilfswellen des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors nach dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung, die Arbeits- und Hilfskolben der Expansions- und Verdichtungsstufe abschnittsweise überlagernd dargestellt sind.
Figur 27 zeigt eine schematische Schnittansicht der Arbeitswelle des erfindungsgemäßen
Rotationskolbenmotors nach dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Figur 28 zeigt eine schematische Seitenansicht der Arbeitswelle des erfindungsgemäßen
Rotationskolbenmotors nach dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Arbeitskolben der Expansionsstufe und der Verdichtungsstufe überlagernd dargestellt sind.
Figur 29 zeigt schematische Seitenansichten der Arbeits- und Hilfskolben der Verdichtungsstufe des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors nach dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei Fig. 29A die Arbeits- und Hilfskolben der Verdichtungsstufe in einer Drehwinkelstellung am Anfang der Beladung der Zündkammer zeigt, während Fig. 29B die Arbeits- und Hilfskolben der Verdichtungsstufe am Ende der Beladung der Zündkammer zeigt.
Figur 30 zeigt schematische Seitenansichten der Arbeits- und Hilfskolben der Expansionsstufe des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors nach dem fünften Ausführungs- beispiel der Erfindung, wobei Fig. 30A die Arbeits- und Hilfskolben der Expansionsstufe in einer Drehwinkelstellung am Anfang der Entladung der Zündkammer zeigt, während Fig. 30B die Arbeits- und Hilfskolben der Expansionsstufe am Ende der Entladung der Zündkammer zeigt.
Figur 31 zeigt verschiedene Ansichten eines Steuerrings der Verdichtungsstufe des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors nach dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei Fig. 31 A einen Schnitt A-B aus Fig. 31 C zeigt, wobei Fig. 31 B eine Ansicht A aus Fig. 31 C zeigt, während Fig. 31 C einen Schnitt C-D aus Fig. 31 A zeigt.
Figur 32 zeigt verschiedene Ansichten eines Steuerrings der Expansionsstufe des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors nach dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei Fig. 32A einen Schnitt E-F aus Fig. 32C zeigt, wobei Fig. 32B eine Ansicht B aus Fig. 32C zeigt, während Fig. 32C einen Schnitt G-H aus Fig. 32A zeigt.
Figur 33 zeigt eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors nach dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Erstes Ausführunqsbeispiel:
Der Aufbau des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors 1 mit dessen einzelnen Bestandteilen wird nachstehend mit Bezug auf die Figuren 1 bis 18 detailliert beschrieben.
Gehäuse
Figur 1 zeigt eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors 1. Das Gehäuse 10 des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors 1 umfasst einen vorderseitigen Gehäusedeckel 101 , einen Gehäuserahmen 102 für die Verdichtungsstufe 2, einen Gehäuserahmen 103 für die Expansionsstufe 3 und einen rückseitigen Gehäusedeckel 104. Die Rahmenteile werden über Verbindungsmittel, bspw. in der Gestalt von Schraubenbolzen 105, welche die Rahmenteile 102, 103 und die vorder- und rückseitigen Gehäusedeckel 101 und 104 durchdringen, zusammengehalten. Am Gehäuse befinden sich diverse Peripherie-Schnittstellen wie Anschlüsse für einen Kraftstoffzulauf 11 (Figur 2), Anschlüsse 12 (Figur 2) für einen Gehäuse- Kühlkreislauf, Anschlüsse 13 für einen Steuerkonsolen-Kühlkreislauf, ein Abgasrohr bzw. Auspuff 14, ein Anschlussstück für Zündkerzen 15, ein Zündkabel 16 sowie eine Versteilvorrichtung 17 für eine Steuerkonsole 6. Zusätzlich können Anschlüsse für eine elektronische Daten- und/oder Signalübertragung vorgesehen werden. Durch das Gehäuse erstrecken sich eine Arbeitswelle 4 und parallel dazu eine Hilfswelle 5, die sich über außerhalb des Gehäuses 10 befindliche Stirnräder 40, 50 in Zahneingriff befinden, so dass die Drehbewegungen der Arbeitswelle 4 und der Hilfswelle 5 entsprechend gekoppelt und zwangssynchronisiert sind. In einer Gehäuseöffnung ist die sog. Steuerkonsole 6 aufgenommen, die um die Rotationsachse der Arbeitswelle 4 gegenüber dem Gehäuse 10 drehbar ist, wobei die Dreh- bzw. Winkelstellung der Steuerkonsole 6 gegenüber dem Gehäuse 10 über die Versteilvorrichtung 17 geändert werden kann.
Figur 2 zeigt eine Vorderansicht des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors 1. Es ist zu erkennen, dass das Gehäuse 10 einen im Wesentlichen quaderförmigen Umriss mit oberseitig und unterseitig abgerundeten Ecken umfasst, deren Krümmungsmittelpunkte mit den Rotationsachsen der Arbeitswelle 4 und der Hilfswelle 5 zusammenfallen. Die Tiefe des Gehäuses 10, gemessen entlang der Rotationsachsen der Arbeitswelle 4 und der Hilfswelle 5 an den jeweiligen Außenseiten der vorderseitigen und rückseitigen Gehäuseabdeckungen 101 , 104 beträgt bspw. ca. 175 mm bei einer Gesamthöhe von ca. 465 mm. Die Arbeits- und Hilfswellen 4, 5 stehen ca. 87 mm über den vorderseitigen Gehäusedeckel 101 hervor. Der Auspuff 14 steht ca. 124 mm über die Außenseite des rückseitigen Gehäusedeckels .104 hervor. Demnach beträgt die Gesamttiefe des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors 1 , gemessen entlang der Rotationsachsen der Arbeitswelle 4 und der Hilfswelle 5 von dem über den vorderseitigen Gehäusedeckel 101 vorstehenden Arbeits- und Hilfswellen 4, 5 bis zum Ende des Auspuffs 14, ca. 386 mm. Die Gesamtbreite des Gehäuses ohne Auspuff 14, gemessen senkrecht zu den Rotationsachsen der Arbeitswelle 4 und der Hilfswelle 5, beträgt bspw. 311 mm und mit Auspuff bspw. 373 mm. Die Abmessungen des Gehäuses 10 können in Abhängigkeit von der geforderten Nennleistung des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors 1 variieren.
Figur 3 zeigt einen Schnitt III - III aus Figur 2, der durch die Arbeits- und Hilfswellen 4, 5 des Rotationskolbenmotors 1 verläuft. Dargestellt sind im Schnitt wiederum die Bestandteile des Gehäuses 10, namentlich der vorderseitige Gehäusedeckel 1 , der Gehäuserahmen 102 für die Verdichtungsstufe 2, der Gehäuserahmen 103 für die Expansionsstufe 3 sowie der rückseitige Gehäusedeckel 4. Die Arbeitswelle 4 ist gegenüber dem Gehäuse 10 bzw. dem vorderseitigen Gehäusedeckel 101 und gegenüber der Steuerkonsole 6 über mehrere Wälzlager, vorzugsweise Schrägkugellager, drehbar gelagert und demnach gegenüber dem Gehäuse 10 sowie der Steuerkonsole 6 drehbar. Auf der Arbeitswelle 4 sind ein Arbeitskolben 20 der Verdichtungsstufe 2 und ein Arbeitskolben 30 der Expansionsstufe 3 drehfest angeordnet. Die Hilfswelle 5 ist gegenüber dem Gehäuse 10 bzw. den vorder- und rückseitigen Gehäusedeckeln 101 , 104 über mehrere Wälzlager, vorzugsweise Schrägkugellager, drehbar gelagert und demnach gegenüber dem Gehäuse 10 drehbar. Auf der Hilfswelle 5 sind ein Hilfskolben 25 der Verdichtungsstufe 2 und ein Hilfskolben 35 der Expansionsstufe 3 drehfest angeordnet. Durch die Verwendung von Schrägkugellagern ist es möglich, den axialen Abstand der Arbeitskolben 20, 30 bzw. Hilfskolben 25, 35 im Gehäuse 10 so einzustellen, dass diese die Innenseite der Gehäusewand nicht berühren und sich zwischen den Arbeitskolben 20, 30 bzw. Hilfskolben 25, 35 und der Gehäusewand ein minimaler Abstand bildet.
Arbeitskolben der Verdichtungsstufe
Der Arbeitskolben 20 der Verdichtungsstufe 2 umfasst eine im Wesentlichen hohlzylindrische Gestalt mit doppelter Wandung. Der Innenzylinder des Arbeitskolbens 20 erstreckt sich nahezu über die gesamte Breite der Rahmenteile 102, 103 des Gehäuses 10 und sitzt direkt auf der Arbeitswelle 4, während die äußere Mantelfläche 22 des Außenzylinders mit dem Rahmenteil 102 der Verdichtungsstufe 2 mehrere durch Schieber 23 unterteilte Kammern 2a, 2b, 2c (Fig. 18) zur Ansaugung, Durchmischung und Verdichtung des Arbeitsgases bzw. eines Luft- Kraftstoff-Gemischs definiert. Die Kammern 2a, 2b, 2c (Fig. 18) sind als Ringraumabschnitte ausgebildet. Der Arbeitskolben 20 der Verdichtungsstufe 2 umfasst pro Schieber 23 eine den Außenzylinder des Arbeitskolbens 10 durchdringende Öffnung 21 (Fig. 9), die in Drehrichtung vorne an jedem der in radialer Richtung über die Mantelfläche 22 vorstehenden Schieber 23 ausgebildet ist. Die Öffnung 21 umfasst drei parallele Bohrungen, welche den Außenzylinder des Arbeitskolbens 20 in radialer Richtung durchdringen, um in bestimmten Drehwinkelbereichen des Arbeitskolbens 20 mit der Zündkammer 60 des Rotationskolbenmotors 1 kommunizieren zu können.
Arbeitskolben der Expansionsstufe
Konzentrisch zum Innenzylinder des Arbeitskolbens 20 der Verdichtungsstufe 2 ist der im Wesentlichen zylindrische Arbeitskolben 30 der Expansionsstufe 3 angeordnet. Die äußere Mantelfläche 32 des Arbeitskolbens 30 der Expansionsstufe 3 bildet mit dem Rahmenteil 103 der Expansionsstufe 3 mehrere durch Schieber 33 unterteilte und als Ringraumabschnitte ausgebildete Kammern 3a, 3b, 3c (Fig. 19 und 20) zur Expansion des entzündeten Arbeitsgases. Der Arbeitskolben 30 der Expansionsstufe 3 umfasst pro Schieber 33 zumindest eine Öffnung 31 (Fig. 9), die in Drehrichtung hinten an jedem der über die Mantelfläche 32 in radialer Richtung vorspringenden Schieber 33 ausgebildet ist. Die Öffnung 31 durchdringt den Arbeitskolben 30 der Expansionsstufe 3 in radialer Richtung, um in zumindest einem vorgegebenen Drehwinkelbe- reich des Arbeitskolbens 30 mit der Zündkammer 60 des Rotationskolbenmotors 1 kommunizieren zu können.
Trennung von Verdichtungsstufe und Expansionsstufe
Zwischen dem vorderseitigen Gehäusedeckel 101 und dem Arbeitskolben 20 der Verdichtungsstufe 2, zwischen dem Arbeitskolben 20 der Verdichtungsstufe 2 und dem Arbeitskolben 30 der Expansionsstufe 3 sowie zwischen dem Arbeitskolben 30 der Expansionsstufe 3 und dem rückseitigen Gehäusedeckel 104 sind ring- bzw. scheibenförmige Trennscheiben angeordnet, die vorzugsweise drehfest auf der Arbeitswelle 4 angeordnet sind und die als Ringraumabschnitte ausgebildeten Kammern der Verdichter- und Expansionsstufen 2, 3 in axialer Richtung begrenzen. Die Trennscheibe zwischen den Arbeitskolben 20, 30 der Verdichtungs- und Expansionsstufe 2, 3 bewerkstelligt vorzugsweise eine Labyrinthdichtung, um einen Übertritt des Arbeitsgases von einer der Kammern 2a, 2b, 2c (Fig. 18) der Verdichtungsstufe 2 in eine der Kammern 3a, 3b, 3c (Fig. 19 und 20) der Expansionsstufe 3 zu unterbinden.
Steuerkonsole
Die Steuerkonsole 6 ist gegenüber dem Gehäuse 10 verdrehbar, wobei die Dreh- bzw. Winkelstellung der Steuerkonsole 6 gegenüber dem Gehäuse 10 durch Betätigung der Verstellvorrich- tung 17 in einem vorgegebenen Winkelbereich verstellbar ist. Der Außenzylinder des Arbeitskolbens 20 der Verdichtungsstufe 2 gleitet berührungslos über einen ersten zylindrischen Abschnitt 61 der Steuerkonsole 6, während der Arbeitskolben 30 der Expansionsstufe 3 berührungslos über einen zweiten zylindrischen Abschnitt 66 der Steuerkonsole 6 gleitet. Der zweite zylindrische Abschnitt 66 der Steuerkonsole 6 weist gegenüber dem ersten zylindrischen Abschnitt 61 der Steuerkonsole 6 einen geringfügig größeren Durchmesser auf. Die Steuerkonsole 6 (Fig. 13) ermöglicht es, das Ein- und Ausströmen des Arbeitsgases in die und aus der Zündkammer 60 in Abhängigkeit der Drehwinkelstellung der Arbeitskolben 20, 30 zu regulieren. Die Steuerkonsole 6 kann durch Betätigung der Versteilvorrichtung 17 gegenüber dem Gehäuse 10 um einen Winkel von ca. +/- 10° bezogen auf die Rotationsachse der Arbeitskolben 20, 30 der Verdichter- und Expansionsstufen 2, 3 verdreht werden. Die Zündkammer 60, ein Zündkammerzulauf 62, 63, 64 mit radialen Bohrungen 63 und einer axialen, in die Zündkammer 60 mündenden Verbindungsbohrung 64, ein Zündkammerablauf und eine Zündkerze 65 sind innerhalb der Steuerkonsole 6 angeordnet bzw. ausgebildet. Die Zündkerze 65 ist bestimmungsgemäß im Wesentlichen parallel zu einer Rotationsachse der Arbeitskolben 20, 30 ausgerichtet. Der erste zylindrische Abschnitt 61 der Steuerkonsole 6 wird bestimmungsgemäß radial innerhalb des Arbeitskolbens 20 der Verdichtungsstufe 2 angeordnet, während der zweite zylindrische Ab- schnitt 66 der Steuerkonsole 6 bestimmungsgemäß radial innerhalb des Arbeitskolbens 30 der Expansionsstufe 3 angeordnet wird. Die Zündkammer 60 ist im zweiten zylindrischen Abschnitt 66 der Steuerkonsole 6 ausgebildet und befindet sich demnach bestimmungsgemäß radial innerhalb des Arbeitskolbens 30 der Expansionsstufe 3. In der beispielhaften Ausgestaltung hat die Zündkammer 60 ein Volumen von 13,44 cm3. Sie ist bspw. mit einem Fingerfräser in die Steuerkonsole 6 eingefräst. Die radialen Eingangsbohrungen 63 an den in Drehrichtung der Arbeitskolben 20, 30 vorderen Enden der Rinnen 62 sowie die in die Zündkammer 60 führende Quer- bzw. Verbindungsbohrung 64, die sich in axialer Richtung parallel zu den Rotationsachsen der Arbeitskolben 20, 30 erstreckt, haben relativ zu dem Kompressionsvolumen einen möglichst großen Durchmesser, sodass ein minimaler Strömungswidersand und eine maximale Verdichtung erzielt werden kann. Der Zündkammerablauf erstreckt sich über einen Drehwinkelbereich von ca. 60° in einem zweiten zylindrischen Abschnitt 66 der Steuerkonsole 6 in Um- fangsrichtung derselben. Dadurch, dass die Zündkammer 60 in der gegenüber dem Gehäuse 10 verdrehbaren Steuerkonsole 6 angeordnet ist, kann die Zündkammer 60 in einem verstellbaren Drehwinkelbereich des Arbeitskolbens 20 bzw. des Arbeitskolbens 30 mit der Verdichtungsstufe 2 und mit der Expansionsstufe 3 kommunizieren. Insbesondere kann der Zündkammerzulauf 62, 63, 64 in einem verstellbaren Drehwinkelbereich des Arbeitskolbens 20 der Verdichtungsstufe 2 über die Öffnung 21 im Arbeitskolben 20 der Verdichtungsstufe 2 mit der Verdichtungskammer kommunizieren, während der Zündkammerablauf in einem verstellbaren Drehwinkelbereich des Arbeitskolbens 30 der Expansionsstufe 3 über die Öffnung 31 im Arbeitskolben 30 der Expansionsstufe 3 mit der Expansionskammer kommunizieren kann. Vorzugsweise ist der Zündkammerzulauf 62, 63, 64 wie auch der Zündkammerablauf in einem verstellbaren Drehwinkelbereich des Arbeitskolbens 20 bzw. des Arbeitskolbens 30 blockiert, so dass die Zündkammer 60 weder mit der Verdichtungsstufe 2 noch mit der Expansionsstufe 3 kommunizieren kann und das verdichtete Arbeitsgas in der Zündkammer 60 eingeschlossen ist. In diesem Drehwinkelbereich findet bevorzugt die Zündung des verdichteten Arbeitsgases statt.
Hilfskolben der Verdichtungsstufe
Wie in der Schnittdarstellung gemäß Figur 3 erkennbar ist, wälzt die Mantelfläche 22 des Arbeitskolbens 20 der Verdichtungsstufe 2 auf einer Mantelfläche des Hilfskolbens 25 der Verdichtungsstufe 2 nach Art einer Evolventenverzahnung im Idealfall berührungslos ab, wobei radial über die Mantelfläche 22 des Arbeitskolbens 20 vorstehende, evolventenförmige Schieber 23 in Winkelabständen von 120° in entsprechend vorgesehenen, rinnenförmigen Ausnehmungen 26 in der Mantelfläche des Hilfskolbens 25 eintauchen.
Hilfskolben der Expansionsstufe In entsprechender Weise wälzt die Mantelfläche 32 des Arbeitskolbens 30 der Expansionsstufe 3 auf einer Mantelfläche des Hilfskolbens 35 der Expansionsstufe 3 Art einer Evolventenverzahnung im Idealfall berührungslos ab, wobei radial über die Mantelfläche 32 des Arbeitskolbens 30 vorstehende, evolventenförmige Schieber 33 in Winkelabständen von 120° in entsprechende Ausnehmungen 36 in der Mantelfläche des Hilfskolbens 35 eintauchen. Beim Abwälzen der Arbeits- und Hilfswellen 4, 5 werden die Trennscheiben zwischen den Arbeitskolben 20, 30 und den Gehäuseteilen 101 , 104 in entsprechenden Ausnehmungen der Hilfskolben 25, 35 dichtend aufgenommen.
Um Wiederholungen zu vermeiden, wird bezüglich der Bezugzeichen in den weiteren Figuren auf obige Beschreibung Bezug genommen.
Figuren 4 und 5 zeigen verschiedene perspektivische Ansichten der Vorderseite, Figur 6 eine perspektivische Ansicht der Rückseite und Figur 7 eine Rückansicht des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors 1. Auf der Rückseite des Gehäuses 10 befindet sich eine Skala, auf welcher die Winkelstellung der Steuerkonsole 6 gegenüber dem Gehäuse 10 angezeigt wird.
Figur 8 zeigt eine perspektivische Teilschnittansicht der Rückseite des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors 1. Der besseren Übersicht halber sind Teile der vorder- und rückseitigen Gehäuseabdeckungen 101 , 104 sowie der Gehäuserahmen 102, 103 der Verdichtungsstufe 2 und der Expansionsstufe 3 weggelassen. Es ist zu erkennen, dass die Schieber 23, 33 der Arbeitskolben 20, 30 bezüglich der gemeinsamen Rotationsachse in gleichen Drehwinkeln und Drehwinkelabständen ausgerichtet sind. Ferner ist zu erkennen, wie die Trennscheiben zwischen den Arbeitskolben 20, 30 und den Gehäuseteilen 101 , 104 beim Abwälzen der Arbeitsund Hilfswellen 4, 5 in entsprechenden Ausnehmungen der Hilfskolben 25, 35 dichtend aufgenommen werden. Es ist ebenfalls zu erkennen, wie die Kammern 2a, 2b, 2c (Fig. 18) der Verdichtungsstufe 2 und die Kammern 3a, 3b, 3c (Fig. 19 und 20) der Expansionsstufe 3 im Zusammenspiel der Arbeitskolben 20, 30 mit den Hilfskolben 25, 35, den Trennscheiben und dem Gehäuse 10 zwischen den Mantelflächen 22, 32, Ausnehmungen und Schiebern 23, 33 der Arbeits- und Hilfskolben 20, 25, 30, 35 definiert werden.
Figur 9 zeigt eine perspektivische Teilschnittansicht der Arbeitswelle 4 des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors 1 mit Steuerkonsole 6. Der besseren Übersichtlichkeit halber sind das Stirnrad und die zwischen dem Arbeitskolben 20 der Verdichtungsstufe 2 und dem vorderseitigen Gehäusedeckel 101 vorgesehene Trennscheibe des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors 1 nicht dargestellt. Figur 10 und 1 1 zeigen verschiedene perspektivische Ansichten der Arbeitswelle 4 im bestimmungsgemäßen Montagezustand und Figur 12 zeigt eine perspektivische Ansicht der Arbeitswelle 4 und der Hilfswelle 5 im Kopplungszustand über die endseitig angeordneten, schräg verzahnten Stirnräder 40, 50, über welche die Drehbewegungen der Arbeitswelle 4 und der Hilfswelle 5 gekoppelt und zwangssynchronisiert sind.
Figur 13 zeigt eine perspektivische Ansicht der Steuerkonsole 6 des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors 1. Figur 14 zeigt eine andere perspektivische Ansicht der Steuerkonsole 6, Figur 15 zeigt eine Explosionsdarstellung der Arbeitswelle 4 mit koaxial dazu angeordneter Steuerkonsole 6, Figur 16 zeigt eine perspektivische Teilschnittansicht der Arbeitswelle 4 und der Steuerkonsole 6 im bestimmungsgemäßen Montagezustand und Figuren 17 und 18 den erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotor 1 im bestimmungsgemäßen Montagezustand ohne Stirnräder und ohne vorderseitige Gehäuseabdeckung 101 in einem Arbeitszustand der Verdichtungsstufe 2. Figuren 19 und 20 zeigen schematisch den erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotor 1 ohne Stirnräder und ohne vorderseitige Gehäuseabdeckung 101 in ersten und zweiten Arbeitszuständen der Expansionsstufe.
Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors 1 wird nachstehend mit Bezug auf die Figuren 18 bis 20 im Detail erläutert.
Die Pfeile in den Figuren 18 bis 20 zeigen die bestimmungsgemäßen Drehrichtungen der Arbeitskolben 20, 30 und Hilfskolben 25, 35 an. Die Arbeitskolben 20, 30 rotieren in den Darstellung der Figuren 18 bis 20 im Uhrzeigersinn und die Hilfskolben 25, 35 im Gegenuhrzeigersinn. Man erkennt in den Figuren 18 und 19 die Positionen der Schieber 23, 33 der Arbeitskolben 20, 30 im Zeitpunkt der Zündung, d.h. am Ende der Kompression und vor dem Beginn der Expansion. Die um je 120 Grad versetzten Schieber 23, 33 der Arbeitskolben 20, 30 der Verdichtungsstufe 2 und der Expansionsstufe 3 bilden in Zusammenwirkung mit dem zugehörigen Hilfskolben 25, 35 und dem Gehäuse 10 jeweils drei als Ringraumabschnitte ausgebildete Kammern 2a, 2b, 2c (Fig. 18) bzw. 3a, 3b, 3c (Fig. 19). Beim Abwälzen des Arbeitskolbens 20, 30 und des zugehörigen Hilfskolbens 25, 35 nach Art einer Evolventenverzahnung wird jeweils eine der Kammern 2a, 2b, 2c (Fig. 18) der Verdichtungsstufe 2 und jeweils eine der Kammern 3a, 3b, 3c (Fig. 19) der Expansionsstufe 3 durch die dicht aneinander stehenden Arbeitskolben 20, 30 und zugehörigen Hilfskolben 25, 35 zweigeteilt. Dargestellt ist in Figur 20 die zweigeteilte Kammer 3c/3c* der Expansionsstufe 3 mit den Kammerabschnitten 3c* und 3c. Die dichte Anordnung des Arbeitskolbens 30 und des zugehörigen Hilfskolbens 35 bewirkt eine durch einen Ölfilm abgedichtete Sperre zwischen den beiden Kammerabschnitten 3c* und 3c. Eine Kammer der Verdichtungsstufe 2 ist durch die dichte Anordnung des Arbeitskolbens 20 und des zugehörigen Hilfskolbens 25 ebenso zweigeteilt, wobei eine Sperre zwischen den beiden Kammerabschnitten bewirkt wird. Die als Ringraumabschnitte ausgebildeten, teilkreisringförmigen Kammern 2a, 2b, 2c bzw. 3a, 3b, 3c haben in dieser Ausführungsform in etwa ein Volumen von 147 cm3. Der sich verkleinernde Teil der zweigeteilten Kammer 2c der Verdichtungsstufe 2 bildet die Verdichtungskammer. Der sich vergrößernde Teil der zweigeteilten Kammer 2c der Verdichtungsstufe 2 bildet die Ansaugkammer. Der sich vergrößernde Teil der zweigeteilten Kammer 3c/3c* der Ex- pansionsstufe 3 bildet die Expansionskammer.
Ansaugung
Über die Kraftstoffzuleitung 11 , in welcher ein Kugelrückschlagventil angeordnet ist, wird ein Arbeitsgas in die Ansaugkammer der Verdichtungsstufe 2 eingeleitet. Die Gemischaufbereitung wird mittels Vergaser realisiert (nicht dargestellt) oder der Kraftstoff wird durch ein Einspritzsystem direkt in die Verdichtungskammer 2c oder in die Zündkammer 60 befördert. Das maximale Volumen der Ansaugkammer 2a beträgt ca. 147 cm3. Durch die Drehbewegung des Arbeitskolbens 20 der Verdichtungsstufe 2 variiert das Volumen der Ansaugkammer, so dass das Arbeitsgas ein- bzw. angesaugt wird. Bei der Umdrehung des Arbeitskolbens 20 der Verdichtungsstufe 2, der sich bspw. mit einer Geschwindigkeit von 10.000 U/min dreht, wird die Ansaugkammer pro Umdrehung drei Mal mit Arbeitsgas befüllt. Bei der kontinuierlichen Rotation des Arbeitskolbens 20 der Verdichtungsstufe 2 wird das Arbeitsgas in den Kammern 2a und 2b durchmischt.
Verdichtung
Bei der kontinuierlichen Rotation des Arbeitskolbens 20 der Verdichtungsstufe 2 wird das Arbeitsgas in der Verdichtungskammer 2c verdichtet. Erreicht der Schieber 23 eine entsprechende Drehwinkelstellung, in welcher die Öffnung 21 des Arbeitskolbens 20 die Nut 62 des Zündkammerzulaufs 62, 63, 64 überstreicht, so kann die Verdichtungskammer 2c mit der Zündkammer 60 kommunizieren. Das Arbeitsgas wird durch die Drehbewegung des Arbeitskolbens 20 über einen Drehwinkelbereich von 60°, entsprechend einer Bogenlänge der Nut 62 des Zündkammerzulaufs 62, 63, 64, über die Öffnung 21 im Arbeitskolben 20 der Verdichtungsstufe 2 und den Zündkammerzulauf 62, 63, 64 in die Zündkammer 60 gepresst. In diesem Drehwinkelbereich ist der Zündkammerzulauf 62, 63, 64 geöffnet und der Zündkammerablauf blockiert, so dass die Zündkammer 60 nur mit der Verdichtungsstufe 2 kommunizieren kann. Ist der Drehwinkelbereich von 60° vom Schieber 23 durchschritten, so verschließt sich die Zündkammer 60 wieder und eine Kommunikation zwischen der Verdichtungskammer 2c und der Zündkammer 60 ist unterbrochen. Etwa 90 Vol.-% des komprimierten Arbeitsgases werden somit in der Zündkammer 60 eingeschlossen. Die verbleibenden 10 Vol.-% werden mit der nächsten Drehung mitgenommen. Aus diesem Grund steigen mit zunehmender Drehzahl des Arbeitskolbens 20 die Verdichtung und somit auch der Wirkungsgrad des Rotationskolbenmotors 1. Um ein Ausströmen des Arbeitsgases aus der Zündkammer 60 zu verhindern, kann zwischen der Verdichtungskammer 2c und der Zündkammer 60 ein Rückschlagventil angeordnet sein. Durch die auf der Arbeitswelle 4 angeordnete(n) Trennscheibe(n) sind der Arbeitskolben 20 der Verdichtungsstufe 2 und der Arbeitskolben 30 der Expansionsstufe 3 voneinander getrennt, so dass das verdichtete Arbeitsgas nicht direkt von der Verdichtungskammer 2c in die Expansionskammer 3c* übertreten kann. Zwischen der mittleren Trennscheibe und den Arbeitskolben 20 und/oder zwischen den äußeren Trennscheiben und den Gehäuseteilen 101 , 104 sind vorzugsweise berührungslos arbeitende Dichtungen vorgesehen.
Zündung
Die Figuren 18 und 19 zeigen die Drehwinkelstellungen der Arbeitskolben 20, 30 zum Zeitpunkt der Zündung. In dieser Drehwinkelstellung hat der Schieber 23 am Arbeitskolben 20 der Verdichtungsstufe 2 das komprimierte Zündgemisch in die Zündkammer 60 gepresst und befindet sich in der Ausnehmung 26 des Hilfskolbens 25. In dieser Drehwinkelstellung sind der Zündkammerzulauf 62, 63, 64 wie auch der Zündkammerablauf blockiert, so dass die Zündkammer 60 weder mit der Verdichtungsstufe 2 noch mit der Expansionsstufe 3 kommunizieren kann. Dadurch ist das verdichtete Arbeitsgas in der Zündkammer 60 eingeschlossen. Bei einem Verdichtungsverhältnis von 11 :1 wird das Arbeitsgas mit einem Druck von 11 bar nun durch die in die Zündkammer 60 vorstehende Zündkerze 65 gezündet. Der Zündzeitpunkt kann vorzugsweise in Abhängigkeit von diversen Messgrößen wie der Drehzahl der Arbeitskolben 20, 30 etc., von einem Steuergerät im Verhältnis zu den Drehwinkelstellungen der Arbeitskolben 20, 30 geregelt oder gesteuert werden.
Expansion
Figur 20 zeigt die Drehwinkelstellung des Arbeitskolbens 30 der Expansionsstufe kurz nach der Zündung und während der Expansion. Zu diesem Zeitpunkt ist der Schieber 33 am Arbeitskolben 30 der Expansionsstufe 3 nun eben aus der Ausnehmung 36 des Hilfskolbens 35 der Expansionsstufe 3 aufgetaucht und wird durch die Expansion des gezündeten Arbeitsgases angetrieben. In dieser Drehwinkelstellung ist der Zündkammerzulauf 62, 63, 64 blockiert und lediglich der Zündkammerablauf geöffnet, so dass die Zündkammer 60 nur mit der Expansionsstufe 3 kommunizieren kann. Der Arbeitskolben 30 der Expansionsstufe 3 weist drei stirnseitige, um 120° zueinander versetzte Öffnungen 31 auf. Alle 120° stehen die Öffnungen 31 des Arbeits- kolbens 30 und der Zündkammerablauf übereinander, wobei das entzündete Arbeitsgas während des Drehwinkelbereichs von ca. 60° in die Expansionskammer gedrückt wird. Nach der Verbrennung und Expansion beansprucht das angesaugte Gasvolumen einen wesentlich größeren Raum, wobei das aus der Zündkammer 60 ausströmende Verbrennungsgas sein Volumen in Sekundenbruchteilen vergrößert. Das verbrannte Arbeitsgas wird durch die Öffnung 31 in der in Drehrichtung hinten gelegenen Flanke des Schiebers 33 in die Expansionskammer 3c* ausgestoßen. Durch den entstehenden Druck wirkt eine Kraft rechtwinklig auf die Drehachse (in tangentialer Richtung auf den Schieber 33), so dass der Arbeitskolben 30 der Expansionsstufe 3 bzw. die gesamte Arbeitswelle 4 mit einem konstanten Drehmoment beaufschlagt wird. Es steht somit zu jedem Zeitpunkt das maximale aus dem Druck resultierende Drehmoment zur Verfügung, bspw. zum Antrieb eines Fahrzeugs oder dergleichen. Das Verbrennungsgas kann nach der Verbrennung und Expansion die Expansionsstufe 3 verlassen und wird über den Ab- gasauslass 14 ausgestoßen. Nach dem Prinzip einer Fluggasturbine treibt der Arbeitskolben 30 der Expansionsstufe 3 den Arbeitskolben 20 der Verdichtungsstufe 2 an.
Dichtungskonzept
Die Kammerabschnitte 2a, 2b, 2c (Fig. 18) bzw. 3a, 3b, 3c (Fig. 19 und 20) der Verdichtungsund Expansionsstufe 2, 3 sind bspw. gegenüber dem Gehäuse über berührungslos arbeitende Dichtungen abgedichtet, damit das komprimierte Arbeitsgas nur in die Zündkammer 60 ge- presst wird und das expandierende Arbeitsgas nach erfolgter Zündung nicht in die Verdichtungskammer übergreift.
Feineinstellung des Zündzeitpunkts
Durch Drehen der als Einstellschraube ausgebildeten Versteilvorrichtung 17 kann die Steuerkonsole 6 im Gehäuse 10 verdreht werden. Durch diese Drehung kann somit die Position der Zündkammer 60 eingestellt werden. In Kombination mit der erfindungsgemäß vorgesehenen Verstellbarkeit des Zündzeitpunkts kann somit die Initiierung des Arbeitsgases exakt reguliert werden.
Bevorzugte Ausführung und Komponenten
Nach jetzigem Entwicklungsstand ist der erfindungsgemäße Rotationskolbenmotor 1 als Verbrennungsmotor nach der Bauart eines wassergekühlten Drehkolbenmotors mit einer Verdichtung von ca. 11 : 1 bei drei Zündungen pro Umdrehung ausgebildet. Die Übersetzung der Arbeits- und der Hilfswelle 4, 5 beträgt 1 :1. Die Zündung erfolgt über eine Zündkerze 65 des Typs NGK M16x1 (2-polig). Die Gemischbildung erfolgt über einen modifizierten Walbro- Vergaser.
Zweites Ausführungsbeispiel
Das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Figur 21 erläutert. Um eine Wiederholung der Beschreibung zu vermeiden, werden identische Bezugszeichen für identische Bauteile verwendet wie im vorangehenden Ausführungsbeispiel. Die Unterschiede zum vorangehenden Ausführungsbeispiel werden nachstehend erläutert.
Figur 21 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Teils des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors 1 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Hilfskolben der Verdichtungsstufe 2 und der Expansionsstufe 3 sowie andere Elemente sind der besseren Übersicht halber nicht dargestellt. Abweichend vom vorangehenden Ausführungsbeispiel umfasst der Rotationskolbenmotor 1 zwischen der Verdichtungskammer und der Zündkammer 60 und/oder zwischen der Zündkammer 60 und der Expansionskammer ein Ventil 692, 693 bzw. einen selbsttätigen Auf/Zu-Verschluss. Das Ventil 692 regelt den Gasübertritt von der Verdichtungskammer in die Zündkammer 60 und/oder das Ventil 693 regelt den Gasübertritt von der Zündkammer 60 in die Expansionskammer. Die Zündkammer 60 ist in der Steuerkonsole 6 ausgebildet, die um die Achse der Arbeitswelle 4 gegenüber dem Gehäuse 10 verstellbar ist, so dass die Zündkammer 60 in einem verstellbaren Drehwinkelbereich des jeweiligen Arbeitskolbens 20, 30 mit der Verdichtungsstufe 2 bzw. mit der Verdichtungskammer und/oder mit der Expansionsstufe 3 bzw. mit der Expansionskammer kommunizieren kann. In der Verdichtungsstufe 2 sind die Durchmesser der Arbeits- und Hilfskolben 20, 25 so gewählt, dass deren Umfangsgeschwindigkeiten gleich sind. Die Differenz der Umfangsgeschwindigkeiten ist demnach gleich null. Damit sind engere Toleranzen, bessere Verdichtung und geringere Abnutzung möglich. Arbeitskolben 30 der Expansionsstufe 3 ist im Durchmesser größer gewählt als der Arbeitskolben 20 der Verdichtungsstufe 2. Hierdurch wird das Drehmoment erhöht und die Drehzahl (in Abhängigkeit von der Verbrennungsgeschwindigkeit) gesenkt. Im gleichen Verhältnis ist der Durchmesser des Hilfskolbens 35 zu verringern; die Toleranzen der beteiligten Kolben 30, 35 können erweitert werden. Über die Differenz der axialen Länge der Arbeitskolben 20, 30 zwischen der Verdichtungsstufe 2 und der der Expansionsstufe 3 wird das Verdichtungsverhältnis konstruktiv bestimmt. Um trotz der Durchmesserdifferenz der Arbeitskolben 20, 30 möglichst kurze Gaswege zu realisieren, liegt der Zündkammerausgang in der Expansionsstufe 3 radial außerhalb des Zündkammereingangs in der Verdichtungsstufe 2. Ferner ist die Zündkammer 60 exzentrisch zur Achse der Arbeitswelle 4 angeordnet und vorzugsweise in Richtung der Achse der Hilfswelle 5 versetzt. Dadurch muss das Arbeitsgas jeweils nur eine kurze Strecke in radia- ler Richtung in die oder aus der Zündkammer 60 geführt werden. Die Arbeitskammern 2a, 2b, 2c der Verdichtungsstufe 2 und die Arbeitskammern 3a, 3b, 3c der Expansionsstufe 3, die in radialer Richtung zwischen den Mantelflächen 22, 32 der Arbeitskolben 20, 30 und den Gehäuseteilen 102, 103 ausgebildet sind, sind in axialer Richtung durch drehfest mit der Arbeitswelle verbundene Trennscheiben 403, 405 und eine stehende Trennscheibe 402 begrenzt.
Drittes Ausführungsbeispiel
Das dritte Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Figuren 22 und 23 erläutert. Um eine Wiederholung der Beschreibung zu vermeiden, werden identische Bezugszeichen für identische Bauteile verwendet wie in den vorangehenden Ausführungsbeispielen. Die Unterschiede zu den vorangehenden Ausführungsbeispielen werden nachstehend erläutert.
Figur 22 zeigt eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors 1 nach dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Abweichend von den vorangehenden Ausführungsbeispielen weist das Gehäuse 10 zwischen der Verdichtungsstufe 2 und der Expansionsstufe 3 ein Zwischenteil 105 auf. Die Steuerkonsole 6, die in axialer und radialer Richtung im Wesentlichen zwischen dem Arbeitskolben 20 der Verdichtungsstufe 2 und dem Arbeitskolben 30 der Expansionsstufe 3 angeordnet ist, ist zweigeteilt und ist über einen Stellhebel 6c in einem vorgegebenen Drehwinkelbereich gegenüber dem Zwischenteil 105 verstellbar. Die Trennungsebene der beiden Teile 6a, 6b der Steuerkonsole 6 liegt im Bereich des Zwischenteils 105. Wenigstens ein Teil 6b der Steuerkonsole 6 ist über den Stellhebel 6c, der sich innerhalb des Zwischenteils 105 erstreckt, unabhängig von dem anderen Teil 6a betätigbar bzw. verstellbar. Durch die Trennung der Steuerkonsole 6 wird einerseits die Montage vereinfacht und andererseits die Regelung des Gasübertritts von der Verdichtungskammer in die Zündkammer 60 und/oder von der Zündkammer 60 in die Expansionskammer vereinfacht. Die Zündkammer 60 umfasst mehrere Abschnitte, deren Abmessungen in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung vom Zündkammereingang auf der Seite der Verdichtungsstufe 2 bis zum Zündkammerausgang auf der Seite der Expansionsstufe 3 hin zunehmen. Insbesondere umfasst die Zündkammer 60 einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden, bogensegment- artigen Abschnitt, der radial nach außen zum Arbeitskolben 30 der Expansionsstufe 3 hin zumindest abschnittsweise geöffnet ist. Dieser bogensegmentartige Abschnitt der Zündkammer 60 bzw. der Zündkammerausgang wird in einem bestimmten Drehwinkelbereich des Arbeitskolbens 30 der Expansionsstufe 3 von der Öffnung 31 überstrichen, so dass das Arbeitsgas aus der Zündkammer 60 in die Expansionsstufe 3 übertreten kann. Figur 23 zeigt eine schematische Seitenansicht der Arbeits- und Hilfswellen 4, 5 des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors 1 nach dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, die Arbeits- und Hilfskolben 20, 25, 30, 35 der Expansions- und Verdichtungsstufe 3, 2 überlagernd dargestellt sind. Die Drehrichtungen der Arbeits- und Hilfswellen 4, 5 werden durch Pfeile angezeigt. Die Arbeitskolben 20, 30 der Verdichtungsstufe 2 und der Expansionsstufe 3 sind - wie dargestellt - derart zueinander versetzt, dass die Öffnung 21 am vorderen Ende eines Schiebers 23 des Arbeitskolbens 20 der Verdichtungsstufe 2 gerade durch den Hilfskolben 25 der Verdichtungsstufe 2 verschlossen wird, während die Öffnung 31 am hinteren Ende des zugehörigen Schiebers 33 des Arbeitskolbens 30 der Expansionsstufe 3 gerade durch den Hilfskolben 35 der Expansionsstufe 3 freigegeben wird. Dadurch wird ein Rückströmen des Arbeitsgases von der Expansionsstufe 3 über die Zündkammer 60 in die Verdichtungsstufe 2 verhindert. Der Drehwinkelbereich, in welchem die Zündkammer 60 mit der Verdichtungsstufe 2 kommunizieren kann, grenzt vorzugsweise unmittelbar an den Drehwinkelbereich an, in welchem die Zündkammer 60 mit der Expansionsstufe 3 kommunizieren kann, ohne zu überlappen. Die Schieber 23, 33 sind in regelmäßigen Abständen um den Umfang der Arbeitskolben 20, 30 der Verdichtungsstufe 2 und der Expansionsstufe 3 angeordnet und identisch ausgebildet, um identische Paare von Schiebern zu bilden 23, 33. Damit wird entsprechend der Anzahl der Schieber 23, 33 eine entsprechende Anzahl der vorstehend beschriebenen Arbeitszyklen pro Umdrehung der Arbeitswelle 4 analog ausgeführt.
Viertes Ausführunasbeispiel
Das vierte Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Figur 24 erläutert. Um eine Wiederholung der Beschreibung zu vermeiden, werden identische Bezugszeichen für identische Bauteile verwendet wie in den vorangehenden Ausführungsbeispielen. Die Unterschiede zu den vorangehenden Ausführungsbeispielen werden nachstehend erläutert.
Figur 24 zeigt eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors 1 nach dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Abweichend von den ersten drei Ausführungsbeispielen ist die Zündkammer 60 abschnittsweise im Arbeitskolben 20 der Verdichtungsstufe 2, abschnittsweise im Arbeitskolben 30 der Expansionsstufe 3 und abschnittsweise in einer zwischen den Arbeitskolben 20, 30 liegenden, starr mit der Arbeitswelle 4 verbundenen Trennscheibe 405 ausgebildet, so dass sich die Zündkammer 60 mit der Arbeitswelle 4 um deren Achse dreht. Demnach gibt es insgesamt drei Zündkammern 60, wobei jeder Zündkammer 60 eine Verdichtungskammer 2a, 2b, 2c und eine Expansionskammer 3a, 3b, 3c zugeordnet ist. Ferner sind zwei gegenüber dem Gehäuse 10 verstellbare Steuerelemente bzw. Steuerringe oder Steuerleisten 620, 630 vorgesehen, die eine Kommunikation der Zündkammer 60 mit der Verdichtungsstufe 2 und/oder mit der Expansionsstufe 3 temporär ermöglichen und temporär unterbrechen. Die Steuerleisten 620, 630 sind über Steuerhebel 621 , 631 , die sich innerhalb der Gehäuseteile 101 und 104 erstrecken, unabhängig voneinander um die Achse der Arbeitswelle 4 verdrehbar. Die Steuerleisten 620, 630 sind ferner im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und weisen schlitzförmige Öffnungen 622, 632 auf, die sich parallel zueinander jeweils in Umfangsrichtung erstrecken. Über diese schlitzförmigen Öffnungen kann die Zündkammer 60 in einem verstellbaren Drehwinkelbereich des jeweiligen Arbeitskolbens 20, 30 mit der Verdichtungsstufe 2 bzw. mit der Verdichtungskammer und/oder mit der Expansionsstufe 3 bzw. mit der Expansionskammer kommunizieren. Die Zündkerze 15 erstreckt sich von der Seite der Expansionsstufe 3 im Wesentlichen parallel zur Achse der Arbeitswelle 4 durch die Steuerleiste 630 der Expansionsstufe 3 in die Zündkammer 60 hinein, um das verdichtete Arbeitsgas zu entzünden. Die Zündkerze 15 ist somit gemeinsam mit der Steuerleiste 630 gegenüber dem Gehäuse 10 verstellbar. Der Arbeitskolben 20 der Verdichtungsstufe 2 weist einen geringeren Durchmesser aber eine größere axiale Länge auf als der Arbeitskolben 30 der Expansionsstufe 3. Um trotz der Durchmesserdifferenz möglichst kurze Gaswege zu realisieren, ist die Zündkammer 60 exzentrisch zur Achse der Arbeitswelle 4 angeordnet und der Zündkammerausgang liegt radial außerhalb des Zündkammereingangs. Der im Arbeitskolben 30 der Expansionsstufe 3 ausgebildete Abschnitt 603 der Zündkammer 60 umfasst ein kleineres Volumen als der im Arbeitskolben 20 der Verdichtungsstufe 2 ausgebildete Abschnitt 602 der Zündkammer 60. Beide Abschnitte 602, 603 der Zündkammer 60 sind in radialer Richtung sowie in Umfangsrichtung versetzt, aber überlappend zueinander angeordnet, so dass die Abschnitte 602, 603 miteinander kommunizieren können. Im Betrieb des Rotationskolbenmotors 1 wird das Arbeitsgas in der Zündkammer 60 aufgrund der Zentrifugalkraft zwangsläufig in radialer Richtung nach außen in Richtung des Zündkammerausgangs und der Expansionsstufe 3 geführt. Vorzugsweise ist der Zündkammerabschnitt 603 in der Expansionsstufe 3 gegenüber dem Zündkammerabschnitt 602 in der Verdichtungsstufe 2 radial nach außen und in Drehrichtung der Arbeitswelle 4 versetzt. Der in der Trennscheibe 405 ausgebildete Zündkammerabschnitt 603 liegt vorzugsweise in radialer Richtung sowie in Umfangsrichtung zwischen den beiden Zündkammerabschnitten 602, 603.
Fünftes Ausführunqsbeispiel
Das fünfte Ausführungsbeispiel der Erfindung, das im Wesentlichen auf dem vierten Ausführungsbeispiel basiert, wird nachstehend mit Bezug auf die Figuren 25 bis 32 erläutert. Um eine Wiederholung der Beschreibung zu vermeiden, werden identische Bezugszeichen für identische Bauteile verwendet wie im vierten Ausführungsbeispiel. Die Unterschiede zum vierten Ausführungsbeispiel werden nachstehend erläutert. Figur 25 zeigt eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors 1 nach dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei der vorliegenden Konstruktion erfolgt die Zündung des Arbeitsgases über eine Zündkerze 15, die abweichend vom vierten Ausführungsbeispiel auf der Seite der Verdichtungsstufe 2 in einem gegenüber dem Gehäuse 10 verstellbaren Zündstellring 610 angeordnet und von außen verschraubt ist. Der Zündstellring 610 ist zusammen mit der Zündkerze 15 in seiner Führung in beiden Drehrichtungen verdrehbar angeordnet, so dass der jeweilige genaue Zündzeitpunkt und der genaue Zündpunkt ermittelt und eingestellt werden können. Der Zündfunke löst die Explosion des verdichteten Gases aus, wodurch eine Druckwelle aus der Zündkammer 60 über die Öffnung 31 in die Expansionsstufe
3 entweicht und dort den Schieber 33 des Arbeitskolbens 30 in Bewegung bringt. Der Zündstellring 610 ist unabhängig von den Steuerleisten 620, 630 gegenüber dem Gehäuse 10 verstellbar. Im Gegensatz zum vierten Ausführungsbeispiel ist somit die Position der Zündkerze 15 unabhängig von dem Drehwinkelbereich zur Bewerkstelligung des Gasübertritts von der Ver- sichtungsstufe 2 in die Zündkammer 60 und/oder dem Drehwinkelbereich zur Bewerkstelligung des Gasübertritts von der Zündkammer 60 in die Expansionsstufe 3 verstellbar. Abweichend vom vierten Ausführungsbeispiel gehen die Zündkammerabschnitte 602, 603, 605 bündig ineinander über, wobei der innerhalb der Trennscheibe 405 ausgebildete Zündkammerabschnitt 605 entlang einer schrägen Achse verläuft und die Zündkammerabschnitte 602, 603 stufenlos überbrückt.
In einer alternativen Ausführung wird die Zündkerze 15 in die Zündkammer 60 eingebaut (in jede Zündkammer 60 eine Zündkerze 15). Daraus ergibt sich eine Konstruktion der Arbeitswelle
4 mit drei sich mitdrehenden Zündkerzen 15. Der Zündimpuls kann über Schleifkontakte übertragen werden oder wird über Induktion durchgeführt.
Figur 26 zeigt eine schematische Seitenansicht der Arbeits- und Hilfswellen 4, 5 des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors 1 nach dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Arbeits- und Hilfskolben 20, 25, 30, 35 der Expansions- und Verdichtungsstufe 3, 2 abschnittsweise überlagernd dargestellt sind. In dieser Ansicht sind die Drehwinkelbereiche a1 , ß1 des jeweiligen Arbeitskolbens 20, 30 angezeigt, in welchen die Zündkammer 60 über die Öffnungen 622, 632 der Steuerleisten 620, 630 mit der Verdichtungsstufe 2 bzw. mit der Verdichtungskammer und/oder mit der Expansionsstufe 3 bzw. mit der Expansionskammer kommunizieren kann.
Figur 27 zeigt eine schematische Schnittansicht der Arbeitswelle 4 des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors 1 nach dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung. Figur 28 zeigt eine schematische Seitenansicht der Arbeitswelle 4 des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors 1 nach dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Arbeitskolben 20, 30 der Expansionsstufe 3 und der Verdichtungsstufe 2 überlagernd dargestellt sind.
Figur 29 zeigt schematische Seitenansichten der Arbeits- und Hilfskolben 20, 25 der Verdichtungsstufe 2 des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors 1 nach dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei Fig. 29A die Arbeits- und Hilfskolben 20, 25 der Verdichtungsstufe
2 in einer Drehwinkelstellung unmittelbar vor Beginn der Beladung der Zündkammer 60 zeigt, während Fig. 29B die Arbeits- und Hilfskolben 30, 35 der Verdichtungsstufe 2 unmittelbar nach Abschluss der Beladung der Zündkammer 60 zeigt. Eine Kommunikation der Verdichtungsstufe
3 mit der Zündkammer 60 ist nur möglich, wenn die Öffnung 21 des Schiebers 23 den Bereich der Öffnung 622 der Steuerleiste 620 im Drehwinkelbereich a1 überstreicht. Der Drehwinkelbereich a1 endet um einen Drehwinkel a2 entgegen der Drehrichtung von einer Verbindungslinie der Achsen der Arbeitswelle 4 und der Hilfswelle 5 versetzt. Die Drehwinkelbereich a1 und/oder der Drehwinkel a2 kann durch Verstellung der Steuerleiste 620 gegenüber dem Gehäuse 10 verstellt werden. Dadurch können der Beginn und das Ende des Gasübertritts von der Verdichtungsstufe 2 in die Zündkammer 60 (Beladung der Zündkammer 60) genau eingestellt werden.
Figur 30 zeigt schematische Seitenansichten der Arbeits- und Hilfskolben 30, 35 der Expansionsstufe 3 des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors 1 nach dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei Fig. 30A die Arbeits- und Hilfskolben 30, 35 der Expansionsstufe 3 in einer Drehwinkelstellung unmittelbar vor Beginn der Entladung der Zündkammer 60 zeigt, während Fig. 30B die Arbeits- und Hilfskolben 30, 35 der Expansionsstufe 3 unmittelbar nach Abschluss der Entladung der Zündkammer 60 zeigt. Eine Kommunikation der Zündkammer 60 mit der Expansionsstufe 3 ist nur möglich, wenn die Öffnung 31 des Schiebers 33 den Bereich der Öffnung 632 der Steuerleiste 630 im Drehwinkelbereich ß1 überstreicht. Der Drehwinkelbereich ß1 beginnt um einen Drehwinkel ß2 in Drehrichtung versetzt zur Verbindungslinie der Achsen der Arbeitswelle 4 und der Hilfswelle 5. Der Drehwinkelbereich ß1 und/oder der Drehwinkel ß2 kann durch Verstellung der Steuerleiste 630 gegenüber dem Gehäuse 10 verstellt werden. Dadurch können der Beginn und das Ende des Gasübertritts von der Zündkammer 60 in die Expansionsstufe 3 (Entladung der Zündkammer 60) genau eingestellt werden.
Figur 31 zeigt verschiedene Ansichten eines Steuerelements bzw. Steuerrings 620 der Verdichtungsstufe 2 des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors 1 nach dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei Fig. 31 A einen Schnitt A-B aus Fig. 31 C zeigt, wobei Fig. 31 B eine Ansicht A aus Fig. 31 C zeigt, während Fig. 31 C einen Schnitt C-D aus Fig. 31 A zeigt. Figur 32 zeigt verschiedene Ansichten eines Steuerelements bzw. Steuerrings 630 der Expansionsstufe 3 des erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors 1 nach dem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei Fig. 32A einen Schnitt E-F aus Fig. 32C zeigt, wobei Fig. 32B eine Ansicht B aus Fig. 32C zeigt, während Fig. 32C einen Schnitt G-H aus Fig. 32A zeigt.
Die Steuerelemente bzw. Steuerringe oder Steuerleisten 620, 630 ermöglichen und unterbrechen temporär eine Kommunikation der Zündkammer 60 mit der Verdichtungsstufe 2 und/oder eine Kommunikation der Zündkammer 60 mit der Expansionsstufe 3. Wie zuvor erläutert sind die Steuerleisten 620, 630 im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und weisen schlitzförmige Öffnungen 622, 632 auf, die sich parallel zueinander jeweils in Umfangsrichtung erstrecken. Über diese schlitzförmigen Öffnungen kann die Zündkammer 60 in einem verstellbaren Drehwinkelbereich des jeweiligen Arbeitskolbens 20, 30 mit der Verdichtungsstufe 2 bzw. mit der Verdichtungskammer und/oder mit der Expansionsstufe 3 bzw. mit der Expansionskammer kommunizieren.
Sechstes Ausführungsbeispiel
Das sechste Ausführungsbeispiel der Erfindung, das im Wesentlichen auf dem fünften Ausführungsbeispiel basiert, wird nachstehend mit Bezug auf Figur 33 erläutert. Um eine Wiederholung der Beschreibung zu vermeiden, werden identische Bezugszeichen für identische Bauteile verwendet wie im fünften Ausführungsbeispiel. Die Unterschiede zum fünften Ausführungsbeispiel werden nachstehend erläutert.
Figur 33 zeigt eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Rotationskolbenmotors 1 nach dem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Abweichend vom fünften Ausführungsbeispiel ist der Rotationskolbenmotor 1 als Selbstzünder auf Benzinbasis ausgebildet. Sobald das Kriterium der Verdichtung überwunden ist, wird die Selbstzündung erreicht. Bei einem Rotationsselbstzünder wird die sogenannte Klopffestigkeit unberücksichtigt bleiben. Bekanntlich beruht der Vorgang des Klopfens darauf, dass das Benzin-Luftgemisch bei dem Vorgang des Verdichtens unkontrollierbar früher oder später zur Verbrennung führt. Doch genau diese Eigenschaft des Gemisches führt beim Rotationsselbstzünder zu keinerlei Störungen, da diese geringe Differenz spurlos verarbeitet wird.
In dieser alternativen Ausführung ist die Zündkerze 15 durch eine Glühspirale ersetzt. Die Glühspirale ist anstelle der Zündkerze 15 im Zündstellring 610 angeordnet. Identisch wie die Zündkerze 15 entzündet die Glühspirale das Gas über ein Fenster in der Zündkammer 60. Die Glühspirale glüht permanent, ist mit dem Zündstellring 610 verstellbar und wird auf den genauen Zündpunkt einjustiert. Somit ist jederzeit eine punktgenaue Zündung sichergestellt. Die Zündung erfolgt selbsttätig.
Im Zündstellring 610 wird zudem ein Einspritzventil bzw. eine Einspritzdüse 611 angeordnet. Damit wird sichergestellt, dass der Einspritzzeitpunkt und der Zündzeitpunkt gleichzeitig stattfinden. Da im Moment der Einspritzung und Zündung der Steuerring 620 die Öffnung 21 zur Verdichterstufe 2 blockiert, ist ein Zurückschlagen der Flamme in die Verdichterstufe 2 ausgeschlossen und die Druckwelle kann über die Zündkammer 60 nur in die Expansionsstufe 3 entweichen. Der gewünschte und ideale Punkt zur Auslösung und Entweichung der Druckwelle aus der Zündkammer 60 ist in Abhängigkeit von der Trägheit des Gases einstellbar und wird mittels des Steuerrings 630 geregelt.
Die Zuführung des Treibstoffes erfolgt mittels Direkteinspritzung. Wegen der Drehzahl des Rotationskolbenmotors 1 stellt Durchmischung des Arbeitsgases eine Herausforderung dar. Entweder wird schon in der Verdichterstufe 2 bzw. im Ansaugkanal eingespritzt, was eine längere Durchmischung ermöglichen würde, oder es gelingt die Einspritzung direkt in die Verdichterkammer am Einlass zur Zündkammer 60.
Zur inneren Schmierung der belasteten Funktionselemente wird eine ölverschmierung in der Verdichterstufe 2 bzw. im Ansaugkanal eingebaut.
Maßnahmen zur Steigerung des Wirkungsgrades
Zur Steigerung des Wirkungsgrades des Rotationskolbenmotors 1 können Maßnahmen zur Energierückgewinnung aus dem Abgas ergriffen werden. Dabei wird dem heißen Abgas des Rotationskolbenmotors 1 über wenigstens einen Wärmetauscher und/oder über wenigstens eine Turbine Energie entzogen und in das System zurückgeführt. Es ist ferner vorgesehen, dass die aus dem Abgas gewonnene Energie zum Betrieb anderer Energie verbrauchender Komponenten eines Motorfahrzeugs genutzt wird. Vorzugsweise wird das Abgas zur Erwärmung und/oder Vorverdichtung der angesaugten Luft genutzt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch Kombinationen der in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmale.

Claims

Ansprüche
1. Rotationskolbenmotor (1), umfassend eine Verdichtungsstufe (2) und eine Expansionsstufe (3) mit jeweils einem rotierenden Arbeitskolben (20, 30) zur Verdichtung bzw. Expansion eines Arbeitsgases, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskolben (20, 30) der Verdichtungsstufe (2) und der Expansionsstufe (3) in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind, vorzugsweise um eine gemeinsame Rotationsachse drehbar sind.
2. Rotationskolbenmotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskolben (20, 30) der Verdichtungsstufe (2) und der Expansionsstufe (3) auf einer gemeinsamen Welle (4) angeordnet sind.
3. Rotationskolbenmotor (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das verdichtete Arbeitsgas zur Zündung radial nach innen in Richtung der Rotationsachse der Arbeitskolben (20, 30) abgeleitet wird.
4. Rotationskolbenmotor (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtungsstufe (2) zumindest eine der folgenden Anforderungen erfüllt: a. Das verdichtete Arbeitsgas wird zur Zündung durch den Arbeitskolben (20) geleitet. b. Der Arbeitskolben (20) umfasst wenigstens eine Öffnung (21), die den Arbeitskolben (20) durchdringt. c. Die Öffnung (21) durchdringt den Arbeitskolben (20) im Wesentlichen in radialer Richtung. d. Der Arbeitskolben (20) umfasst eine Mantelfläche (22), die gemeinsam mit einem Gehäuse (10) des Rotationskolbenmotors (1) wenigstens einen Ringraumabschnitt (2a, 2b, 2c) definiert. e. Die Mantelfläche (22) des Arbeitskolbens (20) ist im Wesentlichen zylindrisch. f. Der Arbeitskolben (20) umfasst wenigstens einen Schieber (23), der vorzugsweise radial von der Mantelfläche (22) des Arbeitskolbens (20) vorspringt. g. Der Schieber (23) ist im Querschnitt gesehen evolventenförmig ausgebildet. h. Der Schieber (23) definiert gemeinsam mit einem Gehäuse (10) des Rotationskolbenmotors (1) und der Mantelfläche (22) des Arbeitskolbens (20) einen vorzugsweise zu allen Seiten hin abgedichteten Ringraumabschnitt. i. Der Arbeitskolben (20) umfasst mehrere Schieber (23), die bezogen auf die Rotationsachse des Arbeitskolbens (20) in regelmäßigen Winkelabständen von der Mantelfläche (22) des Arbeitskolbens (20) hervorstehen. j. Der Arbeitskolben (20) umfasst drei Schieber (23), die bezogen auf die Rotationsachse des Arbeitskolbens (20) in Winkelabständen von 120° von der Mantelfläche (22) des Arbeitskolbens (20) hervorstehen. k. Die Öffnung (21) endet auf einer Flanke des Schiebers (23), vorzugsweise auf einer in Drehrichtung vorne gelegenen Flanke des Schiebers (23).
I. Der Arbeitskolben (20) ist als doppelwandiger Hohlzylinder ausgebildet, wobei ein Innenzylinder des Arbeitskolbens (20) vorzugsweise eine größere axiale Länge als ein Außenzylinder des Arbeitskolbens (20) aufweist. m. Der Arbeitskolben (20) wirkt mit einem Hilfskolben (25) zusammen, um zumindest eine Verdichtungskammer mit variablem Volumen zu definieren. n. Der Arbeitskolben (20) wirkt mit einem Hilfskolben (25) zusammen, um zumindest eine Ansaugkammer mit variablem Volumen zu definieren. o. Der Hilfskolben (25) umfasst eine im Wesentlichen zylindrische Mantelfläche. p. Der Hilfskolben (25) umfasst eine auf die Anzahl der Schieber (23) des Arbeitskolbens (20) abgestimmte Anzahl von Ausnehmungen (26). q. Der Arbeitskolben (20) und der Hilfskolben (25) wälzen derart aneinander ab, dass ein Schieber (23) dichtend in einer Ausnehmung (26) aufgenommen wird. r. Der Arbeitskolben (20) und der Hilfskolben (25) sind zwangssynchronisiert drehbar. s. Die Verdichtungsstufe (2) umfasst ein verstellbares Steuerelement (620), welches ein Entweichen des verdichteten Arbeitsgases aus der Verdichtungsstufe (2) abwechselnd ermöglicht und verhindert.
5. Rotationskolbenmotor (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionsstufe (3) zumindest eine der folgenden Anforderungen erfüllt: a. Das gezündete Arbeitsgas wird zur Expansion radial nach außen, von der Rotationsachse der Arbeitskolben (20, 30) wegführend, geleitet. b. Das gezündete Arbeitsgas wird zur Expansion durch den Arbeitskolben (30) der Expansionsstufe (3) geleitet. c. Der Arbeitskolben (30) umfasst zumindest eine Öffnung (31), die den Arbeitskolben (30) durchdringt. d. Die Öffnung (31 ) durchdringt den Arbeitskolben (30) im Wesentlichen in radialer Richtung. e. Der Arbeitskolben (30) umfasst eine Mantelfläche (32), die gemeinsam mit einem Gehäuse (10) des Rotationskolbenmotors (1) wenigstens einen Ringraumabschnitt definiert. f. Die Mantelfläche (32) des Arbeitskolbens (30) ist im Wesentlichen zylindrisch. g. Der Arbeitskolben (30) umfasst zumindest einen Schieber (33), der vorzugsweise radial von der Mantelfläche (32) des Arbeitskolbens (30) vorspringt. h. Der Schieber (33) ist im Querschnitt gesehen evolventenförmig ausgebildet. i. Der Schieber (33) definiert gemeinsam mit einem Gehäuse (10) des Rotationskolbenmotors (1) und der Mantelfläche (32) des Arbeitskolbens (30) einen vorzugsweise zu allen Seiten hin abgedichteten Ringraumabschnitt. j. Der Arbeitskolben (30) umfasst mehrere Schieber (33), die bezogen auf die Rotationsachse des Arbeitskolbens (30) in regelmäßigen Winkelabständen von der Mantelfläche (32) des Arbeitskolbens (30) hervorstehen. k. Der Arbeitskolben (30) umfasst drei Schieber (33), die bezogen auf die Rotationsachse des Arbeitskolbens (30) in Winkelabständen von 120° von der Mantelfläche (32) des Arbeitskolbens (30) hervorstehen. I. Die Öffnung (31) endet auf einer Flanke des Schiebers (33), vorzugsweise auf einer in Drehrichtung hinten gelegenen Flanke des Schiebers (33). m. Der Arbeitskolben (30) ist als einwandiger Zylinder ausgebildet. n. Der Arbeitskolben (30) wirkt mit einem Hilfskolben (35) zusammen, um zumindest eine Expansionskammer mit variablem Volumen zu definieren. o. Der Hilfskolben (35) umfasst eine im Wesentlichen zylindrische Mantelfläche. p. Der Hilfskolben (35) umfasst eine auf die Anzahl der Schieber (33) des Arbeitskolbens (30) abgestimmte Anzahl von Ausnehmungen (36). q. Der Arbeitskolben (30) und der Hilfskolben (35) wälzen derart aneinander ab, dass ein Schieber (33) dichtend in einer Ausnehmung (36) aufgenommen wird. r. Der Arbeitskolben (30) und der Hilfskolben (35) sind zwangssynchronisiert drehbar. s. Die Expansionsstufe (3) umfasst ein verstellbares Steuerelement (630), welches ein Eindringen des gezündeten Arbeitsgases in die Expansionsstufe (3) abwechselnd ermöglicht und verhindert.
6. Rotationskolbenmotor (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskolbenmotor (1) eine Zündkammer (60) aufweist, die zumindest eine der folgenden Anforderungen erfüllt: a. Die Zündkammer (60) ist zumindest abschnittsweise radial innerhalb des Arbeitskolbens (20) der Verdichtungsstufe (2) und/oder radial innerhalb des Arbeitskolbens (30) der Expansionsstufe (3) angeordnet. b. Die Zündkammer (60) kann in einem vorzugsweise verstellbaren Drehwinkelbereich des Arbeitskolbens (20) mit der Verdichtungsstufe (2) kommunizieren. c. Die Zündkammer (60) kann in einem vorzugsweise verstellbaren Drehwinkelbereich des Arbeitskolbens (30) mit der Expansionsstufe (3) kommunizieren. d. Die Zündkammer (60) kann in einem vorzugsweise verstellbaren Drehwinkelbereich des Arbeitskolbens (30) weder mit der Verdichtungsstufe (2) noch mit der Expansionsstufe (3) kommunizieren. e. Die Zündkammer (60) umfasst einen Zündkammerzulauf (62, 63, 64), der in einem vorzugsweise verstellbaren Drehwinkelbereich des Arbeitskolbens (20) der Verdichtungsstufe (2) über die Öffnung (21) mit einer Verdichtungskammer kommunizieren kann. f. Die Zündkammer (60) umfasst einen Zündkammerablauf, der in einem vorzugsweise verstellbaren Drehwinkelbereich des Arbeitskolbens (30) der Expansionsstufe (3) über die Öffnung (31) mit einer Expansionskammer kommunizieren kann. g. Die Zündkammer (60) umfasst eine Zündkerze (65), die im Wesentlichen parallel zu einer Rotationsachse der Arbeitskolben (20, 30) ausgerichtet ist. h. Die Zündkammer (60) ist zumindest abschnittsweise axial innerhalb des Arbeitskolbens (20) der Verdichtungsstufe (2) und/oder zumindest abschnittsweise axial innerhalb des Arbeitskolbens (30) der Expansionsstufe (3) angeordnet. i. Die Zündkammer (60) ist zumindest abschnittsweise innerhalb des Arbeitskolbens (20) der Verdichtungsstufe (2) und/oder zumindest abschnittsweise innerhalb des Arbeitskolbens (30) der Expansionsstufe (3) ausgebildet, wobei die Zündkammerabschnitte (602, 603) vorzugsweise in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind, bevorzugt unterschiedlich groß sind. j. Die Zündkammer (60) ist exzentrisch zur Achse des Arbeitskolbens (20) der Verdichtungsstufe (2) und/oder exzentrisch zur Achse des Arbeitskolbens (30) der Expansionsstufe (3) angeordnet, wobei der Abstand der Zündkammer (60) von der Achse des Arbeitskolbens (20, 30) vorzugsweise größer ist als der Abstand der der Zündkammer (60) von einer Mantelfläche (22, 32) des Arbeitskolbens (20, 30). k. Der Zündkammerausgang befindet sich radial und/oder in Umfangsrichtung versetzt zum Zündkammereingang, vorzugsweise radial außerhalb des Zündkammereingangs und/oder in Drehrichtung des Arbeitskolbens (20, 30) versetzt zum Zündkammereingang.
7. Rotationskolbenmotor (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskolbenmotor (1 ) eine Steuerkonsole (6) aufweist, die zumindest eine der folgenden Anforderungen erfüllt: a. Die Steuerkonsole (6) ist verstellbar, vorzugsweise verdrehbar, im Gehäuse (10) des Rotationskolbenmotors (1) angeordnet. b. Die Steuerkonsole (6) kann gegenüber dem Gehäuse (10) des Rotationskolbenmotors (1) um einen Winkel von +/- 30°, vorzugsweise +/- 20°, bevorzugt +/- 10°, besonders bevorzugt +/- 5° bezogen auf die Rotationsachse der Arbeitskolben (20, 30) verdreht werden. c. Die Zündkammer (60) und/oder der Zündkammerzulauf (62, 63, 64) und/oder der Zündkammerablauf und/oder die Zündkerze (65) ist/sind in der Steuerkonsole (6) angeordnet. d. Die Steuerkonsole (6) umfasst einen ersten zylindrischen Abschnitt (61), der radial innerhalb des Arbeitskolbens (20) der Verdichtungsstufe (2) angeordnet ist. e. Die Steuerkonsole (6) umfasst einen zweiten zylindrischen Abschnitt (66), der radial innerhalb des Arbeitskolbens (30) der Expansionsstufe (3) angeordnet ist.
8. Rotationskolbenmotor (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskolbenmotor (1) ein Gehäuse (10) aufweist, das zumindest eine der folgenden Anforderungen erfüllt: a. Das Gehäuse (10) ist mehrteilig aus im Wesentlichen plattenförmigen Teilen (101 , 102, 103, 104) aufgebaut. b. Das Gehäuse (10) umfasst einen vorderseitigen Gehäusedeckel (101), einen Gehäuserahmen (102) für die Verdichtungsstufe (2), einen Gehäuserahmen (103) für die Expansionsstufe (3) und einen rückseitigen Gehäusedeckel (104). c. Zumindest zwei Gehäuseteile (101 , 102, 103, 104) sind gegeneinander abgedichtet. d. Das Gehäuse (10) umfasst einen im Wesentlichen quaderförmigen Umriss. e. Das Gehäuse (10) umfasst eine Schnittstelle für einen Kraftstoffzulauf (11 ) und/oder eine Schnittstelle (12) für einen Gehäuse-Kühlkreislauf und/oder eine Schnittstelle (13) für einen Steuerkonsolen-Kühlkreislauf und/oder einen Abgasausgang (14) und/oder Schnittstellen für Daten- und Signalübertragung (15, 16). f. Das Gehäuse (10) umfasst einen Kraftstoffzulauf, in welchem vorzugsweise ein Kugelrückschlagventil angeordnet ist.
9. Rotationskolbenmotor (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskolbenmotor (1) zumindest eine Welle (4, 5) aufweist, die zumindest eine der folgenden Anforderungen erfüllt: a. Die Welle (4, 5) ist drehbar im Gehäuse (10) angeordnet. b. Die Welle (4, 5) erstreckt sich vollständig durch das Gehäuse (10) und steht auf gegenüber liegenden Seiten aus dem Gehäuse (10) hervor. c. Die Welle ist als Arbeitswelle (4) ausgebildet, auf welcher der Arbeitskolben (20) der Verdichtungsstufe (2) und/oder der Arbeitskolben (30) der Expansionsstufe (3) fest oder verstellbar angeordnet ist/sind. d. Die Welle ist als Hilfswelle (5) ausgebildet, auf welcher ein Hilfskolben (25) der Verdichtungsstufe (2) und/oder ein Hilfskolben (35) der Expansionsstufe (3) fest oder verstellbar angeordnet ist/sind. e. Die Arbeits- und Hilfswellen (4, 5) sind durch ein Getriebe miteinander gekoppelt. f. Das Getriebe ist als Zahnradgetriebe ausgebildet. g. Die Zahnräder (40, 50) des Zahnradgetriebes sind außerhalb des Gehäuses angeordnet. h. Die Zahnräder (40, 50) des Zahnradgetriebes sind als Stirnräder, vorzugsweise schräg verzahnte Stirnräder, ausgebildet. i. Das Übersetzungsverhältnis des Getriebes beträgt 1:1.
10. Rotationskolbenmotor (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskolbenmotor (1) zumindest einen Kühlkreislauf aufweist, vorzugsweise zwei getrennte Kühlkreisläufe aufweist.
11. Rotationskolbenmotor (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskolbenmotor (1 ) einen Vergaser zur Aufbereitung des Arbeitsgases aufweist.
12. Rotationskolbenmotor (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationskolbenmotor (1) eine Einspritzvorrichtung zur Einspritzung des Arbeitsgases in die Verdichtungsstufe (2) oder in die Zündkammer (60) aufweist.
13. Rotationskolbenmotor (1), umfassend eine Verdichtungsstufe (2) und eine Expansionsstufe (3) mit jeweils einem rotierenden Arbeitskolben (20, 30) zur Verdichtung bzw. Expansion eines Arbeitsgases sowie eine Zündkammer (60) zur Zündung und Verbrennung des Arbeitsgases, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündkammer (60) in einem verstellbaren Drehwinkelbereich des jeweiligen Arbeitskolbens (20, 30) mit der Verdichtungsstufe (2) und/oder mit der Expansionsstufe (3) kommunizieren kann.
14. Rotationskolbenmotor (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkelbereich des jeweiligen Arbeitskolben (20, 30), in welchem die Zündkammer (60) mit der Verdichtungsstufe (2) und/oder mit der Expansionsstufe (3) kommunizieren kann, in Abhängigkeit von einer Messgröße, vorzugsweise der Drehzahl des jeweiligen Arbeitskolbens (20, 30), gesteuert oder geregelt wird.
15. Rotationskolbenmotor (1), umfassend eine Verdichtungsstufe (2) und eine Expansionsstufe (3) mit jeweils einem rotierenden Arbeitskolben (20, 30) zur Verdichtung bzw. Expansion eines Arbeitsgases sowie eine Zündkammer (60) zur Zündung und Verbrennung des Arbeitsgases, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündkammer (60) zumindest abschnittsweise radial innerhalb des Arbeitskolbens (20) der Verdichtungsstufe (2) und/oder radial innerhalb des Arbeitskolbens (30) der Expansionsstufe (3) angeordnet ist.
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