EP3798414B1 - Engine unit for a four-stroke combustion engine with fixed combustion chambers - Google Patents

Engine unit for a four-stroke combustion engine with fixed combustion chambers Download PDF

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EP3798414B1
EP3798414B1 EP20020372.7A EP20020372A EP3798414B1 EP 3798414 B1 EP3798414 B1 EP 3798414B1 EP 20020372 A EP20020372 A EP 20020372A EP 3798414 B1 EP3798414 B1 EP 3798414B1
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EP
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working
piston
combustion chamber
volume
transport
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EP20020372.7A
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EP3798414A1 (en
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Bernd Wenzel
Werner Schrieder
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01CROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/30Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F01C1/40Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and having a hinged member
    • F01C1/46Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and having a hinged member with vanes hinged to the outer member
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/30Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F04C2/34Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in groups F04C2/08 or F04C2/22 and relative reciprocation between the co-operating members
    • F04C2/344Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in groups F04C2/08 or F04C2/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member
    • F04C2/3441Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in groups F04C2/08 or F04C2/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surface substantially parallel to the axis of rotation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/30Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F04C2/34Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in groups F04C2/08 or F04C2/22 and relative reciprocation between the co-operating members
    • F04C2/356Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in groups F04C2/08 or F04C2/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the outer member
    • F04C2/3562Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in groups F04C2/08 or F04C2/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the outer member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surface substantially parallel to the axis of rotation

Definitions

  • the invention relates to a motor unit for a four-stroke internal combustion engine for a compressible working medium, comprising a stationary central part, a transport piston and a working piston, the transport piston and the working piston each being rotatably mounted relative to the stationary central part about a common axis of rotation.
  • the invention also relates to a method for operating such a motor unit.
  • EP 0 085 427 A1 discloses a four stroke internal combustion engine with two rotary pistons.
  • An eccentric piston is eccentrically connected to a motor shaft and is rotatably mounted in a first piston chamber so that it can rotate about an axis of the motor shaft.
  • a working piston is centrally connected to the motor shaft and is rotatably mounted in a second piston chamber around the axis of the motor shaft.
  • a radially outer orbit for the working piston that is arranged in the second piston chamber has a cutout for a combustion chamber.
  • a valve flap of a pivot valve is pivoted out of its valve seat at the edge of an opening in the combustion chamber opposite the second piston chamber into the second piston chamber.
  • the construction is comparatively complicated and the valve cap has to move very quickly during operation. It is also directly adjacent to the combustion chamber and is consequently exposed to very high thermal loads.
  • the combustion chamber is shaped unfavorably for as complete a combustion as possible.
  • WO 2006/073262 A1 describes another rotary motor.
  • a radially outwardly extending sealing nose of a rotating rotor and a valve element divide an inner space of a cylinder into a suction space and a discharge space.
  • the rotary engine further includes an intake port for intake of a fuel-air mixture into the intake space, a spark plug for igniting the fuel-air mixture in the intake space, and a discharge port formed in the discharge space.
  • a rotary internal combustion engine is in GB 2 452 572 A1 shown.
  • the arrangement comprises a housing with a chamber formed therein, a double cam in the center of the chamber and a rotor.
  • the rotor is mounted in the chamber, surrounds the double cam and can be rotated around the double cam.
  • a shape of the double cam follows a shape of an inner wall of the chamber in order to ensure a constant distance between the double cam and the inner wall in a radial direction.
  • sealing elements which are arranged in the rotor are displaced in the radial direction through the inner wall and the double cams. Depending on a rotational position, the sealing elements separate an inlet volume from a compression volume and a combustion volume from an output volume.
  • U.S. 5,681,157 A discloses a rotary internal combustion unit for a rotary internal combustion engine which cooperates with an upstream compressor unit.
  • the rotary combustion unit comprises a cylinder in which a rotary piston with two radially outwardly projecting cams is rotatably mounted.
  • Two spring-actuated, retracting and extending slide elements are retracted and extended by the cams.
  • each of the slide elements divides one of the two volumes in the cylinder between the two cams into a first volume for admitting the mixture, igniting the mixture and burning it and a second volume for discharging the combustion products.
  • the compression is performed by the upstream compressor unit.
  • US 2011/083637 A1 shows an engine unit with a double combustion chamber and six blades.
  • Known rotary piston engines are often constructed in a complicated manner. For example, they often have many moving parts and complex flap or slide arrangements. In addition, such sensitive flap or slide arrangements are exposed to high pressures, high accelerations and high temperatures. This can lead to higher production costs, higher costs for suitable materials, high maintenance requirements and poor reliability. In addition, the efficiency of known rotary piston engines is often poor.
  • the object of the invention is to create a motor unit for a four-stroke internal combustion engine with rotary pistons which enables greater efficiency.
  • the motor unit comprises a stationary central part, a transport piston and a working piston, the transport piston and the working piston being firmly connected to one another and being mounted rotatably about a common axis of rotation relative to the stationary central part.
  • the combustion chamber housing has at least one combustion chamber, the at least one combustion chamber having a first combustion chamber opening which opens on the first working surface and a second combustion chamber opening which opens on a second working surface.
  • the at least one combustion chamber is integrated into the burner housing of the stationary central part.
  • a shape or geometry of the combustion chamber depends neither on a rotary position of the transport piston nor on a rotary position of the rotary piston.
  • the geometry of the at least one combustion chamber can therefore be freely designed and optimized. This enables the motor unit to be particularly efficient.
  • the mechanically and thermally stressful ignition takes place exclusively in the combustion chamber and thus exclusively in the stationary combustion chamber housing.
  • the transport piston is only minimally thermally and mechanically stressed by the ignition process as such, namely only in an area that is in contact with the first combustion chamber opening at this point in time.
  • Even the working piston is only minimally thermally and mechanically stressed by the ignition process as such, namely only in an area that is in contact with the second inlet opening at this point in time.
  • combustion chamber housing together with the at least one combustion chamber is arranged directly between the transport piston and the working piston.
  • the combustion chamber housing thus directly separates an intake and compression side of the engine unit (a cold side of the engine unit) and one Expansion and discharge side of the motor unit (a hot side of the motor unit).
  • a cold side of the engine unit a cold side of the engine unit
  • a hot side of the motor unit a hot side of the motor unit
  • lighter materials with lower density
  • less temperature-resistant materials and / or lower material thicknesses are used on the cold side. That saves costs.
  • this also increases the efficiency.
  • material or materials with better sliding properties are used on the cold side than on the hot side due to the lower mechanical and thermal loads.
  • the transport piston can have a lighter material, a less temperature-resistant material and / or a smaller material thickness than the working piston.
  • the transport piston can have a sliding coating.
  • the transport piston and the working piston are each rotary piston.
  • the transport piston is used to suck in and compress the working medium.
  • the first working volume is used to suck in and compress the working medium.
  • the working piston is used to expand and expel combustion products of the working medium.
  • the second working volume is used to expand and expel the combustion products.
  • the combustion chamber housing is arranged between the transport piston and the working piston, the second working surface and the first working surface are formed on opposite sides of the combustion chamber housing.
  • the first working surface can be arranged on an inner surface of the combustion chamber housing in a radial direction that is perpendicular to the axis of rotation.
  • the second working surface is then arranged on an outer surface of the combustion chamber housing. The reverse is also possible.
  • the second working surface is arranged on the outer surface. Due to the larger circumference of the second work surface, the hot side, in particular the hotter second work surface, can be cooled better. That increases the reliability. In addition, this arrangement makes it easier to create a large maximum expansion volume. This creates a high thermodynamic efficiency.
  • the combustion chamber housing can particularly preferably have an at least substantially hollow-cylindrical basic shape, the first working surface being arranged on a radially inner cylinder jacket surface and the second working surface being arranged on a radially outer cylinder jacket surface.
  • This variant can be produced easily and inexpensively. The reverse arrangement is also possible.
  • the first working surface can be arranged on an end surface of the combustion chamber housing in a longitudinal direction which runs parallel to the axis of rotation, for example on an upper end surface.
  • the second working surface is then arranged on an opposite end face of the combustion chamber housing in the longitudinal direction, for example on a lower end face.
  • Such a design is also referred to as an "axial design”.
  • the transport piston and the working piston can be shaped similarly or even identically. The motor unit is in this variant easier to maintain, since both the transport piston and the working piston are located on the outside of the combustion chamber housing.
  • the working medium is ignited in the at least one combustion chamber.
  • the motor unit preferably comprises an ignition device for igniting the working medium in the at least one combustion chamber.
  • ignition in the combustion chamber can take place by self-ignition.
  • the at least one combustion chamber has an ellipsoidal, spherical or cylindrical basic shape. Sharp-angled or obtuse-angled shapes are also possible, but have poorer combustion properties.
  • the specific design of the combustion chamber's geometry optimizes the ignition behavior and the burn-off behavior of the working medium and thus ultimately the performance and efficiency of the motor unit.
  • the transport piston and the working piston are non-rotatably connected. This allows a particularly simple and reliable construction.
  • the transport piston and the working piston can be rigidly connected in a rotationally fixed manner.
  • the motor unit has a piston adjustment for the targeted adjustment of a relative rotation (an angular offset) between the transport piston and the working piston.
  • the piston adjustment can be set up to adjust the angular offset in an angular range of -10 ° to 10 °.
  • a direction of rotation of the transport piston corresponds to a direction of rotation of the working piston. In this respect, it is generally sufficient to use the term direction of rotation.
  • a piston surface of the transport piston (a first piston surface) is preferably in sealing contact with the first working surface in some areas and is in some areas away from the first working surface in order to form the at least one first working volume.
  • the first piston surface comprises at least one sliding area of the transport piston, which is configured to slide along (sealingly) along the first working surface in the direction of rotation of the transport piston.
  • the at least one sliding area of the transport piston serves as a sealing surface for sealing the at least one first working volume along the direction of rotation of the transport piston.
  • the first piston surface comprises at least one working volume area in which the first piston surface is removed from the first working surface in order to form the at least one first working volume.
  • the first piston surface (in particular the at least one sliding area of the transport piston) closes the first combustion chamber opening when the first piston surface, depending on a rotational position of the transport piston (in particular the at least one sliding area of the transport piston), seals against an area of the first working surface with the first combustion chamber opening is applied.
  • the first piston surface can then directly close the first combustion chamber opening.
  • the at least one first working volume is moved along the first working surface when the transport piston rotates.
  • the first volume of work can be subdivided into a suction volume and a compression volume depending on the rotational position of the transport piston (and thus depending on a position of the at least one first working volume relative to the first working surface). In this way, the working medium is moved on the cold side.
  • a number of the sliding areas of the transport piston corresponds exactly to a number of the first working volumes.
  • the number of sliding areas thus corresponds to a number of working volume areas of the transport piston. This number can be one or more, for example.
  • "Several" means “at least two” in the context of this disclosure. If several working volume areas are formed, these are separated from one another in the direction of rotation of the transport piston by the sliding areas of the transport piston. In this way, several first working volumes can be formed reliably and easily, which in turn are each subdivided into a suction volume and a compression volume as a function of their respective rotational position.
  • a piston surface of the working piston preferably lies sealingly against the second working surface in some areas (a second piston surface) and is in some areas away from the second working surface in order to form the at least one second working volume.
  • the second piston surface comprises at least one sliding area of the working piston which is configured to slide (sealingly) along the second working surface in the direction of rotation of the working piston.
  • the at least one sliding area of the working piston serves as a sealing surface for sealing the at least one second working volume along the direction of rotation of the working piston.
  • the second piston surface comprises at least one working volume area in which the second piston surface is removed from the second working surface in order to form the at least one second working volume.
  • the second piston surface (in particular the at least one sliding area of the working piston) closes the second combustion chamber opening when the second piston surface (in particular the at least one sliding area of the working piston), depending on a rotational position of the working piston, forms a seal on an area of the second working surface with this second combustion chamber opening is applied.
  • the second piston surface can then directly close the second combustion chamber opening.
  • the at least one second working volume is moved along the second working surface when the working piston rotates.
  • the second working volume can be subdivided into an expansion volume and an ejection volume depending on the rotational position of the working piston (and thus depending on a position of the at least one second working volume relative to the second working surface). In this way, the combustion products are routed on the hot side.
  • a number of the sliding areas of the working piston corresponds exactly to a number of the second working volumes.
  • the number of sliding areas thus corresponds to a number of working volume areas of the working piston. This number can be one or more, for example. If several working volume areas are formed, these are separated from one another in the direction of rotation of the working piston by the sliding areas of the working piston. In this way, several second working volumes can be formed reliably and easily, which in turn are each subdivided into an expansion volume and an ejection volume as a function of their respective rotational position.
  • the first combustion chamber opening of the at least one combustion chamber, the at least one combustion chamber and the second combustion chamber opening of the at least one combustion chamber establish a fluid connection between the first working surface and the second working surface.
  • the first piston surface closes the first combustion chamber opening at a point in time of maximum compression of the working medium and / or an ignition point for the at least one combustion chamber and that at the same time the second piston surface closes the second combustion chamber opening.
  • At least one shut-off device is designed as a flap or slide, as will be described further below, then the at least one shut-off device is not exposed to any mechanical stress from the combustion at this point in time. Furthermore, the volume of the working medium for the respective ignition process is minimal.
  • the ignition takes place preferably at a delayed ignition time, immediately at which a new expansion volume has started to open at the second combustion chamber opening.
  • the delayed ignition point between the point in time of maximum compression of the working medium and a latest possible ignition point at which the stated expansion volume particularly preferably reaches 10% of its later, maximum volume is preferred has, most preferably 5%.
  • the transport piston closes the first combustion chamber opening at the latest possible ignition point.
  • the ignition takes place preferably at a leading ignition time, immediately before the compression volume has completely collapsed at the first combustion chamber opening.
  • the leading ignition time between the time of maximum compression of the working medium and an earliest possible ignition time at which the just mentioned compression volume is particularly preferably reduced to 10% of its earlier, maximum volume is preferred, very preferably to 5%.
  • the working piston closes the second combustion chamber opening at the earliest possible ignition point.
  • the engine unit can have an ignition adjustment which automatically adjusts the ignition point between the earliest possible ignition point and the latest possible ignition point at least as a function of a speed and / or supply quantity of the working medium per unit of time. This improves efficiency, power and torque in difficult operating conditions.
  • An inlet opening for sucking in the working medium is preferably formed in the stationary central part for each of the at least one combustion chamber, which inlet opening is swept over by the at least one first working volume when the transport piston is rotated. So there is at least one inlet opening. If there are several combustion chambers, there is one inlet opening for each of the several combustion chambers, particularly preferably precisely one inlet opening in each case.
  • the at least one inlet opening serves to suck in or admit the working medium into the at least one first working volume (or more precisely its suction volume).
  • the at least one inlet opening is particularly preferably formed in the first working surface or in a lateral sealing surface of the stationary central part for the transport piston.
  • the latter is a surface which adjoins the first working surface and on which the transport piston slides along in a sealing manner.
  • the lateral sealing surface of the stationary central part for the transport piston can be formed locally perpendicular to the first working surface, viewed in a sectional plane perpendicular to the direction of rotation. It can extend in the shape of a cylinder jacket (axial design) or circular ring (radial design) around the axis of rotation along the direction of rotation.
  • a completely retractable shut-off device is arranged in the first working surface for each of the at least one combustion chamber, which, viewed along the direction of rotation of the transport piston, is positioned behind the first combustion chamber opening of this combustion chamber and in front of the next inlet opening and which depends on the rotational position of the Transport piston limits a compression volume in the at least one first working volume.
  • it subdivides the at least one working volume into the suction volume and the compression volume as a function of the rotational position of the transport piston.
  • the shut-off device divides the compression volume in the at least one first working volume as a function of the rotational position of the transport piston. A presence and a volume of this compression volume are dependent on the angle of rotation.
  • the compression volume decreases as it sweeps over the first combustion chamber opening. This removes the working medium the compression volume is pressed through the first combustion chamber opening into the associated combustion chamber and compressed.
  • the compression volume is completely collapsed precisely when the associated first working volume has completely passed over the first combustion chamber opening.
  • Complete in this special context means that a volume of the compression volume at this point in time is a maximum of 10%, even more preferably a maximum of 5% of a maximum volume of the compression volume.
  • Said shut-off device prevents the working medium in the at least one first working volume (or in particular in the compression volume formed therein) from being transported past the first combustion chamber opening.
  • this shut-off device is positioned immediately behind the first combustion chamber opening of this combustion chamber and / or immediately in front of the next inlet opening, viewed along the direction of rotation of the transport piston.
  • direct means that a respective angular offset of the two elements about the axis of rotation is a maximum of 30 °, extremely preferably a maximum of 15 °.
  • At least one shut-off device is therefore arranged in the first work surface.
  • shut-off device Since the shut-off device is arranged in the first working surface, the forces acting on it are safely transferred to the combustion chamber housing and thus to the stationary central part. When this shut-off device is completely sunk, no part of the shut-off device protrudes from the first work surface in the direction of the transport piston. The at least one sliding surface of the transport piston can therefore sweep over the completely sunk shut-off device completely unhindered. At this time, of course, the shut-off device cannot subdivide the at least one first working volume. When the at least one first working volume then passes over the shut-off device, the shut-off device extends into the at least one first working volume in order to subdivide it into the suction volume and the compression volume.
  • this inlet opening is of course also the next inlet opening (viewed in the direction of rotation of the transport piston) in the above sense. If, for example, several combustion chambers are formed, each with a combustion chamber opening and an inlet opening for each of the combustion chambers, then the next inlet opening (viewed in the direction of rotation of the transport piston) is that of the inlet openings which are used for sucking in the working medium for the (seen in the direction of rotation of the transport piston) ) next combustion chamber is used.
  • An outlet opening for ejecting combustion products of the working medium is preferably formed in the stationary central part for each of the at least one combustion chamber, which outlet opening is swept over by the at least one second working volume when the working piston rotates. So there is at least one outlet opening. If there are several combustion chambers, there is one outlet opening for each of the several combustion chambers, particularly preferably precisely one outlet opening in each case.
  • the at least one outlet opening serves to discharge or expel the combustion products from the at least one second working volume (or more precisely its expulsion volume).
  • the at least one outlet opening is particularly preferably formed in the second working surface or in a lateral sealing surface of the stationary central part for the working piston.
  • the latter is a surface which adjoins the second working surface and on which the working piston slides along in a sealing manner.
  • the lateral sealing surface of the stationary central part for the working piston can be formed locally perpendicular to the second working surface, viewed in a sectional plane perpendicular to the direction of rotation. It can extend in the shape of a cylinder jacket (axial design) or circular ring (radial design) around the axis of rotation along the direction of rotation.
  • a completely retractable shut-off device is arranged in the second working surface for each of the at least one combustion chamber, which is positioned in front of the second combustion chamber opening of this combustion chamber and behind the previous outlet opening, viewed along a direction of rotation of the working piston, and which is dependent on the rotational position of the working piston in which at least one second working volume limits an expansion volume.
  • it depending on the rotational position of the working piston, it divides the at least one second working volume into the expansion volume and the discharge volume.
  • the shut-off device divides the expansion volume in the at least one second working volume as a function of the rotational position of the working piston. A presence and a volume of this expansion volume are dependent on the angle of rotation.
  • the expansion volume increases as it sweeps over the second combustion chamber opening. This allows the products of combustion expand out of the combustion chamber through the second combustion chamber opening into the expansion volume and expand further in the expansion volume.
  • the expansion volume is then newly divided or newly formed, shortly before the associated at least one second working volume begins to sweep over the second combustion chamber opening. "Just before” means in this special context that a volume of the expansion volume has only reached a maximum of 10%, more preferably a maximum of 5% of its maximum volume before the associated at least one second working volume begins to sweep over the second combustion chamber opening.
  • Said shut-off device prevents the combustion products from flowing out of the second combustion chamber opening into a part of the at least one second working volume (it can in particular be one of the output volumes) which, viewed in the direction of rotation of the working piston, is still located in front of the second combustion chamber opening.
  • this shut-off device is positioned immediately in front of the second combustion chamber opening of this combustion chamber and immediately behind the previous outlet opening, viewed along the direction of rotation of the working piston.
  • direct means that a respective angular offset of the two elements about the axis of rotation is a maximum of 30 °, extremely preferably a maximum of 15 °. With this arrangement, the maximum expansion volume and consequently the achieved expansion ratio become particularly high. This ensures high performance and high efficiency of the motor unit.
  • shut-off device in the second work surface.
  • shut-off device Since the shut-off device is arranged in the second working surface, the forces acting on it are safely on the combustion chamber housing and thus on transfer the fixed middle part. This also specifies the direction of rotation of the working piston: While the pressure forces resulting from the expansion are transferred from this shut-off device to the stationary central part against the direction of rotation of the working piston, on the other hand, these pressure forces drive the working piston along its direction of rotation. This ensures that the expansion volume increases with further rotation. When this shut-off device is completely sunk, no part of the shut-off device protrudes from the second working surface in the direction of the working piston. The at least one sliding surface of the working piston can therefore easily pass over the completely sunk shut-off device.
  • the shut-off device cannot subdivide the at least one second working volume.
  • the shut-off device extends into the at least one second working volume in order to subdivide it into the expansion volume and the discharge volume.
  • this outlet opening is of course also the previous outlet opening (viewed in the direction of rotation of the working piston) in the above sense. If, for example, several combustion chambers are formed, each with a combustion chamber opening and an outlet opening for each of the combustion chambers, then the previous outlet opening (viewed in the direction of rotation of the working piston) in the above sense is that of the outlet openings which are used to expel the combustion products from the (in the direction of rotation of the working piston) the previous combustion chamber is used.
  • the at least one first shut-off device which is arranged in the first working surface, is always sealing on the first piston surface. Anytime in this context means independent of the rotational position of the transport piston.
  • the at least one second shut-off device which is arranged in the second working surface, is in sealing contact with the second piston surface at all times.
  • the transport piston is particularly preferably shaped such that each of the at least one shut-off device, which is arranged in the first working surface, is subjected to a phase-wise constant acceleration when the transport piston rotates (at a constant angular velocity).
  • Such a configuration ensures that a contact pressure and thus frictional forces on the at least one shut-off device and its wear are minimal. Furthermore, this refinement ensures that a ratio of a maximum speed of the at least one shut-off device to the rotational speed is minimal. This enables higher speeds.
  • shut-off device only exactly one shut-off device can be arranged in the first work surface.
  • the "each" then applies to exactly one shut-off device in the first work surface.
  • the distance can extend along the radial direction or along the longitudinal direction.
  • the first working surface preferably has the shape of a cylinder jacket.
  • the change in the distance as a function of the angular coordinate is thus defined solely by the shape of the first piston surface.
  • the continuous function, defined in sections, then describes the deviation of the first piston surface from an ideal cylinder jacket shape.
  • the first working surface preferably has a circular ring shape.
  • the change in the distance as a function of the angular coordinate is thus defined solely by the shape of the first piston surface.
  • the continuous function, defined in sections, then describes the deviation of the first piston surface from an end surface of an ideal hollow cylinder.
  • the function can be repeated accordingly.
  • a function corresponding to the above function describes the distance over time at the point of the at least one Locking device in the first work surface.
  • the constant positive second derivative in the context described above then leads to a constant positive acceleration of the shut-off device along a direction of the distance, that is, perpendicular to the first working surface from the first working surface to the first piston surface.
  • the above-mentioned refinements of the function are therefore examples of how it can be ensured that the at least one shut-off device, which is arranged in the first working surface, is subjected to a phase-wise constant acceleration when the transport piston rotates at a constant angular velocity.
  • the working piston is preferably shaped such that each of the at least one shut-off device, which is arranged in the second working surface, is subjected to a phase-wise constant acceleration when the working piston rotates at a constant angular velocity.
  • a distance between the second piston surface and the second working surface can be characterized in the same way by a continuous function defined in sections as a function of the angular coordinate about the axis of rotation.
  • each shut-off device comprises a slide, a flap, or a door, which in an associated matching recess in the combustion chamber housing is completely retractable.
  • the associated recess is formed in the first working surface or in the second working surface of the combustion chamber housing.
  • the flaps ensure safer guidance, but they take up more space than the slide.
  • the doors also have a very small footprint.
  • each of the at least one shut-off device in the work surface can have a slide, while each of the at least one shut-off device in the second work surface has a flap.
  • This is particularly advantageous in radial designs when the second working surface is arranged on the radial outer surface of the combustion chamber housing.
  • the first working surface on the radial inside of the combustion chamber housing offers less space. So the sliders are an advantage here.
  • the second work surface offers more space due to its larger size.
  • the mechanical and thermal loads for the at least one shut-off device in the second working area are greater. So this is where flaps are particularly suitable.
  • the design of the at least one shut-off device as a door is ideal for radial designs of the motor unit.
  • an inside of this door defines part of a wall of the associated at least one combustion chamber.
  • the shape of the combustion chamber can be designed even more freely.
  • the inside of the door can have the shape of part of a sphere.
  • a door for the first combustion chamber opening can be formed in the first working surface and a door for the second combustion chamber opening can be formed in the at least second working surface. So can at least one Combustion chamber even have a spherical wall in the area of the first combustion chamber opening and the second combustion chamber opening when these two doors are closed.
  • the door If the door is arranged in the first working surface, then it closes the first combustion chamber opening of the combustion chamber when the at least one sliding area of the transport piston passes over this first combustion chamber opening.
  • An outside of the door can be shaped in such a way that the outside in this state continues the first work surface in the area of this first combustion chamber opening in a flush manner and conforms to its shape.
  • the first piston surface does not close the first combustion chamber opening directly, but rather indirectly via the door.
  • the first piston surface (or its at least one sliding area) supports the door on the outside when the door is closed.
  • the door can transfer the pressure forces in the associated combustion chamber directly and practically completely to the first piston surface when the door is completely closed. This ensures high stability and high reliability.
  • the first piston surface closes the first combustion chamber opening, since it pushes the associated door shut, that is, it closes it before ignition and keeps it closed during ignition.
  • the door is arranged in the first working surface, it is preferably hinged to the combustion chamber housing on the side of the first working surface so that it can rotate along the direction of rotation of the transport piston immediately behind the associated first combustion chamber opening.
  • the door can be pivoted about a door pivot axis, which is parallel to the axis of rotation (of the transport piston), in order to open or close the associated first combustion chamber opening.
  • a length of the door perpendicular to the door pivot axis is in this case preferably greater than the maximum distance between the first working surface and the first piston surface. Even when the door is opened to the maximum, a pressure of the working medium in the compression volume presses the door more strongly onto the first piston surface. The pressure of the working medium in the compression volume contributes to an improved sealing of the compression volume on the door.
  • the design of the shut-off device as a door thus has the advantage that no elastic element (such as a spring) or at least no strong elastic element has to provide this seal.
  • an opening aid (such as a spring) is still provided, which provides a force for opening the door.
  • the door opens quickly and safely as soon as it is swept over by the at least one first working volume. Since only comparatively small forces are required for opening, the opening aid can, for example, comprise a magnetic element on an end of the door facing away from the door pivot axis and at least one magnetic element on or below the first piston surface.
  • the door If the door is arranged in the second working surface, then it closes the second combustion chamber opening of the associated combustion chamber when the at least one sliding area of the working piston sweeps over this second combustion chamber opening.
  • An outside of the door can be shaped in such a way that in this state the outside continues the second work surface in the area of this second combustion chamber opening in a flush manner and conforms to its shape.
  • the second piston surface does not close the second combustion chamber opening directly, but rather indirectly via the door.
  • the second piston surface provides support (or their at least one sliding area) the door from the outside when the door is closed.
  • the door can transfer the pressure forces in the associated combustion chamber directly and practically completely to the second piston surface when the door is completely closed. This ensures high stability and high reliability.
  • the second piston surface closes the second combustion chamber opening, since it closes the associated door, that is to say it closes before ignition and keeps it closed during ignition.
  • the door is arranged in the second working surface, it is preferably articulated so that it can rotate along the direction of rotation of the working piston immediately in front of the associated second combustion chamber opening on the combustion chamber housing on the side of the second working surface.
  • the door can be pivoted about a door pivot axis, which is parallel to the axis of rotation, in order to open or close the associated second combustion chamber opening.
  • a length of the door perpendicular to the door pivot axis is preferably greater than the maximum distance between the second working surface and the second piston surface. Even when the door is opened to the maximum, the pressure of the products of combustion in the expansion volume presses the door more strongly on the second piston surface. The pressure thus contributes to an improved sealing of the expansion volume on the door.
  • the design of the shut-off device as a door has the advantage that there is no elastic element (such as, for example a spring) or at least no strong elastic element has to provide this seal. In any case, the door opens automatically due to the pressure of the combustion products in the associated combustion chamber. In one development, however, an opening aid (such as a spring) is still provided, which provides a force for opening the door.
  • the opening aid can for example comprise a magnetic element on an end of the door facing away from the axis of rotation and at least one magnetic element on or below the second piston surface.
  • the combustion chamber housing of the stationary central part has a plurality of combustion chambers which are arranged symmetrically about the axis of rotation.
  • combustion chambers are arranged offset from one another by the same angular distances along the direction of rotation of the working piston.
  • these angular distances between adjacent combustion chambers can be 120 ° in an embodiment with three combustion chambers, and 90 ° in an embodiment with four combustion chambers.
  • the transport piston preferably has a hollow cylindrical basic shape, with a cylinder jacket surface facing the combustion chamber housing being the first piston surface and is partially set back away from the combustion chamber housing in order to form the at least one first working volume between the transport piston and the combustion chamber housing.
  • a radially outer cylinder jacket surface of the transport piston facing the combustion chamber housing is set back radially inward in some areas.
  • the radially outer cylinder jacket surface of the transport piston is - compared to an ideal hollow cylinder - recessed or indented in some areas. There is at least one such recess (indentation).
  • the working piston preferably has a hollow cylindrical basic shape, with a cylinder surface facing the combustion chamber housing forming the second piston surface and being set back in some areas away from the combustion chamber housing in order to form the at least one second working volume between the working piston and the combustion chamber housing.
  • the transport piston and the working piston are concentric with one another around the axis of rotation with respect to their respective hollow cylindrical basic shapes, the combustion chamber housing being arranged in the radial direction (transverse to the axis of rotation) directly between the transport piston and the working piston.
  • the combustion chamber housing separates an area for the transport piston (a first piston chamber) from an area for the second transport piston (a second piston chamber), viewed along the radial direction.
  • the second working surface is on the radially outer cylinder jacket surface of the combustion chamber housing, then a radially inner one, the Combustion chamber housing facing cylinder jacket surface of the working piston partially set back radially outward.
  • the radially inner cylinder jacket surface of the working piston is - compared to an ideal hollow cylinder - recessed or indented in some areas. There is at least one such recess (indentation).
  • the transport piston and the working piston are arranged offset along the longitudinal direction, the combustion chamber housing being arranged along the longitudinal direction directly between the transport piston and the working piston.
  • the combustion chamber housing viewed in the longitudinal direction, separates the area for the transport piston (the first piston chamber) from the area for the second transport piston (the second piston chamber) from one another.
  • the transport piston has a hollow cylindrical basic shape, with an end face facing the combustion chamber housing forming the first piston surface and being partially set back along the longitudinal direction in order to form the at least one first working volume between the transport piston and the combustion chamber housing
  • first working surface is an axially upper end face of the combustion chamber housing
  • an axially lower cylinder jacket end face of the transport piston facing the combustion chamber housing is set back upwards in some areas in the longitudinal direction (i.e. axially).
  • the axially lower cylinder end face of the transport piston is - compared to an ideal hollow cylinder - recessed in some areas or indented upwards. There is at least one such recess (indentation).
  • the working piston has a hollow cylindrical basic shape, with an end face facing the combustion chamber housing forming the second piston surface and being set back in some areas in order to form the at least one second working volume between the working piston (and the combustion chamber housing).
  • the second working surface is an axially lower end face of the combustion chamber housing
  • an axially upper cylinder jacket end face of the working piston facing the combustion chamber housing is set back downwards in some areas in the longitudinal direction (i.e. axially).
  • the axially upper cylinder end face of the working piston is - compared to an ideal hollow cylinder - recessed in some areas or indented downwards. There is at least one such recess (indentation).
  • a further object of the invention is to provide a method with which the engine unit with rotary pistons for a four-stroke internal combustion engine can be operated with higher efficiency.
  • a method for operating a motor unit for a four-stroke internal combustion engine for a compressible working medium wherein the inlet opening for sucking in the working medium is formed for the at least one combustion chamber, which when the transport piston rotates from the at least one first working volume is swept over, and wherein for the at least one combustion chamber the outlet opening is formed for ejecting combustion products of the working medium, which is swept over by the at least one second working volume when the working piston rotates.
  • the expansion volume is formed at the beginning of the expansion step, specifically at a front region of the at least one second working volume - viewed along the direction of rotation of the working piston. During the expansion step, the expansion volume and thus a proportion of the expansion volume in the at least one second working volume increases. Particularly preferably, the expansion volume extends over the complete at least one second working volume at the end of the expansion step.
  • the separation or the formation of the separate suction volume is not absolutely necessary.
  • the inlet opening then immediately comes into fluid connection with the complete at least one first suction volume as soon as the at least one first suction volume begins to sweep over the inlet opening.
  • the working medium is actively pressed from the outside into the at least one first working volume in the inlet step, for example by a compressor and / or a turbocharger.
  • the motor unit actively supports the intake of the working medium by sucking it in.
  • the separation can be brought about, for example, by the shut-off device as described elsewhere in the disclosure.
  • the suction volume is formed at the beginning of the inlet step, specifically at a front region of the at least one first working volume - viewed along the direction of rotation of the transport piston.
  • the intake volume and thus a proportion of the intake volume in the at least one first working volume increases.
  • the suction volume extends over the complete at least one first working volume at the end of the inlet step.
  • the separation or formation of the separate discharge volume is generally not absolutely necessary. Then, however, a remainder of the combustion products remains in the at least one second working volume.
  • the separation can be brought about, for example, by the shut-off device as described elsewhere in the disclosure.
  • the ejection volume is completely collapsed at the end of the reduction in size.
  • the motor unit according to the invention is suitable as a motor in a hybrid vehicle, in particular as a “range extender”. Since it is a rotary piston motor unit, it runs extremely smoothly, both mechanically and acoustically. It is also light and compact. The working principle allows a high speed and thus a good power density or a good power to weight ratio.
  • the motor unit is preferably operated at a constant nominal speed, which ensures high efficiency.
  • the motor unit according to the invention according to any of the described embodiments is also suitable as a motor for an electricity generator, especially for a portable electricity generator, on account of the advantages described.
  • a working medium flows in the radial direction from inlet openings 8 to outlet openings 9, as shown in the first, radial embodiment of a motor unit according to the invention.
  • the second, axial embodiment of a motor unit according to the invention shown moves the working medium essentially along a longitudinal direction parallel to an axis of rotation 7 of the motor unit.
  • the motor unit shown comprises a stationary center part (also called a stationary center part 1) and two rotatably mounted rotary pistons 2 and 3 that are firmly connected to one another, namely an inner transport piston 2 and an outer working piston 3. Due to the shape of the rotary piston 2, 3, one or more working volumes 4, 31 and 30, 34 are formed between the respective rotary piston 2, 3 and a combustion chamber housing 18.
  • a suction (in a suction volume 30) and a compression (in a compression volume 34) of the working medium in a first working volume 30, 34 takes place in the radial version by the inner rotary piston 2 (also called transport piston 2).
  • An expansion (in an expansion volume 4) and an ejection (from an expulsion volume 31) of the combustion products take place in a second working volume 4, 31 of the other, outer rotary piston 3 (also called working piston 3), with each of the rotary pistons 2, 3 at least one of the Working volume 30, 3 or 4, 31 forms.
  • the fixed central part 1 contains at least one combustion chamber 5, but several combustion chambers 5 can also be present, which are then preferably arranged symmetrically about the axis of rotation 7 in the fixed central part 1.
  • Motor units with several combustion chambers 5 can be operated at a lower speed and are characterized by a very smooth running.
  • the working volumes 30, 34 or 4, 31 may cover a maximum of an angular range that is smaller than a smallest angular range between the inlet openings 6 of the combustion chambers 5.
  • two combustion chamber openings 6a, 6b (a first combustion chamber opening 6a and a second combustion chamber opening 6b) of the respective combustion chambers 5 are each arranged parallel to the axis of rotation 7, the transport piston 2, the stationary central part 1 with the combustion chamber housing 18 and working piston 3, viewed along a direction of the axis of rotation 7 (and thus along the longitudinal direction), lie one behind the other.
  • the two combustion chamber openings 6 of the (two) combustion chambers 5 are perpendicular to the axis of rotation 7 and the two rotary pistons 2, 3 are arranged concentrically to the axis of rotation 7 on both sides of the combustion chamber housing 18, with the transport piston 2 on the inside.
  • the inlet openings 8 and the outlet openings 9 are each opened and closed by covering sealing surfaces 10 of different widths by the rotary pistons 2, 3 during the rotary movement of the same.
  • the individual inlet openings 8 are closed or not closed by the sealing surface 10 of the transport piston 2 as a function of a rotational position of the transport piston 2.
  • the suction volume 30 is in fluid connection with this inlet opening 8.
  • the individual outlet openings 9 are closed or not closed by the sealing surface 10 of the working piston 3 as a function of a rotational position of the working piston 3.
  • the second working volume 4, 31 is just sweeping over one of the outlet openings 9, at least part of the second working volume 4, 31, more precisely the discharge volume 31, is in fluid connection with this outlet opening 9.
  • a sliding surface of the respective rotary piston 2, 3 (a first piston surface 22a of the transport piston 2 or a second piston surface 22b of the working piston 3) is close to an associated sliding surface (a first working surface 21a for the transport piston 2 or a second working surface 21b for the working piston 3) of the stationary combustion chamber housing 18 rests, the combustion chamber openings 6a, 6b of the combustion chambers 5 provided there in the respective working surfaces 21a, 21b are thereby closed.
  • the shut-off devices 11 located there are then completely sunk into suitable recesses 12.
  • shut-off devices 11 must always lie tightly against the associated piston surface 22a, 22b and close off the suction volume 30 and the compression volume 34 or the expansion volume 4 and the discharge volume 31, which can be achieved by applying pressure from springs 13.
  • the springs 13 press the shut-off device 11 (more precisely, for example, the slide 33 in Fig. 6 and Fig. 8 ) against the first piston surface 22a of the transport piston 2.
  • the springs 13 are therefore designed to press the sealing edges against the first piston surface 22a in a sealing manner.
  • An inclined position of the shut-off devices 11, as in Fig. 8 is shown, can also be used to generate a contact pressure adapted to the requirements of tightness. Abrasion due to friction must be avoided as far as possible.
  • the sliding surfaces and sealing surfaces must be polished and can be provided with lubricants and the sealing edges of the shut-off devices 11 can be equipped with wear-resistant sealing lips 15 or sealing rollers 28 with low friction.
  • the shut-off devices 11 can be designed as slides 33 in both designs (both in the radial design and in the axial design) be, which each have the sealing lip 15 or the sealing rollers 28 for sealing and reducing friction.
  • the slides 33 are guided by guide grooves 16 on both sides.
  • the guide grooves 16 are embedded in an inner wall 14 and in an outer wall 26.
  • the guide grooves 16 are thus provided at ends of the sliders 33 in the longitudinal direction.
  • the guide grooves 16 are embedded in an inner housing 32 and an outer housing 25.
  • the guide grooves 16 are therefore provided at the ends of the slides 33 in the radial direction transverse to the axis of rotation 7.
  • sealing bodies 40 are attached in the guide grooves for sealing purposes.
  • a working piston jacket 38 and a plate-shaped outer cover 39 must be separably connected, since the inner wall 14 must be firmly connected to the combustion chamber housing 18, while the rotating pistons 2, 3 and the outer cover 39 are rotatable.
  • flaps 27 see Fig. 7
  • doors 19 see Fig. 11
  • shut-off devices 11 which also have sealing lips 15 or sealing rollers 25 installed for sealing and ensure reliable guidance, but which take up more space than the slide 33.
  • the first working volume 30, 34 is formed between the piston surface 22a of the transport piston 2 and the working surface 21a of the combustion chamber housing (see for example Fig. 1 , Fig. 8 , Fig. 9 ).
  • Fig. 9 The illustrated modification of the radial design with four combustion chambers 5, two first working volumes are formed.
  • this shut-off device 11 divides this first working volume 30, 34 into a suction volume 30 and a compression volume 34 such a rotational position that the first piston surface 22a in a region of the first working surface 21a in which this shut-off device 11 is arranged is just spaced apart from the working surface 21 in order to form this first working volume 30, 34 there.
  • This shut-off device 11 is not completely sunk into the recess 16 at this point in time. Instead, it protrudes into said first working volume 30, 34 and thereby divides the latter into the associated suction volume 30 and the associated compression volume 34.
  • the associated suction volume 30 is located behind this shut-off device 11, seen along a direction of rotation of the transport piston 2, and the associated compression volume 34 is Located in front of this shut-off device 11 seen along the direction of rotation (see e.g. Figure 4a below). Since the transport piston 2 and the working piston 3 are connected in a rotationally fixed manner, the direction of rotation of the transport piston 2 corresponds to a direction of rotation of the working piston 3.
  • the first working volume 30, 34 forms new suction volumes 30 again and again through the rotation of the transport piston 2 together with the shut-off devices 11.
  • Each of the suction volumes 30 becomes one of the compression volumes 34 as the transport piston 2 continues to rotate as soon as the respective suction volume 30 does not is more in fluid communication with one of the inlet ports 8.
  • the compression volumes 34 formed in this way are each collapsed again, the working medium transported therein being pressed and compressed into the combustion chamber 5 next in the direction of rotation of the transport piston.
  • the first working volume 30, 34 more precisely the compression volume 34 separated therein, sweeps over the first combustion chamber opening 6a of this combustion chamber 5.
  • a total volume of the first working volume 30, 34 between the first piston surface 22a of the transport piston 2 and the first working surface 21a changes - apart from the shut-off device 11 extending into the working volume 30, 34 (more precisely its slide 33, flap 27 or door 19) - not.
  • the sequence of a work cycle of the engine unit runs in four phases, as in the known Otto engine.
  • the compressible working medium is sucked in via the inlet opening 8 into the suction volume 30, which is enlarged by the rotary movement of the transport piston 2, or is pressed in using a turbocharger (not shown).
  • the shut-off device 11 located in front of the inlet opening 8 in the direction of rotation blocks the suction volume 30 from the adjacent compression volume 34.
  • the inlet opening 8 is closed by the displacing transport piston 2 and the working medium is transported to the closest combustion chamber opening 6a in the working surface 21a.
  • the working medium is pressed into the corresponding combustion chamber 5 and compressed (cf. compression volume 34) by closing one in the direction of rotation directly behind this combustion chamber opening 6a
  • the shut-off device 11 located in this combustion chamber 5 shuts off the compression volume 34 (to the next suction volume 30 following in the direction of rotation) and the first compression volume 34 is reduced by the displacement of the first piston surface 22a, so that the working medium is pressed into the combustion chamber 5.
  • the other, second combustion chamber opening 6b of the combustion chamber 5 is closed by the second piston surface 22b of the working piston 3.
  • the ignition takes place at a point in time of maximum compression.
  • the ignition can take place, depending on the working medium and maximum compression, by an ignition device 23 or by self-ignition, the maximum compression corresponding to a ratio of the maximum suction volume 30 to a volume of the combustion chamber 5.
  • the working piston 3 releases the second combustion chamber opening 6b of this combustion chamber 5 in the course of the rotary movement (i.e. the second piston surface 22b of the working piston 3 no longer closes this second combustion chamber opening 6b).
  • the burnt working medium that is, combustion products of the working medium
  • a shut-off device 11 located upstream of this second combustion chamber opening 6b in the direction of rotation blocks the expansion volume 4. More precisely, this shut-off device 11 blocks the expansion volume 4 from the previous ejection volume 31 seen along the direction of rotation.
  • This shut-off device 11 thus divides the associated second working volume 4, 31, which is formed between the piston surface 22b of the working piston 3 and the second working surface 21b.
  • This shut-off device 11 transmits a force to the stationary central part 1.
  • the expansion volume 4 with the expanded exhaust gas is transported by the rotary movement of the working piston 3 to the (next in the direction of rotation) outlet opening 9, where one in the Direction of rotation after this outlet opening 9, the shut-off device 11 shuts off the discharge volume 31.
  • the exhaust gas is finally completely transported out of the machine through the outlet opening. This occurs through the further rotation of the working piston 3 along its direction of rotation and the resulting reduction in the ejection volume 31.
  • the ejection volume 31 has completely collapsed.
  • the expansion volume 4 can be viewed as the exhaust gas volume 31 from a point in time from which a fluid connection to the outlet opening 9 is established.
  • the expansion volume 4 can be viewed as the exhaust gas volume 31 from a point in time after a volume of the expansion volume 4 has reached its maximum value.
  • the shape of the rotary pistons 2, 3 is determined by the requirement that the shut-off devices 11 should be subjected to an acceleration that is as low as possible, that is to say that is constant in phases.
  • the aim of the design of the shut-off devices is to keep the contact pressure high enough in every phase of the rotation to ensure tightness. On the other hand, the contact pressure must not be too great because this creates unnecessary friction.
  • the sums of the forces for pressing the shut-off devices 11 and the inertial forces due to their movement must be taken into account.
  • the motor unit is cooled by a cooling medium which is passed through the interior of the stationary central part 1 via pipes 29.
  • the rotating rotary pistons 2, 3 can also be externally cooled e.g. by air supply and cooling fins.
  • the four-stroke internal combustion engine in an axial design for compressible working media comprises the cylindrical stationary middle part 1 with a central axle bearing 17, the (hollow) cylindrical combustion chamber housing 18 surrounding the central axle bearing 17 and the (hollow) cylindrical outer housing 25 on both of its end faces
  • the rotary pistons 2, 3 are attached (in the longitudinal direction parallel to the axis of rotation 7), each with a plate-shaped outer plate 20, which are firmly connected via the common axis of rotation 7.
  • a mechanical holder, connections for fuel, exhaust gas, cooling medium, lubricants and an ignition device 23, if present, as well as the inlet openings 8 and the outlet openings 9 are attached to the outer housing 25.
  • An inner surface 24 of the outer housing 25 serves as a sealing surface (outer in the radial direction) for the rotary pistons 2, 3.
  • the combustion chamber housing 18 with the combustion chambers 5 and the shut-off devices 11 for the second working volume 4, 31 has two sliding surfaces (first working surface 21a and second working surface 21b) on the flat end faces into which the shut-off devices 11 and the combustion chamber openings 6a, 6b of the combustion chambers 5 are built in.
  • the rotary pistons 2, 3 each have a (front) side (the first piston surface 22a or the second piston surface 22b) partially tightly against the working surfaces 21a, 21b and form working volumes (the first working volume 30, 34, which can be subdivided into expansion volumes 4 and exhaust gas volume 31, as well as the second working volume 4, 31, can be subdivided into suction volume 30 and compression volume 34) at the points at which the respective one of the piston surfaces 22a, 22b is removed from the associated working surfaces 21a, 21b.
  • working volumes the first working volume 30, 34, which can be subdivided into expansion volumes 4 and exhaust gas volume 31, as well as the second working volume 4, 31, can be subdivided into suction volume 30 and compression volume 34
  • the size of the working volume 30, 34 or 4, 31 can be drawn from a greatest distance between the respective piston surface 22a, 22b and the associated working surface 21a, 21b (piston stroke), a width of the working volume 30, 34 or 4, 31 and a swept over Calculate angular range.
  • the engine unit is further characterized in that the combustion chambers 5 have an egg-shaped shape, which can be adapted for the requirements of efficient and complete combustion, and are positioned centrally between the combustion chamber openings 6a, 6b.
  • the combustion chambers 5 are each optionally smaller than an axial length of the combustion chamber housing 18 in order to achieve a higher compression.
  • the combustion chambers 5 are each equipped with two opposing combustion chamber openings (first combustion chamber opening 6a and second combustion chamber opening 6b), which are each located in the working surfaces 21a, 21b of the combustion chamber housing 18 and directly connect the first working surface 21a and the second working surface 21b. In this way, the combustion chambers 5 are aligned parallel to the axis of rotation 7. The combustion chambers 5 are only filled through the associated first combustion chamber opening 6a. At the time of maximum compression, the ignition time, the two combustion chamber openings 6a, 6b are closed by the tightly fitting piston surfaces 22a, 22b.
  • Each of the at least one combustion chamber 5 i.e. each of the several combustion chambers 5 or precisely one combustion chamber 5, if only one combustion chamber 5 is provided
  • is each provided with two shut-off devices 11 more precisely with one shut-off device 11 in the work surface 21a and one shut-off device 11 in the second working surface 21b
  • the combustion chambers 5 with the two associated shut-off devices 11, the associated inlet opening 8 and the associated outlet opening 9 are preferably distributed symmetrically over a circumference of the combustion chamber housing 18.
  • the first Intake volume 30, 34 and the second intake volume 4, 31 may then cover a maximum of an angular range that is smaller than a smallest angular range between the combustion chamber openings (6a or 6b) of the combustion chambers 5. If more than one working volume 30, 34 or 4, 31 per rotary piston 2, 3 (e.g. with four combustion chambers 5 and two working volumes 30, 34 or 4, 31 per rotary piston 2, 3), the machine can be constructed completely symmetrically and not have any structural imbalance.
  • each combustion chamber opening 6a, 6b which is on the side of the intake volume 30 in the direction of rotation in front of the inlet opening 8 and behind the first combustion chamber opening 6a or on the side of the discharge volume 31 is positioned in the direction of rotation behind the outlet opening 9 and in front of the second combustion chamber opening 6b.
  • the motor unit of the four-stroke internal combustion engine in a radial design for compressible working media comprises the stationary middle part 1.
  • the stationary middle part 1 comprises the plate-shaped outer wall 26 with a centrally fastened axis of rotation bearing 17 and bearing holder 36, which is fastened concentrically to the axis of rotation 7, (hollow) cylindrical Combustion chamber housing 1, and the inner wall 14.
  • the motor unit of the four-stroke internal combustion engine in a radial design also comprises a rotating part of the two concentrically arranged, (hollow) cylindrical rotary pistons 2, 3, which are attached to the plate-shaped end cover 39 via a transport piston holder 35 and a working piston jacket 38 together with the central axis of rotation 7 are attached, which are made in this way are that the axis of rotation 7 in the axis of rotation bearing 17 and at the same time the combustion chamber housing 18 between the rotary pistons 2, 3 can be assembled with very little play.
  • the mechanical holder, the connections for fuel, exhaust gas, cooling medium, lubricants and the possibly existing ignition device 23, as well as the inlet openings 8 and the outlet openings 9 are attached or arranged on the outer wall 26.
  • the inner surface 24 of the outer wall 26 serves as a sealing surface for the rotary pistons 2, 3, more precisely as a sealing surface for the lower end faces of the rotary pistons 2, 3.
  • the combustion chamber housing 18 with the combustion chambers 5 and the shut-off devices 11 for the working volumes 30, 34 or 4, 31 has two sliding surfaces (the first working surface 21a and the second working surface 21b) on the cylinder jacket-shaped sides, in which the shut-off devices 11 and the combustion chamber openings 6a, 6b of the combustion chambers 5 are installed.
  • the rotary pistons 2, 3 each lie with one side, more precisely with the respective piston surface 22a, 22b, partially in close contact with the associated working surface 21a, 21b.
  • the first working volumes 4, 31 and the second working volumes 30, 34 are each at the points at which the piston surface 22a, 22b is removed from the associated working surface 21a, 21b. There must be at least one working volume 30, 34 or 4, 31 per rotary piston 2, 3.
  • a size of the working volume 30, 34 or 4, 31 can be determined from a greatest distance between the corresponding piston surface 22a, 22b and the associated working surface 21a, 21b (piston stroke), a height of the working volume 30, 34 or 3, 31 along the longitudinal direction and calculate a swept angular range.
  • the radial versions of the motor unit for the four-stroke internal combustion engine with the rotary pistons 2, 3 and separate volumes that are used for intake (intake volume 30), for compression (compression volume 34), for expansion (expansion volume 4) and for the exhaust gas (discharge volume 31) are set up, and the combustion chambers 5 does not require any valves.
  • the engine unit is further characterized in that the combustion chambers 5 have an egg-shaped shape, which can be adapted to the requirements of efficient and complete combustion and are positioned centrally between the combustion chamber openings 6a, 6b.
  • the Combustion chambers 5 are optionally smaller than a radial width of the combustion chamber housing 18 in order to achieve a higher compression.
  • the combustion chambers 5 are each equipped with two opposing combustion chamber openings (first combustion chamber opening 6a and second combustion chamber opening 6b), which are each located in the working surfaces 21a, 21b of the combustion chamber housing 18 and directly connect the first working surface 21a and the second working surface 21b. This brings about an alignment of the combustion chambers 5 perpendicular to the axis of rotation 7.
  • the combustion chambers 5 are only filled through the associated first combustion chamber opening 6a.
  • the two combustion chamber openings 6a, 6b are closed by the piston surfaces 22a, 22b that lie close together.
  • Each of the at least one combustion chamber 5 i.e. each of the several combustion chambers 5 or precisely one combustion chamber 5, if only one combustion chamber 5 is provided
  • is each provided with two shut-off devices 11 more precisely with one shut-off device 11 in the work surface 21a and one shut-off device 11 in the second working surface 21b
  • the combustion chambers 5 with the two associated shut-off devices 11, the associated inlet opening 8 and the associated outlet opening 9 are preferably distributed symmetrically around the circumference of the combustion chamber housing 18.
  • the first working volume 30, 34 and the second working volume 4, 31 may then cover a maximum of an angular range that is smaller than a smallest angular range between the combustion chamber openings 6a, 6b of the combustion chambers 5. If more than one working volume 30, 34 or 4, 31 per rotary flask 2, 3 (e.g. with four Combustion chambers 5 and two working volumes 30, 34 or 4, 31 per rotary piston 2, 3) are present, the machine can be constructed completely symmetrically and have no structural imbalance.
  • Gradients of the piston surfaces 22a, 22b determine the movement of the shut-off devices 11.
  • the shut-off devices 11 (more precisely, for example, their slide 33, flap 27 or door 19) move with acceleration that is constant in phases.
  • a distance r of the piston surface 22a, 22b in the radial direction from the axis of rotation 7 is - when the respective rotary piston 2, 3 is at rest - only a function of the angle of rotation ⁇ .
  • shut-off device 11 in the working surfaces 21a, 21b of the combustion chamber housing 18 next to each combustion chamber opening 6a, 6b, which on the side of the intake volume 30 in the direction of rotation in front of the inlet opening 8 and behind the first combustion chamber opening 6a or the side of the discharge volume 31 is positioned in the direction of rotation behind the outlet opening 9 and in front of the second combustion chamber opening 6b.
  • Fig. 10 shows a distance r ( ⁇ ) of the second piston surface 22b from the axis of rotation of the working piston 3 in the radial direction as a function of an angular coordinate ⁇ about the axis of rotation in an area of increase of a working volume area of the working piston 3 in the radial version in FIG Fig. 1 .
  • the angular coordinate ⁇ increases against the direction of rotation.
  • the increase range begins at an angle coordinate ⁇ 1 and ends at an angle coordinate ⁇ 2 .
  • the distance r ( ⁇ ) (at least essentially) constantly corresponds to a value r 1 .
  • the second piston surface 22b thus has the shape of part of a cylinder jacket with the radius r 1 .
  • the second piston surface 22b After the angular coordinate ⁇ 2 - that is, after the increase area - a constant area of a working volume area adjoins the second piston surface 22b.
  • the distance r ( ⁇ ) corresponds (at least essentially) constantly to a value r 2 .
  • the second piston surface 22b thus has the shape of part of a cylinder jacket with the radius r 2 .
  • the second working surface 21b is in the shape of a cylinder jacket and has a constant radius which at least substantially corresponds to the radius r 1.
  • the radius of the second working surface can be minimally smaller than the radius r 1 , so that sufficient mobility of the working piston 3 is ensured.
  • the function r ( ⁇ ) accordingly describes not only the shape of the second piston surface 22b, but also a distance between the second piston surface 22b and the second working surface 21b in the radial direction.
  • the derivative v ( ⁇ ) and the second derivative a ( ⁇ ) are constantly zero. The same applies in the constant region to the right of ⁇ 2 .
  • the derivative v ( ⁇ ) increases linearly. At ( ⁇ 1 + ⁇ 2 ) / 2 it reaches a maximum value.
  • the second derivative a ( ⁇ ) has a constant, positive value over the entire initial part. In the beginning r ( ⁇ ) increases quadratically.
  • the derivative v ( ⁇ ) falls linearly.
  • the second derivative a ( ⁇ ) has a constant, negative value over the entire end part.
  • a magnitude of a ( ⁇ ) is the same in the initial part and in the final part.
  • the second piston surface 22b is total (that is, over the entire course of the Angular coordinate ⁇ from 0 ° to 360 °) from a corresponding number of such sliding areas, increase areas, constant areas and decrease areas one after the other.
  • the first piston surface 22a is designed in a comparable manner.
  • the signs or courses of the in Fig. 10 However, the functions shown are reversed accordingly, since a distance r ( ⁇ ) of the first piston surface 22a from the axis of rotation in the working volume areas of the transport piston is smaller than in the sliding areas.
  • a height z ( ⁇ ) of the piston surface 22a, 22b in the longitudinal direction - when the rotary pistons 2, 3 are at rest - is only a function of an angular coordinate ⁇ .
  • a second derivative d 2 z ( ⁇ ) / d ⁇ 2 is constant in certain areas with the additional boundary conditions that the slope dz ( ⁇ ) / d ⁇ at the beginning and at the end of the increase area and the decrease area is equal to zero, because the piston surfaces 22, 22b are aligned parallel to the circular ring-shaped, flat working surfaces 21a, 21b at these points, and that the inlet openings 8 and the outlet openings 9 are closed or released by the lateral sealing surfaces 10 of the rotary pistons 2, 3 in the course of the rotary movement.
  • the shapes of the piston surfaces 22a, 22b determine the movement of the shut-off devices 11.
  • the shut-off devices 11 (more precisely, for example, the slide 33, the flap 27 or the door 19) move along the radial direction with acceleration that is constant in phases. This means that you are burdened comparatively little.
  • FIG. 13 shows a detailed view of a modification of the radial embodiment from FIG Fig. 1 , in which doors 19 are used as shut-off devices. Similar to in Fig. 1 and Figure 4a until 4d it is a cross-sectional representation with a cutting plane perpendicular to the axis of rotation.
  • a door 19 is arranged in the first work surface 21a. When this door 19 is closed, it closes the first combustion chamber opening 6a of the combustion chamber 5. An inside of this door 19 then faces an interior of the combustion chamber 5 and forms part of a Wall of the combustion chamber 5.
  • the inside of the door 19 has the shape of a section of an egg-shaped or spherical surface and completes, when the door 19 is closed, the egg-shaped or spherical inner wall of the combustion chamber 5, which is formed by the combustion chamber housing 18, at the first combustion chamber opening 6a flush and with a corresponding egg or spherical shape.
  • the door 19 in the first working surface 21a is pivoted in the direction of rotation of the transport piston 2 directly behind the first combustion chamber opening 6a of the associated combustion chamber 5.
  • the inlet opening 8 for the closest combustion chamber 5 in the direction of rotation follows immediately behind it.
  • the door 19 can be pivoted about a door pivot axis which runs perpendicular to the plane of the drawing and parallel to the axis of rotation. In Fig. 11 the door 19 is just open.
  • a length of the door 19 perpendicular to its door pivot axis is longer than a maximum distance between the first working surface 21a and the first piston surface 22a. Even if the door is 19 as in Fig.
  • the door 19 does not have to be kept open or not only by an opening device, for example a spring. However, an opening device in the form of a spring (not shown) is provided so that the door 19 opens reliably as soon as one of the first working volumes 30, 34 reaches the first combustion chamber opening 6a. Then the door 19 divides the sweeping first working volume 30, 34 as shown in FIG Fig. 11 is shown, into the associated compression volume 34 and the associated inlet volume 30 for the next combustion chamber 5.
  • Analog is for the in Fig. 11 Combustion chamber 5 shown, a further door 9 is formed in the second work surface 21b. It is attached in the direction of rotation of the working piston 3 directly in front of the second combustion chamber opening 6b.
  • Fig. 11 is a common direction of rotation of the transport piston 2 and the working piston 3 counterclockwise. The statements relating to the door 19 in the first work surface 21a apply accordingly.
  • a cross-sectional area of the combustion chamber 5 therebetween has a circular shape. This enables particularly good ignition and combustion properties.
  • the invention is a four-stroke internal combustion engine, which is structurally simple and consists of a few parts, which does not require any valves, which almost completely avoids an imbalance due to parts moving back and forth and which is made possible by compact combustion chambers 5 with favorable Characteristics of the combustion chamber.
  • a four-stroke internal combustion engine with two rotary pistons has been described.
  • the motor unit described here is of a simpler design. In particular, there is no need for a valve flap that moves very quickly and releases the ignited working medium, which is under high pressure, from the combustion chamber.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Motoreinheit für eine Viertakt-Verbrennungsmaschine für ein kompressibles Arbeitsmedium, umfassend einen feststehenden Mittelteil, einen Transportkolben und einen Arbeitskolben, wobei der Transportkolben und der Arbeitskolben jeweils relativ zu dem feststehenden Mittelteil um eine gemeinsame Drehachse drehbar gelagert sind. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Motoreinheit.The invention relates to a motor unit for a four-stroke internal combustion engine for a compressible working medium, comprising a stationary central part, a transport piston and a working piston, the transport piston and the working piston each being rotatably mounted relative to the stationary central part about a common axis of rotation. The invention also relates to a method for operating such a motor unit.

Die Offenlegungsschrift EP 0 085 427 A1 offenbart einen Viertaktverbrennungsmotor mit zwei Rotationskolben. Ein Exzenterkolben ist exzentrisch mit einer Motorwelle verbunden und in einem ersten Kolbenraum drehbar um eine Achse der Motorwelle drehbar gelagert. Ein Arbeitskolben ist dagegen zentrisch mit der Motorwelle verbundenen und in einem zweiten Kolbenraum um die Achse der Motorwelle drehbar gelagert. Eine in dem zweiten Kolbenraum angeordnete, radial äußere Umlaufbahn für den Arbeitskolben weist einen Ausschnitt für eine Brennkammer auf. Infolge einer durch eine Zündung in der Brennkammer eingeleiteten Verbrennung und einer anschließenden Expansion eines Gemischs wird eine Ventilklappe eines Schwenkventils von ihrem Ventilsitz am Rande einer Öffnung der Brennkammer gegenüber dem zweiten Kolbenraum in den zweiten Kolbenraum hinein ausgeschwenkt. Die Konstruktion ist allerdings vergleichsweise kompliziert und die Ventilkappe muss sich im Betrieb sehr schnell bewegen. Sie grenzt außerdem direkt an die Brennkammer und ist folglich auch einer sehr hohen thermischen Belastung ausgesetzt. Die Brennkammer ist für eine möglichst vollständige Verbrennung ungünstig geformt.The disclosure document EP 0 085 427 A1 discloses a four stroke internal combustion engine with two rotary pistons. An eccentric piston is eccentrically connected to a motor shaft and is rotatably mounted in a first piston chamber so that it can rotate about an axis of the motor shaft. A working piston, on the other hand, is centrally connected to the motor shaft and is rotatably mounted in a second piston chamber around the axis of the motor shaft. A radially outer orbit for the working piston that is arranged in the second piston chamber has a cutout for a combustion chamber. As a result of a combustion initiated by an ignition in the combustion chamber and a subsequent expansion of a mixture, a valve flap of a pivot valve is pivoted out of its valve seat at the edge of an opening in the combustion chamber opposite the second piston chamber into the second piston chamber. However, the construction is comparatively complicated and the valve cap has to move very quickly during operation. It is also directly adjacent to the combustion chamber and is consequently exposed to very high thermal loads. The combustion chamber is shaped unfavorably for as complete a combustion as possible.

WO 2006/073262 A1 beschreibt einen weiteren Rotationsmotor. Eine sich radial nach außen erstreckende Dichtnase eines drehenden Rotors und ein Ventilelement unterteilen einen Innenraum eines Zylinders in einen Ansaugraum und einen Ausstoßraum. Der Rotationsmotor umfasst ferner eine Ansaugöffnung zum Ansaugen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in den Ansaugraum, eine Zündkerze zum Zünden des Kraftstoff-Luft-Gemisches in dem Ansaugraum und eine im Ausstoßraum ausgebildete Ausstoßöffnung. WO 2006/073262 A1 describes another rotary motor. A radially outwardly extending sealing nose of a rotating rotor and a valve element divide an inner space of a cylinder into a suction space and a discharge space. The rotary engine further includes an intake port for intake of a fuel-air mixture into the intake space, a spark plug for igniting the fuel-air mixture in the intake space, and a discharge port formed in the discharge space.

Ein weiterer Rotations-Verbrennungsmotor ist in GB 2 452 572 A1 gezeigt. Die Anordnung umfasst ein Gehäuse mit einer darin gebildeten Kammer, einen Doppelnocken in der Mitte der Kammer sowie einen Rotor. Der Rotor ist in der Kammer gelagert, umgibt den Doppelnocken und ist um den Doppelnocken herum drehbar. In einem Querschnitt quer zu einer Drehrichtung folgt eine Form des Doppelnockens einer Form einer Innenwand der Kammer, um einen konstanten Abstand zwischen dem Doppelnocken und der Innenwand in einer radialen Richtung zu gewährleisten. Durch die Drehung des Rotors werden Dichtelemente, die in dem Rotor angeordnet sind, durch die Innenwand und den Doppelnocken in radialer Richtung verschoben. Die Dichtelemente separieren in Abhängigkeit von einer Drehposition ein Einlassvolumen von einem Verdichtungsvolumen und Verbrennungsvolumen von einem Ausstoßvolumen.Another rotary internal combustion engine is in GB 2 452 572 A1 shown. The arrangement comprises a housing with a chamber formed therein, a double cam in the center of the chamber and a rotor. The rotor is mounted in the chamber, surrounds the double cam and can be rotated around the double cam. In a cross section transverse to a direction of rotation, a shape of the double cam follows a shape of an inner wall of the chamber in order to ensure a constant distance between the double cam and the inner wall in a radial direction. As a result of the rotation of the rotor, sealing elements which are arranged in the rotor are displaced in the radial direction through the inner wall and the double cams. Depending on a rotational position, the sealing elements separate an inlet volume from a compression volume and a combustion volume from an output volume.

US 5,681,157 A offenbart eine Rotationsverbrennungseinheit für einen Rotations-verbrennungsmotor, die mit einer vorgeschalteten Kompressoreinheit zusammenarbeitet. Die Rotationsverbrennungseinheit umfasst einen Zylinder, in welchem ein Rotationskolben mit zwei radial nach außen ragenden Nocken drehbar gelagert ist. Zwei federbetätigte, ein- und ausfahrende Schieberelemente werden durch die Nocken ein- und ausgefahren. In Abhängigkeit von einer Drehposition des Rotationskolbens unterteilt jedes der Schieberelemente jeweils eins der zwei Volumen in dem Zylinder zwischen den zwei Nocken in ein erstes Volumen zum Einlassen des Gemischs, Zünden des Gemischs und Verbrennen und in ein zweites Volumen zum Ausstoßen der Verbrennungsprodukte. Die Kompression leistet die vorgeschaltete Kompressoreinheit. U.S. 5,681,157 A discloses a rotary internal combustion unit for a rotary internal combustion engine which cooperates with an upstream compressor unit. The rotary combustion unit comprises a cylinder in which a rotary piston with two radially outwardly projecting cams is rotatably mounted. Two spring-actuated, retracting and extending slide elements are retracted and extended by the cams. Depending on a rotational position of the rotary piston, each of the slide elements divides one of the two volumes in the cylinder between the two cams into a first volume for admitting the mixture, igniting the mixture and burning it and a second volume for discharging the combustion products. The compression is performed by the upstream compressor unit.

US 2011/083637 A1 zeigt eine Motoreinheit mit einer Doppelverbrennungskammer und sechs Flügeln. US 2011/083637 A1 shows an engine unit with a double combustion chamber and six blades.

Bekannte Rotationskolben-Motoren sind häufig kompliziert aufgebaut. Sie weisen beispielsweise häufig viele bewegte Teile und aufwendige Klappen- oder Schieberanordnungen auf. Zudem sind gerade solche empfindlichen Klappen- oder Schieberanordnungen hohen Drücken, hohen Beschleunigungen und hohen Temperataturen ausgesetzt. Das kann zu höheren Produktionskosten, höheren Kosten für geeignete Materialen, hohem Wartungsaufwand und schlechter Zuverlässigkeit führen. Zudem ist die Effizienz bekannter Rotationskolben-Motoren häufig schlecht.Known rotary piston engines are often constructed in a complicated manner. For example, they often have many moving parts and complex flap or slide arrangements. In addition, such sensitive flap or slide arrangements are exposed to high pressures, high accelerations and high temperatures. This can lead to higher production costs, higher costs for suitable materials, high maintenance requirements and poor reliability. In addition, the efficiency of known rotary piston engines is often poor.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Motoreinheit für eine Viertakt-Verbrennungsmaschine mit Rotationskolben zu schaffen, die eine höhere Effizienz ermöglicht.The object of the invention is to create a motor unit for a four-stroke internal combustion engine with rotary pistons which enables greater efficiency.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Motoreinheit für eine Viertakt-Verbrennungsmaschine für ein kompressibles Arbeitsmedium mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.This object is achieved by a motor unit for a four-stroke internal combustion engine for a compressible working medium with the features of claim 1.

Die Motoreinheit umfasst einen feststehenden Mittelteil, einen Transportkolben und einen Arbeitskolben, wobei der Transportkolben und der Arbeitskolben untereinander fest verbunden sind und relativ zu dem feststehenden Mittelteil um eine gemeinsame Drehachse drehbar gelagert sind.The motor unit comprises a stationary central part, a transport piston and a working piston, the transport piston and the working piston being firmly connected to one another and being mounted rotatably about a common axis of rotation relative to the stationary central part.

Das feststehende Mittelteil umfasst ein Brennkammergehäuse, welches zwischen dem Transportkolben und dem Arbeitskolben angeordnet ist und eine erste Arbeitsfläche für den Transportkolben und eine zweite Arbeitsfläche für den Arbeitskolben aufweist,

  • wobei aufgrund einer Form des Transportkolbens mindestens ein erstes Arbeitsvolumen zwischen dem Transportkolben und der ersten Arbeitsfläche ausgebildet ist und
  • wobei aufgrund einer Form des Arbeitskolbens zwischen dem Arbeitskolben und der zweiten Arbeitsfläche mindestens ein zweites Arbeitsvolumen ausgebildet ist.
The stationary middle part comprises a combustion chamber housing which is arranged between the transport piston and the working piston and has a first working surface for the transport piston and a second working surface for the working piston,
  • wherein, due to a shape of the transport piston, at least one first working volume is formed between the transport piston and the first working surface, and
  • wherein, due to a shape of the working piston, at least one second working volume is formed between the working piston and the second working surface.

Zudem weist das Brennkammergehäuse mindestens eine Brennkammer auf, wobei die mindestens eine Brennkammer eine erste Brennkammeröffnung, die sich an der ersten Arbeitsfläche öffnet, sowie eine zweite Brennkammeröffnung, welche sich an einer zweiten Arbeitsfläche öffnet, aufweist.In addition, the combustion chamber housing has at least one combustion chamber, the at least one combustion chamber having a first combustion chamber opening which opens on the first working surface and a second combustion chamber opening which opens on a second working surface.

Die mindestens eine Brennkammer ist in das Brennergehäuse des feststehenden Mittelteils integriert. Eine Form bzw. Geometrie der Brennkammer hängt weder von einer Drehposition des Transportkolbens noch von einer Drehposition des Rotationskolbens ab. Die Geometrie der mindestens einen Brennkammer ist deshalb frei gestaltbar und optimierbar. Das ermöglicht eine besonders hohe Effizienz der Motoreinheit.The at least one combustion chamber is integrated into the burner housing of the stationary central part. A shape or geometry of the combustion chamber depends neither on a rotary position of the transport piston nor on a rotary position of the rotary piston. The geometry of the at least one combustion chamber can therefore be freely designed and optimized. This enables the motor unit to be particularly efficient.

Außerdem findet die mechanisch und thermisch belastende Zündung ausschließlich in der Brennkammer und somit ausschließlich in dem feststehenden Brennkammergehäuse statt. Der Transportkolben wird durch den Zündvorgang als solchen nur minimal thermisch und mechanisch belastet, nämlich nur in einem Bereich, die zu diesem Zeitpunkt an der ersten Brennkammeröffnung anliegt. Sogar der Arbeitskolben wird durch den Zündvorgang als solchen nur minimal thermisch und mechanisch belastet, nämlich nur in einem Bereich, der zu diesem Zeitpunkt an der zweiten Einlassöffnung anliegt.In addition, the mechanically and thermally stressful ignition takes place exclusively in the combustion chamber and thus exclusively in the stationary combustion chamber housing. The transport piston is only minimally thermally and mechanically stressed by the ignition process as such, namely only in an area that is in contact with the first combustion chamber opening at this point in time. Even the working piston is only minimally thermally and mechanically stressed by the ignition process as such, namely only in an area that is in contact with the second inlet opening at this point in time.

Zudem ist das Brennkammergehäuse mitsamt der mindestens einen Brennkammer unmittelbar zwischen dem Transportkolben und dem Arbeitskolben angeordnet. Das Brennkammergehäuse separiert damit unmittelbar eine Ansaug- und Verdichtungsseite der Motoreinheit (eine kalte Seite der Motoreinheit) und eine Expansions- und Ausstoßseite der Motoreinheit (eine heiße Seite der Motoreinheit). Dadurch können die Geometrie und/oder die Materialien der Motoreinheit auf der kalten Seite und der heißen Seite jeweils unabhängig voneinander gewählt werden. Das erlaubt eine weitere Effizienzsteigerung der Motoreinheit und eine günstigere Produktion derselben.In addition, the combustion chamber housing together with the at least one combustion chamber is arranged directly between the transport piston and the working piston. The combustion chamber housing thus directly separates an intake and compression side of the engine unit (a cold side of the engine unit) and one Expansion and discharge side of the motor unit (a hot side of the motor unit). As a result, the geometry and / or the materials of the motor unit on the cold side and the hot side can be selected independently of one another. This allows a further increase in the efficiency of the motor unit and a cheaper production of the same.

In einer Weiterbildung werden auf der kalten Seite leichtere Materialien (mit geringerer Dichte), weniger temperaturbeständige Materialen und/oder geringere Materialstärken eingesetzt. Das spart Kosten. Alternativ oder zusätzlich wird dadurch außerdem die Effizienz gesteigert. Es ist beispielsweise denkbar, dass auf der kalten Seite aufgrund der geringeren mechanischen und thermischen Belastungen Material bzw. Materialien mit besseren Gleiteigenschaften verwendet werden als auf der heißen Seite. Insbesondere kann der Transportkolben ein leichteres Material, ein weniger temperaturbeständiges Material und/oder eine geringere Materialstärke aufweisen als der Arbeitskolben. Alternativ oder zusätzlich kann der Transportkolben eine Gleitbeschichtung aufweisen.In a further development, lighter materials (with lower density), less temperature-resistant materials and / or lower material thicknesses are used on the cold side. That saves costs. As an alternative or in addition, this also increases the efficiency. For example, it is conceivable that material or materials with better sliding properties are used on the cold side than on the hot side due to the lower mechanical and thermal loads. In particular, the transport piston can have a lighter material, a less temperature-resistant material and / or a smaller material thickness than the working piston. Alternatively or additionally, the transport piston can have a sliding coating.

Der Transportkolben und der Arbeitskolben sind jeweils Rotationskolben.The transport piston and the working piston are each rotary piston.

Der Transportkolben dient zum Ansaugen und Verdichten des Arbeitsmediums. Insbesondere dient das erste Arbeitsvolumen zum Ansaugen und Verdichten des Arbeitsmediums.The transport piston is used to suck in and compress the working medium. In particular, the first working volume is used to suck in and compress the working medium.

Der Arbeitskolben dient zum Expandieren und Ausstoßen von Verbrennungsprodukten des Arbeitsmediums. Insbesondere dient das zweite Arbeitsvolumen zum Expandieren und Ausstoßen der Verbrennungsprodukte.The working piston is used to expand and expel combustion products of the working medium. In particular, the second working volume is used to expand and expel the combustion products.

Da das Brennkammergehäuse zwischen dem Transportkolben und dem Arbeitskolben angeordnet ist, sind die zweite Arbeitsfläche und die erste Arbeitsfläche auf einander abgewandten Seiten des Brennkammergehäuses ausgebildet.Since the combustion chamber housing is arranged between the transport piston and the working piston, the second working surface and the first working surface are formed on opposite sides of the combustion chamber housing.

Beispielsweise kann der die erste Arbeitsfläche auf einer Innenfläche des Brennkammergehäuses in eine Radialrichtung, die senkrecht zu der Drehachse ist, angeordnet sein. Die zweite Arbeitsfläche ist dann auf einer Außenfläche des Brennkammergehäuses angeordnet. Auch der umgekehrte Fall ist möglich.For example, the first working surface can be arranged on an inner surface of the combustion chamber housing in a radial direction that is perpendicular to the axis of rotation. The second working surface is then arranged on an outer surface of the combustion chamber housing. The reverse is also possible.

Bei einer solchen "radialen Ausführung" der Motoreinheit ist es allerdings von besonderem Vorteil, wenn die zweite Arbeitsfläche auf der Außenfläche angeordnet ist. Aufgrund des größeren Umfangs der zweiten Arbeitsfläche kann die heiße Seite, insbesondere die heißere zweite Arbeitsfläche besser gekühlt werden. Das erhöht die Zuverlässigkeit. Zudem vereinfacht es diese Anordnung, ein großes maximales Expansionsvolumen zu schaffen. Das schafft eine hohe thermodynamische Effizienz.With such a "radial design" of the motor unit, however, it is particularly advantageous if the second working surface is arranged on the outer surface. Due to the larger circumference of the second work surface, the hot side, in particular the hotter second work surface, can be cooled better. That increases the reliability. In addition, this arrangement makes it easier to create a large maximum expansion volume. This creates a high thermodynamic efficiency.

Insbesondere kann das Brennkammergehäuses besonders bevorzugt eine zumindest im Wesentlichen hohlzylindrische Grundform aufweisen, wobei die erste Arbeitsfläche auf einer radial inneren Zylindermantelfläche angeordnet ist und die zweite Arbeitsfläche auf einer radial äußeren Zylindermantelfläche angeordnet ist. Diese Variante ist einfach und kostengünstig herstellbar. Auch die umgekehrte Anordnung ist möglich.In particular, the combustion chamber housing can particularly preferably have an at least substantially hollow-cylindrical basic shape, the first working surface being arranged on a radially inner cylinder jacket surface and the second working surface being arranged on a radially outer cylinder jacket surface. This variant can be produced easily and inexpensively. The reverse arrangement is also possible.

In einer anderen Ausführung kann die erste Arbeitsfläche auf einer Stirnfläche des Brennkammergehäuses in einer Längsrichtung, die parallel zur Drehachse verläuft, angeordnet sein, beispielsweise auf einer oberen Stirnfläche. Die zweite Arbeitsfläche ist dann auf einer entgegengesetzten Stirnfläche des Brennkammergehäuses in der Längsrichtung angeordnet, beispielsweise auf einer unteren Stirnfläche. Eine solche Ausführung wird auch als "axiale Ausführung" bezeichnet. Bei dieser Ausführung können der Transportkolben und der Arbeitskolben ähnlich oder gar identisch geformt sein. Die Motoreinheit ist bei dieser Variante einfacher zu warten, da sowohl der Transportkolben als auch der Arbeitskolben bezogen auf das Brennkammergehäuse jeweils außen liegen.In another embodiment, the first working surface can be arranged on an end surface of the combustion chamber housing in a longitudinal direction which runs parallel to the axis of rotation, for example on an upper end surface. The second working surface is then arranged on an opposite end face of the combustion chamber housing in the longitudinal direction, for example on a lower end face. Such a design is also referred to as an "axial design". In this embodiment, the transport piston and the working piston can be shaped similarly or even identically. The motor unit is in this variant easier to maintain, since both the transport piston and the working piston are located on the outside of the combustion chamber housing.

Eine Zündung des Arbeitsmediums erfolgt in der mindestens einen Brennkammer. Bevorzugt umfasst die Motoreinheit eine Zündeinrichtung zur Zündung des Arbeitsmediums in der mindestens einen Brennkammer. Alternativ oder zusätzlich kann die Zündung in der Brennkammer durch Selbstzündung erfolgen.The working medium is ignited in the at least one combustion chamber. The motor unit preferably comprises an ignition device for igniting the working medium in the at least one combustion chamber. Alternatively or additionally, ignition in the combustion chamber can take place by self-ignition.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist die mindestens eine Brennkammer eine ellipsoide, kugelförmige oder zylindrische Grundform auf. Spitzwinklige oder stumpfwinklige Formen sind auch möglich, weisen jedoch schlechtere Verbrennungseigenschaften auf. Durch die gezielte Gestaltung der Geometrie der Brennkammer werden das Zündverhalten und das Abbrennverhalten des Arbeitsmediums und damit letztlich die Leistung und Effizienz der Motoreinheit optimiert.In a further development of the invention, the at least one combustion chamber has an ellipsoidal, spherical or cylindrical basic shape. Sharp-angled or obtuse-angled shapes are also possible, but have poorer combustion properties. The specific design of the combustion chamber's geometry optimizes the ignition behavior and the burn-off behavior of the working medium and thus ultimately the performance and efficiency of the motor unit.

In einer bevorzugten Ausbildungsform sind der Transportkolben und der Arbeitskolben drehfest verbunden. Das erlaubt eine konstruktiv besonders einfache und zuverlässige Konstruktion. Insbesondere können der Transportkolben und der Arbeitskolben starr drehfest verbunden sein.In a preferred embodiment, the transport piston and the working piston are non-rotatably connected. This allows a particularly simple and reliable construction. In particular, the transport piston and the working piston can be rigidly connected in a rotationally fixed manner.

In einer Weiterbildung weist die Motoreinheit eine Kolbenverstellung zur gezielten Verstellung einer relativen Verdrehung (ein Winkelversatz) zwischen dem Transportkolben und dem Arbeitskolben auf. Beispielsweise kann die Kolbenverstellung dazu eingerichtet sein, den Winkelversatz in einem Winkelbereich von -10° bis 10° zu verstellen.In a further development, the motor unit has a piston adjustment for the targeted adjustment of a relative rotation (an angular offset) between the transport piston and the working piston. For example, the piston adjustment can be set up to adjust the angular offset in an angular range of -10 ° to 10 °.

Eine Drehrichtung des Transportkolbens entspricht einer Drehrichtung des Arbeitskolbens. Insofern genügt es im Allgemeinen, den Begriff Drehrichtung zu verwenden.A direction of rotation of the transport piston corresponds to a direction of rotation of the working piston. In this respect, it is generally sufficient to use the term direction of rotation.

Bevorzugt liegt eine Kolbenfläche des Transportkolbens (eine erste Kolbenfläche) bereichsweise an der ersten Arbeitsfläche dichtend an und ist bereichsweise von der ersten Arbeitsfläche entfernt, um das mindestens eine erste Arbeitsvolumen auszubilden.A piston surface of the transport piston (a first piston surface) is preferably in sealing contact with the first working surface in some areas and is in some areas away from the first working surface in order to form the at least one first working volume.

Das sorgt für eine sichere und direkte Führung des Transportkolbens an der ersten Arbeitsfläche und zugleich für eine konstruktiv einfache und zuverlässige Ausbildung des mindestens einen ersten Arbeitsvolumens.This ensures safe and direct guidance of the transport piston on the first working surface and, at the same time, a structurally simple and reliable design of the at least one first working volume.

Anders ausgedrückt umfasst die erste Kolbenfläche mindestens einen Gleitbereich des Transportkolbens, der dazu eingerichtet ist, in der Drehrichtung des Transportkolbens (dichtend) entlang der ersten Arbeitsfläche entlangzugleiten. Der mindestens eine Gleitbereich des Transportkolbens dient als Dichtfläche zur Abdichtung des mindestens einen ersten Arbeitsvolumens entlang der Drehrichtung des Transportkolbens.In other words, the first piston surface comprises at least one sliding area of the transport piston, which is configured to slide along (sealingly) along the first working surface in the direction of rotation of the transport piston. The at least one sliding area of the transport piston serves as a sealing surface for sealing the at least one first working volume along the direction of rotation of the transport piston.

Entsprechend umfasst die erste Kolbenfläche mindestens einen Arbeitsvolumen-Bereich, in welchem die erste Kolbenfläche von der ersten Arbeitsfläche entfernt ist, um das mindestens eine erste Arbeitsvolumen auszubilden.Correspondingly, the first piston surface comprises at least one working volume area in which the first piston surface is removed from the first working surface in order to form the at least one first working volume.

Besonders bevorzugt verschließt die erste Kolbenfläche (insbesondere der mindestens eine Gleitbereich des Transportkolbens) die erste Brennkammeröffnung, wenn die erste Kolbenfläche in Abhängigkeit von einer Drehposition des Transportkolbens (insbesondere der mindestens eine Gleitbereich des Transportkolbens) an einem Bereich der ersten Arbeitsfläche mit der ersten Brennkammeröffnung dichtend anliegt. Insbesondere kann die erste Kolbenfläche die erste Brennkammeröffnung dann unmittelbar verschließen.Particularly preferably, the first piston surface (in particular the at least one sliding area of the transport piston) closes the first combustion chamber opening when the first piston surface, depending on a rotational position of the transport piston (in particular the at least one sliding area of the transport piston), seals against an area of the first working surface with the first combustion chamber opening is applied. In particular, the first piston surface can then directly close the first combustion chamber opening.

Das mindestens eine erste Arbeitsvolumen wird bei Drehung des Transportkolbens an der ersten Arbeitsfläche entlang bewegt. Das erste Arbeitsvolumen kann abhängig von der Drehposition des Transportkolbens (und damit abhängig von einer Position des mindestens einen ersten Arbeitsvolumens relativ zu der ersten Arbeitsfläche) in ein Ansaugvolumen und ein Verdichtungsvolumen unterteilt sein. So wird das Arbeitsmedium auf der kalten Seite bewegt.The at least one first working volume is moved along the first working surface when the transport piston rotates. The first volume of work can be subdivided into a suction volume and a compression volume depending on the rotational position of the transport piston (and thus depending on a position of the at least one first working volume relative to the first working surface). In this way, the working medium is moved on the cold side.

Besonders bevorzugt entspricht eine Anzahl der Gleitbereiche des Transportkolbens genau einer Anzahl der ersten Arbeitsvolumina. Die Anzahl der Gleitbereiche entspricht also einer Anzahl der Arbeitsvolumen-Bereiche des Transportkolbens. Diese Anzahl kann beispielsweise eins oder mehrere betragen. "Mehrere" bedeutet im Sinne dieser Offenbarung "mindestens zwei". Wenn mehrere Arbeitsvolumina-Bereiche ausgebildet sind, sind diese in Drehrichtung des Transportkolbens jeweils durch die Gleitbereiche des Transportkolbens voneinander getrennt. So können zuverlässig und einfach mehrere erste Arbeitsvolumina ausgebildet werden, die wiederum jeweils in Abhängigkeit von ihrer jeweiligen Drehposition in ein Ansaugvolumen und ein Verdichtungsvolumen unterteilt werden.Particularly preferably, a number of the sliding areas of the transport piston corresponds exactly to a number of the first working volumes. The number of sliding areas thus corresponds to a number of working volume areas of the transport piston. This number can be one or more, for example. "Several" means "at least two" in the context of this disclosure. If several working volume areas are formed, these are separated from one another in the direction of rotation of the transport piston by the sliding areas of the transport piston. In this way, several first working volumes can be formed reliably and easily, which in turn are each subdivided into a suction volume and a compression volume as a function of their respective rotational position.

Gemäß einem anderen Aspekt liegt bevorzugt eine Kolbenfläche des Arbeitskolbens bereichsweise (eine zweite Kolbenfläche) an der zweiten Arbeitsfläche dichtend an und ist bereichsweise von der zweiten Arbeitsfläche entfernt, um das mindestens eine zweite Arbeitsvolumen auszubilden.According to another aspect, a piston surface of the working piston preferably lies sealingly against the second working surface in some areas (a second piston surface) and is in some areas away from the second working surface in order to form the at least one second working volume.

Das sorgt für eine sichere und direkte Führung des Arbeitskolbens an der zweiten Arbeitsfläche und zugleich für eine konstruktiv einfache und zuverlässige Ausbildung des mindestens einen zweiten Arbeitsvolumens.This ensures safe and direct guidance of the working piston on the second working surface and, at the same time, a structurally simple and reliable design of the at least one second working volume.

Anders ausgedrückt umfasst die zweite Kolbenfläche mindestens einen Gleitbereich des Arbeitskolbens, der dazu eingerichtet ist, in der Drehrichtung des Arbeitskolbens (dichtend) entlang der zweiten Arbeitsfläche entlang zu gleiten. Der mindestens eine Gleitbereich des Arbeitskolbens dient als Dichtfläche zur Abdichtung des mindestens einen zweiten Arbeitsvolumens entlang der Drehrichtung des Arbeitskolbens.In other words, the second piston surface comprises at least one sliding area of the working piston which is configured to slide (sealingly) along the second working surface in the direction of rotation of the working piston. the at least one sliding area of the working piston serves as a sealing surface for sealing the at least one second working volume along the direction of rotation of the working piston.

Entsprechend umfasst die zweite Kolbenfläche mindestens einen Arbeitsvolumen-Bereich, in welchem die zweite Kolbenfläche von der zweiten Arbeitsfläche entfernt ist, um das mindestens eine zweite Arbeitsvolumen auszubilden.Correspondingly, the second piston surface comprises at least one working volume area in which the second piston surface is removed from the second working surface in order to form the at least one second working volume.

Besonders bevorzugt verschließt die zweite Kolbenfläche (insbesondere der mindestens eine Gleitbereich des Arbeitskolbens) die zweite Brennkammeröffnung, wenn die zweite Kolbenfläche (insbesondere der mindestens eine Gleitbereich des Arbeitskolbens) in Abhängigkeit von einer Drehposition des Arbeitskolbens an einem Bereich der zweiten Arbeitsfläche mit dieser zweiten Brennkammeröffnung dichtend anliegt. Insbesondere kann die zweite Kolbenfläche die zweite Brennkammeröffnung dann unmittelbar verschließen.Particularly preferably, the second piston surface (in particular the at least one sliding area of the working piston) closes the second combustion chamber opening when the second piston surface (in particular the at least one sliding area of the working piston), depending on a rotational position of the working piston, forms a seal on an area of the second working surface with this second combustion chamber opening is applied. In particular, the second piston surface can then directly close the second combustion chamber opening.

Das mindestens eine zweite Arbeitsvolumen wird bei Drehung des Arbeitskolbens an der zweiten Arbeitsfläche entlang bewegt. Das zweite Arbeitsvolumen kann abhängig von der Drehposition des Arbeitskolbens (und damit abhängig von einer Position des mindestens einen zweiten Arbeitsvolumens relativ zu der zweiten Arbeitsfläche) in ein Expansionsvolumen und ein Ausstoßvolumen unterteilt sein. So werden die Verbrennungsprodukte auf der heißen Seite geführt.The at least one second working volume is moved along the second working surface when the working piston rotates. The second working volume can be subdivided into an expansion volume and an ejection volume depending on the rotational position of the working piston (and thus depending on a position of the at least one second working volume relative to the second working surface). In this way, the combustion products are routed on the hot side.

Besonders bevorzugt entspricht eine Anzahl der Gleitbereiche des Arbeitskolbens genau einer Anzahl der zweiten Arbeitsvolumina. Die Anzahl der Gleitbereiche entspricht also einer Anzahl der Arbeitsvolumen-Bereiche des Arbeitskolbens. Diese Anzahl kann beispielsweise eins oder mehrere betragen. Wenn mehrere Arbeitsvolumina-Bereiche ausgebildet sind, sind diese in Drehrichtung des Arbeitskolbens jeweils durch die Gleitbereiche des Arbeitskolbens voneinander getrennt. So können zuverlässig und einfach mehrere zweite Arbeitsvolumina ausgebildet werden, die wiederum jeweils in Abhängigkeit von ihrer jeweiligen Drehposition in ein Expansionsvolumen und ein Ausstoßvolumen unterteilt werden.Particularly preferably, a number of the sliding areas of the working piston corresponds exactly to a number of the second working volumes. The number of sliding areas thus corresponds to a number of working volume areas of the working piston. This number can be one or more, for example. If several working volume areas are formed, these are separated from one another in the direction of rotation of the working piston by the sliding areas of the working piston. In this way, several second working volumes can be formed reliably and easily, which in turn are each subdivided into an expansion volume and an ejection volume as a function of their respective rotational position.

Die erste Brennkammeröffnung der mindestens einen Brennkammer, die mindestens eine Brennkammer und die zweite Brennkammeröffnung der mindestens einen Brennkammer stellen eine Fluidverbindung zwischen der ersten Arbeitsfläche und der zweiten Arbeitsfläche her.The first combustion chamber opening of the at least one combustion chamber, the at least one combustion chamber and the second combustion chamber opening of the at least one combustion chamber establish a fluid connection between the first working surface and the second working surface.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Kolbenfläche die erste Brennkammeröffnung zu einem Zeitpunkt der maximalen Verdichtung des Arbeitsmediums und/oder eines Zündzeitpunkts für die mindestens eine Brennkammer verschließt und dass gleichzeitig die zweite Kolbenfläche die zweite Brennkammeröffnung verschließt.In a preferred embodiment it is provided that the first piston surface closes the first combustion chamber opening at a point in time of maximum compression of the working medium and / or an ignition point for the at least one combustion chamber and that at the same time the second piston surface closes the second combustion chamber opening.

Dadurch findet die eigentliche Zündung in der vollständig geschlossenen mindestens einen Brennkammer statt. Das erhöht die Sicherheit und Zuverlässigkeit. Wenn eine mindestens eine Absperreinrichtung als Klappe oder Schieber ausgebildet ist, wie weiter unten beschrieben wird, dann ist die mindestens eine Absperrvorrichtung zu diesem Zeitpunkt keiner mechanischen Belastung durch die Verbrennung ausgesetzt. Ferner ist so das Volumen des Arbeitsmediums für den jeweiligen Zündvorgang minimal.As a result, the actual ignition takes place in the at least one completely closed combustion chamber. This increases security and reliability. If at least one shut-off device is designed as a flap or slide, as will be described further below, then the at least one shut-off device is not exposed to any mechanical stress from the combustion at this point in time. Furthermore, the volume of the working medium for the respective ignition process is minimal.

Alternativ erfolgt die Zündung bevorzugt zu einem verspäteten Zündzeitpunkt, unmittelbar an dem sich an der zweiten Brennkammeröffnung ein neues Expansionsvolumen zu öffnen begonnen hat. Bevorzugt ist der verspätete Zündzeitpunkt zwischen dem Zeitpunkt der maximalen Verdichtung des Arbeitsmediums und einem spätestmöglichen Zündzeitpunkt, an welchem das genannte Expansionsvolumen besonders bevorzugt 10 % seines späteren, maximalen Volumens erreicht hat, überaus bevorzugt 5 %. Der Transportkolben verschließt zum spätestmöglichen Zündzeitpunkt die erste Brennkammeröffnung.Alternatively, the ignition takes place preferably at a delayed ignition time, immediately at which a new expansion volume has started to open at the second combustion chamber opening. The delayed ignition point between the point in time of maximum compression of the working medium and a latest possible ignition point at which the stated expansion volume particularly preferably reaches 10% of its later, maximum volume is preferred has, most preferably 5%. The transport piston closes the first combustion chamber opening at the latest possible ignition point.

Gemäß einer weiteren Alternative erfolgt die Zündung bevorzugt zu einem vorauseilenden Zündzeitpunkt, unmittelbar bevor an der ersten Brennkammeröffnung das Verdichtungsvolumen vollständig kollabiert ist. Bevorzugt ist der vorauseilende Zündzeitpunkt zwischen dem Zeitpunkt der maximalen Verdichtung des Arbeitsmediums und einem frühestmöglichen Zündzeitpunkt, an welchem das gerade genannte Verdichtungsvolumen besonders bevorzugt auf 10 % seines früheren, maximalen Volumens verkleinert ist, überaus bevorzugt auf 5 %. Der Arbeitskolben verschließt zum frühestmöglichen Zündzeitpunkt die zweite Brennkammeröffnung.According to a further alternative, the ignition takes place preferably at a leading ignition time, immediately before the compression volume has completely collapsed at the first combustion chamber opening. The leading ignition time between the time of maximum compression of the working medium and an earliest possible ignition time at which the just mentioned compression volume is particularly preferably reduced to 10% of its earlier, maximum volume is preferred, very preferably to 5%. The working piston closes the second combustion chamber opening at the earliest possible ignition point.

Insbesondere kann die Motoreinheit eine Zündverstellung aufweisen, welche den Zündzeitpunkt zwischen dem frühestmöglichen Zündzeitpunkt und dem spätestmöglichen Zündzeitpunkt zumindest in Abhängigkeit von einer Drehzahl und/oder Zufuhrmenge des Arbeitsmediums pro Zeiteinheit automatisch anpasst. Das verbessert die Effizienz, die Leistung und das Drehmoment in schwierigen Betriebszuständen.In particular, the engine unit can have an ignition adjustment which automatically adjusts the ignition point between the earliest possible ignition point and the latest possible ignition point at least as a function of a speed and / or supply quantity of the working medium per unit of time. This improves efficiency, power and torque in difficult operating conditions.

Bevorzugt ist in dem feststehenden Mittelteil für jede der mindestens einen Brennkammer eine Einlassöffnung zum Ansaugen des Arbeitsmediums ausgebildet, welche bei Drehung des Transportkolbens von dem mindestens einen ersten Arbeitsvolumen überstrichen wird. Es ist also mindestens eine Einlassöffnung vorhanden. Wenn mehrere Brennkammern vorhanden sind, ist für jede der mehreren Brennkammern jeweils eine Einlassöffnung vorhanden, besonders bevorzugt jeweils genau eine Einlassöffnung.An inlet opening for sucking in the working medium is preferably formed in the stationary central part for each of the at least one combustion chamber, which inlet opening is swept over by the at least one first working volume when the transport piston is rotated. So there is at least one inlet opening. If there are several combustion chambers, there is one inlet opening for each of the several combustion chambers, particularly preferably precisely one inlet opening in each case.

Die mindestens eine Einlassöffnung dient zum Ansaugen bzw. Einlassen des Arbeitsmediums in das mindestens eine erste Arbeitsvolumen (bzw. genauer gesagt dessen Ansaugvolumen).The at least one inlet opening serves to suck in or admit the working medium into the at least one first working volume (or more precisely its suction volume).

Besonders bevorzugt ist die mindestens eine Einlassöffnung in der ersten Arbeitsfläche oder in einer seitlichen Dichtfläche des feststehenden Mittelteils für den Transportkolben ausgebildet. Letztere ist eine Fläche, welche an die erste Arbeitsfläche angrenzt und an welcher der Transportkolben dichtend entlang gleitet. Die seitliche Dichtfläche des feststehenden Mittelteils für den Transportkolben kann in einer Schnittebene senkrecht zu der Drehrichtung gesehen lokal senkrecht zu der ersten Arbeitsfläche ausgebildet sein. Sie kann sich entlang der Drehrichtung zylindermantelförmig (axiale Ausrührung) oder kreisringförmig (radiale Ausführung) um die Drehachse herum erstrecken.The at least one inlet opening is particularly preferably formed in the first working surface or in a lateral sealing surface of the stationary central part for the transport piston. The latter is a surface which adjoins the first working surface and on which the transport piston slides along in a sealing manner. The lateral sealing surface of the stationary central part for the transport piston can be formed locally perpendicular to the first working surface, viewed in a sectional plane perpendicular to the direction of rotation. It can extend in the shape of a cylinder jacket (axial design) or circular ring (radial design) around the axis of rotation along the direction of rotation.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist für jede der mindestens einen Brennkammer eine vollständig versenkbare Absperreinrichtung in der ersten Arbeitsfläche angeordnet, welche entlang der Drehrichtung des Transportkolbens gesehen hinter der ersten Brennkammeröffnung dieser Brennkammer und vor der nächsten Einlassöffnung positioniert ist und welche in Abhängigkeit von der Drehposition des Transportkolbens in dem mindestens einen ersten Arbeitsvolumen ein Verdichtungsvolumen begrenzt. In einer Weiterbildung unterteilt sie in Abhängigkeit von der Drehposition des Transportkolbens das mindestens eine Arbeitsvolumen in das Ansaugvolumen und das Verdichtungsvolumen unterteilen.In a particularly preferred development, a completely retractable shut-off device is arranged in the first working surface for each of the at least one combustion chamber, which, viewed along the direction of rotation of the transport piston, is positioned behind the first combustion chamber opening of this combustion chamber and in front of the next inlet opening and which depends on the rotational position of the Transport piston limits a compression volume in the at least one first working volume. In a further development, it subdivides the at least one working volume into the suction volume and the compression volume as a function of the rotational position of the transport piston.

Die Absperrvorrichtung teilt in dem mindestens einen ersten Arbeitsvolumen in Abhängigkeit von der Drehposition des Transportkolbens das Verdichtungsvolumen ab. Ein Vorhandensein und ein Volumen dieses Verdichtungsvolumens sind drehwinkelabhängig. Das Verdichtungsvolumen verkleinert sich, während es die erste Brennkammeröffnung überstreicht. Dadurch wird das Arbeitsmedium aus dem Verdichtungsvolumen durch die erste Brennkammeröffnung in die zugehörige Brennkammer gedrückt und verdichtet. In einer Weiterbildung ist das Verdichtungsvolumen genau dann vollständig kollabiert, wenn das zugehörige erste Arbeitsvolumen komplett die erste Brennkammeröffnung überstrichen hat. Vollständig bedeutet in diesem speziellen Kontext, dass ein Volumen des Verdichtungsvolumens zu diesem Zeitpunkt noch maximal 10 %, noch bevorzugter noch maximal 5 % eines Maximalvolumens des Verdichtungsvolumens beträgt.The shut-off device divides the compression volume in the at least one first working volume as a function of the rotational position of the transport piston. A presence and a volume of this compression volume are dependent on the angle of rotation. The compression volume decreases as it sweeps over the first combustion chamber opening. This removes the working medium the compression volume is pressed through the first combustion chamber opening into the associated combustion chamber and compressed. In a further development, the compression volume is completely collapsed precisely when the associated first working volume has completely passed over the first combustion chamber opening. Complete in this special context means that a volume of the compression volume at this point in time is a maximum of 10%, even more preferably a maximum of 5% of a maximum volume of the compression volume.

Die genannte Absperrvorrichtung verhindert, dass das Arbeitsmedium in dem mindestens einen ersten Arbeitsvolumen (bzw. insbesondere in dem darin ausgebildeten Verdichtungsvolumen) an der ersten Brennkammeröffnung vorbeitransportiert wird.Said shut-off device prevents the working medium in the at least one first working volume (or in particular in the compression volume formed therein) from being transported past the first combustion chamber opening.

Überaus bevorzugt ist diese Absperreinrichtung entlang der Drehrichtung des Transportkolbens gesehen unmittelbar hinter der ersten Brennkammeröffnung dieser Brennkammer und/oder unmittelbar vor der nächsten Einlassöffnung positioniert. Unmittelbar bedeutet in diesem konkreten Zusammenhang, dass ein jeweiliger Winkelversatz beider Elemente um die Drehachse maximal 30° beträgt, außerordentlich bevorzugt maximal 15°. Mit dieser Anordnung werden das maximale Ansaugvolumen (und somit das maximale Verdichtungsvolumen) und folglich die erzielte Verdichtung besonders hoch. Das stellt eine hohe Leistung der Motoreinheit sicher.Most preferably, this shut-off device is positioned immediately behind the first combustion chamber opening of this combustion chamber and / or immediately in front of the next inlet opening, viewed along the direction of rotation of the transport piston. In this specific context, direct means that a respective angular offset of the two elements about the axis of rotation is a maximum of 30 °, extremely preferably a maximum of 15 °. With this arrangement, the maximum suction volume (and thus the maximum compression volume) and consequently the compression achieved are particularly high. This ensures high performance of the motor unit.

Es ist also mindestens eine Absperrvorrichtung in der ersten Arbeitsfläche angeordnet.At least one shut-off device is therefore arranged in the first work surface.

Indem die Absperreinrichtung in der ersten Arbeitsfläche angeordnet ist, werden die darauf wirkenden Kräfte sicher auf das Brennkammergehäuse und somit auf das feststehende Mittelteil übertragen. Wenn diese Absperrvorrichtung vollständig versenkt ist, ragt kein Teil der Absperreinrichtung aus der ersten Arbeitsfläche in Richtung des Transportkolbens hinaus. Die mindestens eine Gleitfläche des Transportkolbens kann die vollständig versenkte Absperrvorrichtung deshalb vollkommen ungehindert überstreichen. Zu dieser Zeit kann die Absperrvorrichtung das mindestens eine erste Arbeitsvolumen natürlich nicht unterteilen. Wenn danach das mindestens eine erste Arbeitsvolumen die Absperreinrichtung überstreicht, fährt die Absperreinrichtung in das mindestens einer erste Arbeitsvolumen aus, um es in das Ansaugvolumen und das Verdichtungsvolumen zu unterteilen.Since the shut-off device is arranged in the first working surface, the forces acting on it are safely transferred to the combustion chamber housing and thus to the stationary central part. When this shut-off device is completely sunk, no part of the shut-off device protrudes from the first work surface in the direction of the transport piston. The at least one sliding surface of the transport piston can therefore sweep over the completely sunk shut-off device completely unhindered. At this time, of course, the shut-off device cannot subdivide the at least one first working volume. When the at least one first working volume then passes over the shut-off device, the shut-off device extends into the at least one first working volume in order to subdivide it into the suction volume and the compression volume.

Wenn genau eine Brennkammer, genau eine erste Brennkammeröffnung und genau eine Einlassöffnung für diese Brennkammer ausgebildet sind, dann ist diese Einlassöffnung selbstverständlich zugleich die (in der Drehrichtung des Transportkolbens gesehen) nächste Einlassöffnung in dem obigen Sinne. Wenn beispielsweise mehrere Brennkammern mit jeweils einer Brennkammeröffnung und jeweils eine Einlassöffnung für jede der Brennkammern ausgebildet sind, dann ist die (in der Drehrichtung des Transportkolbens gesehen) nächste Einlassöffnung diejenige der Einlassöffnungen, welche zum Ansaugen des Arbeitsmediums für die (in der Drehrichtung des Transportkolbens gesehen) nächste Brennkammer dient.If exactly one combustion chamber, exactly one first combustion chamber opening and exactly one inlet opening are formed for this combustion chamber, then this inlet opening is of course also the next inlet opening (viewed in the direction of rotation of the transport piston) in the above sense. If, for example, several combustion chambers are formed, each with a combustion chamber opening and an inlet opening for each of the combustion chambers, then the next inlet opening (viewed in the direction of rotation of the transport piston) is that of the inlet openings which are used for sucking in the working medium for the (seen in the direction of rotation of the transport piston) ) next combustion chamber is used.

Bevorzugt ist in dem feststehenden Mittelteil für jede der mindestens einen Brennkammer eine Auslassöffnung zum Ausstoßen von Verbrennungsprodukten des Arbeitsmediums ausgebildet, welche bei Drehung des Arbeitskolbens von dem mindestens einen zweiten Arbeitsvolumen überstrichen wird. Es ist also mindestens eine Auslassöffnung vorhanden. Wenn mehrere Brennkammern vorhanden sind, ist für jede der mehreren Brennkammern jeweils eine Auslassöffnung vorhanden, besonders bevorzugt jeweils genau eine Auslassöffnung.An outlet opening for ejecting combustion products of the working medium is preferably formed in the stationary central part for each of the at least one combustion chamber, which outlet opening is swept over by the at least one second working volume when the working piston rotates. So there is at least one outlet opening. If there are several combustion chambers, there is one outlet opening for each of the several combustion chambers, particularly preferably precisely one outlet opening in each case.

Die mindestens eine Auslassöffnung dient zum Auslassen bzw. Ausstoßen der Verbrennungsprodukte aus dem mindestens einen zweiten Arbeitsvolumen (bzw. genauer gesagt dessen Ausstoßvolumen).The at least one outlet opening serves to discharge or expel the combustion products from the at least one second working volume (or more precisely its expulsion volume).

Besonders bevorzugt ist die mindestens eine Auslassöffnung in der zweiten Arbeitsfläche oder in einer seitlichen Dichtfläche des feststehenden Mittelteils für den Arbeitskolben ausgebildet. Letztere ist eine Fläche, welche an die zweite Arbeitsfläche angrenzt und an welcher der Arbeitskolben dichtend entlang gleitet. Die seitliche Dichtfläche des feststehenden Mittelteils für den Arbeitskolben kann in einer Schnittebene senkrecht zu der Drehrichtung gesehen lokal senkrecht zu der zweiten Arbeitsfläche ausgebildet sein. Sie kann sich entlang der Drehrichtung zylindermantelförmig (axiale Ausrührung) oder kreisringförmig (radiale Ausführung) um die Drehachse herum erstrecken.The at least one outlet opening is particularly preferably formed in the second working surface or in a lateral sealing surface of the stationary central part for the working piston. The latter is a surface which adjoins the second working surface and on which the working piston slides along in a sealing manner. The lateral sealing surface of the stationary central part for the working piston can be formed locally perpendicular to the second working surface, viewed in a sectional plane perpendicular to the direction of rotation. It can extend in the shape of a cylinder jacket (axial design) or circular ring (radial design) around the axis of rotation along the direction of rotation.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist für jede der mindestens einen Brennkammer eine vollständig versenkbare Absperreinrichtung in der zweiten Arbeitsfläche angeordnet, welche entlang einer Drehrichtung des Arbeitskolbens gesehen vor der zweiten Brennkammeröffnung dieser Brennkammer und hinter der vorherigen Auslassöffnung positioniert ist und welche abhängig von der Drehposition des Arbeitskolbens in dem mindestens einen zweite Arbeitsvolumen ein Expansionsvolumen begrenzt. In einer Weiterbildung unterteilt sie abhängig von der Drehposition des Arbeitskolbens das mindestens eine zweite Arbeitsvolumen in das Expansionsvolumen und das Ausstoßvolumen.In a particularly preferred development, a completely retractable shut-off device is arranged in the second working surface for each of the at least one combustion chamber, which is positioned in front of the second combustion chamber opening of this combustion chamber and behind the previous outlet opening, viewed along a direction of rotation of the working piston, and which is dependent on the rotational position of the working piston in which at least one second working volume limits an expansion volume. In a further development, depending on the rotational position of the working piston, it divides the at least one second working volume into the expansion volume and the discharge volume.

Die Absperrvorrichtung teilt in dem mindestens einen zweiten Arbeitsvolumen in Abhängigkeit von der Drehposition des Arbeitskolbens das Expansionsvolumen ab. Ein Vorhandensein und ein Volumen dieses Expansionsvolumens sind drehwinkelabhängig. Das Expansionsvolumen vergrößert sich, während es die zweite Brennkammeröffnung überstreicht. Dadurch können die Verbrennungsprodukte aus der Brennkammer durch die zweite Brennkammeröffnung in das Expansionsvolumen expandieren und in dem Expansionsvolumen weiter expandieren. In einer Weiterbildung wird das Expansionsvolumen dann neu abgeteilt bzw. neu ausgebildet, kurz bevor das zugehörige mindestens eine zweite Arbeitsvolumen beginnt, die zweite Brennkammeröffnung zu überstreichen. "Kurz bevor" bedeutet in diesem speziellen Kontext, dass ein Volumen des Expansionsvolumens erst maximal 10 %, noch bevorzugter maximal 5 % seines Maximalvolumens erreicht hat, bevor das zugehörige mindestens eine zweite Arbeitsvolumen beginnt, die zweite Brennkammeröffnung zu überstreichen.The shut-off device divides the expansion volume in the at least one second working volume as a function of the rotational position of the working piston. A presence and a volume of this expansion volume are dependent on the angle of rotation. The expansion volume increases as it sweeps over the second combustion chamber opening. This allows the products of combustion expand out of the combustion chamber through the second combustion chamber opening into the expansion volume and expand further in the expansion volume. In a further development, the expansion volume is then newly divided or newly formed, shortly before the associated at least one second working volume begins to sweep over the second combustion chamber opening. "Just before" means in this special context that a volume of the expansion volume has only reached a maximum of 10%, more preferably a maximum of 5% of its maximum volume before the associated at least one second working volume begins to sweep over the second combustion chamber opening.

Die genannte Absperrvorrichtung verhindert, dass die Verbrennungsprodukte aus der zweiten Brennkammeröffnung in einen Teil des mindestens einen zweiten Arbeitsvolumens auszuströmen (es kann sich insbesondere um eines der Ausstoßvolumina handeln), der in der Drehrichtung des Arbeitskolbens gesehen noch vor der zweiten Brennkammeröffnung gelegen ist.Said shut-off device prevents the combustion products from flowing out of the second combustion chamber opening into a part of the at least one second working volume (it can in particular be one of the output volumes) which, viewed in the direction of rotation of the working piston, is still located in front of the second combustion chamber opening.

Überaus bevorzugt ist diese Absperreinrichtung entlang der Drehrichtung des Arbeitskolbens gesehen unmittelbar vor der zweiten Brennkammeröffnung dieser Brennkammer und unmittelbar hinter der vorherigen Auslassöffnung positioniert. Unmittelbar bedeutet in diesem konkreten Zusammenhang, dass ein jeweiliger Winkelversatz beider Elemente um die Drehachse maximal 30° beträgt, außerordentlich bevorzugt maximal 15°. Mit dieser Anordnung werden das maximale Expansionsvolumen und folglich das erzielte Expansionsverhältnis besonders hoch. Das sorgt für eine hohe Leistung und eine hohe Effizienz der Motoreinheit.Most preferably, this shut-off device is positioned immediately in front of the second combustion chamber opening of this combustion chamber and immediately behind the previous outlet opening, viewed along the direction of rotation of the working piston. In this specific context, direct means that a respective angular offset of the two elements about the axis of rotation is a maximum of 30 °, extremely preferably a maximum of 15 °. With this arrangement, the maximum expansion volume and consequently the achieved expansion ratio become particularly high. This ensures high performance and high efficiency of the motor unit.

Es ist also mindestens eine Absperrvorrichtung in der zweiten Arbeitsfläche angeordnet.So there is at least one shut-off device in the second work surface.

Indem die Absperreinrichtung in der zweiten Arbeitsfläche angeordnet ist, werden die darauf wirkenden Kräfte sicher auf das Brennkammergehäuse und somit auf das feststehende Mittelteil übertragen. Dadurch wird auch die Drehrichtung des Arbeitskolbens vorgegeben: Während die aus der Expansion resultierenden Druckkräfte entgegen der der Drehrichtung des Arbeitskolbens von dieser Absperreinrichtung auf das feststehende Mittelteil übertragen werden, treiben diese Druckkräfte andererseits den Arbeitskolben entlang seiner Drehrichtung voran. Das sorgt dafür, dass sich das Expansionsvolumen bei der weiteren Drehung vergrößert. Wenn diese Absperrvorrichtung vollständig versenkt ist, ragt kein Teil der Absperreinrichtung aus der zweiten Arbeitsfläche in Richtung des Arbeitskolbens hinaus. Die mindestens eine Gleitfläche des Arbeitskolbens kann die vollständig versenkte Absperrvorrichtung deshalb leicht überstreichen. Zu dieser Zeit kann die Absperrvorrichtung das mindestens eine zweite Arbeitsvolumen natürlich nicht unterteilen. Wenn danach das mindestens eine zweite Arbeitsvolumen die Absperreinrichtung überstreicht, fährt die Absperreinrichtung in das mindestens eine zweite Arbeitsvolumen aus, um es in das Expansionsvolumen und das Ausstoßvolumen zu unterteilen.Since the shut-off device is arranged in the second working surface, the forces acting on it are safely on the combustion chamber housing and thus on transfer the fixed middle part. This also specifies the direction of rotation of the working piston: While the pressure forces resulting from the expansion are transferred from this shut-off device to the stationary central part against the direction of rotation of the working piston, on the other hand, these pressure forces drive the working piston along its direction of rotation. This ensures that the expansion volume increases with further rotation. When this shut-off device is completely sunk, no part of the shut-off device protrudes from the second working surface in the direction of the working piston. The at least one sliding surface of the working piston can therefore easily pass over the completely sunk shut-off device. At this time, of course, the shut-off device cannot subdivide the at least one second working volume. When the at least one second working volume then passes over the shut-off device, the shut-off device extends into the at least one second working volume in order to subdivide it into the expansion volume and the discharge volume.

Wenn genau eine Brennkammer, genau eine erste Brennkammeröffnung und genau eine Auslassöffnung für diese Brennkammer ausgebildet sind, dann ist diese Auslassöffnung selbstverständlich zugleich die (in der Drehrichtung des Arbeitskolbens gesehen) vorherige Auslassöffnung in dem obigen Sinne. Wenn beispielsweise mehrere Brennkammern mit jeweils einer Brennkammeröffnung und jeweils eine Auslassöffnung für jede der Brennkammern ausgebildet sind, dann ist die (in der Drehrichtung des Arbeitskolbens gesehen) vorherige Auslassöffnung im obigen Sinne diejenige der Auslassöffnungen, welche zum Ausstoßen der Verbrennungsprodukte aus der (in der Drehrichtung des Arbeitskolbens gesehen) vorherigen Brennkammer dient.If exactly one combustion chamber, exactly one first combustion chamber opening and exactly one outlet opening are formed for this combustion chamber, then this outlet opening is of course also the previous outlet opening (viewed in the direction of rotation of the working piston) in the above sense. If, for example, several combustion chambers are formed, each with a combustion chamber opening and an outlet opening for each of the combustion chambers, then the previous outlet opening (viewed in the direction of rotation of the working piston) in the above sense is that of the outlet openings which are used to expel the combustion products from the (in the direction of rotation of the working piston) the previous combustion chamber is used.

In einer besonders bevorzugen Ausführungsform liegt die mindestens eine erste Absperreinrichtung, die in der ersten Arbeitsfläche angeordnet ist, jederzeit dichtend an der ersten Kolbenfläche an. Jederzeit bedeutet in diesem Zusammenhang unabhängig von der Drehposition des Transportkolbens. Alternativ oder zusätzlich liegt die mindestens eine zweite Absperreinrichtung, die in der zweiten Arbeitsfläche angeordnet ist, jederzeit dichtend an der zweiten Kolbenfläche an.In a particularly preferred embodiment, the at least one first shut-off device, which is arranged in the first working surface, is always sealing on the first piston surface. Anytime in this context means independent of the rotational position of the transport piston. As an alternative or in addition, the at least one second shut-off device, which is arranged in the second working surface, is in sealing contact with the second piston surface at all times.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist der Transportkolben besonders bevorzugt derart geformt, dass jede der mindestens einen Absperreinrichtung, die in der ersten Arbeitsfläche angeordnet ist, bei Drehung des Transportkolbens (mit konstanter Winkelgeschwindigkeit) einer phasenweise konstanten Beschleunigung ausgesetzt ist.According to a further aspect, the transport piston is particularly preferably shaped such that each of the at least one shut-off device, which is arranged in the first working surface, is subjected to a phase-wise constant acceleration when the transport piston rotates (at a constant angular velocity).

Eine solche Ausgestaltung gewährleistet, dass ein Anpressdruck und damit Reibungskräfte an der mindestens einen Absperreinrichtung und deren Verschleiß minimal sind. Ferner stellt diese Ausgestaltung sicher, dass ein Verhältnis einer maximalen Geschwindigkeit der mindestens einen Absperreinrichtung zu der Drehzahl minimal wird. Das ermöglicht höhere Drehzahlen.Such a configuration ensures that a contact pressure and thus frictional forces on the at least one shut-off device and its wear are minimal. Furthermore, this refinement ensures that a ratio of a maximum speed of the at least one shut-off device to the rotational speed is minimal. This enables higher speeds.

An dieser Stelle wird erinnert, dass gemäß einer Ausführung lediglich genau eine Absperreinrichtung in der ersten Arbeitsfläche angeordnet sein kann. Das "jede" gilt dann für die genau eine Absperreinrichtung in der ersten Arbeitsfläche.At this point it is recalled that, according to one embodiment, only exactly one shut-off device can be arranged in the first work surface. The "each" then applies to exactly one shut-off device in the first work surface.

Überaus bevorzugt sind die erste Arbeitsfläche und die erste Kolbenfläche gemäß der folgenden Weiterbildung ausgebildet:

  • Ein Abstand der ersten Kolbenfläche von der ersten Arbeitsfläche wird (bei nicht drehendem Transportkolben bzw. zu einem feststehenden Zeitpunkt betrachtet) durch eine stetige, abschnittsweise definierte Funktion in Abhängigkeit von einer Winkelkoordinate um die Drehachse beschrieben, wobei ein Wert der Winkelkoordinate entgegen der Drehrichtung des Transportkolbens gesehen ansteigt.
  • In dem mindestens einen Gleitbereich ist der Abstand null. Anders ausgedrückt ist die erste Kolbenfläche ist in dem mindestens einen Gleitbereich parallel zu der ersten Arbeitsfläche. In dem mindestens einen Gleitbereich ist eine Ableitung des Abstands (nach der Winkelkoordinate) null. Entsprechend ist auch eine zweite Ableitung des Abstands (nach der Winkelkoordinate) null.
  • Der mindestens eine Arbeitsvolumen-Bereich weist einen Zunahmebereich auf, in welchem der Abstand zunimmt. In dem Zunahmebereich vergrößert sich der Abstand stetig differenzierbar. Dabei nimmt die Ableitung des Abstands zunächst linear von null bis zu einem Maximalwert zu und dann linear von dem Maximalwert bis nach null ab. Das heißt, die zweite Ableitung des Abstands weist in einem Anfangsteil des Zunahmebereichs einen positiven, konstanten Wert und in einem Endbereich des Zunahmebereichs einen negativen, konstanten Wert auf. Der Betrag der zweiten Ableitung des Abstands kann in dem Zunahmebereich konstant sein, sodass sich lediglich ein Vorzeichen der zweiten Ableitung ändert. Der Vorzeichenwechsel der zweiten Ableitung (von positiv zu negativ) tritt an dem Maximalwert der ersten Ableitung auf.
  • Der mindestens eine Arbeitsvolumen-Bereich weist danach einen Abnahmebereich auf, in welchem der Abstand abnimmt. In dem Abnahmebereich verkleinert sich der Abstand stetig differenzierbar. Dabei nimmt die Ableitung des Abstands zunächst linear von null bis zu einem Maximalwert ab und dann linear von dem Minimalwert bis nach null zu. Das heißt, die zweite Ableitung des Abstands weist in einem Anfangsteil des Abnahmebereichs einen negativen, konstanten Wert und in einem Endbereich des Abnahmebereichs einen positiven, konstanten Wert auf. Der Betrag der zweiten Ableitung des Abstands kann in dem Abnahmebereich konstant sein, sodass sich lediglich ein Vorzeichen der zweiten Ableitung ändert. Der Vorzeichenwechsel der zweiten Ableitung (von negativ zu positiv) tritt an dem Maximalwert der ersten Ableitung auf.
  • Zwischen dem Zunahmebereich und dem Abnahmebereich kann ein Konstantbereich vorgesehen sein, in welchem der Abstand konstant ist. Anders ausgedrückt ist die erste Kolbenfläche ist in dem Konstantbereich parallel und gleichmäßig beabstandet zu der ersten Arbeitsfläche. In dem Konstantbereich sind die Ableitung und die zweite Ableitung null.
The first working surface and the first piston surface are very preferably designed in accordance with the following development:
  • A distance between the first piston surface and the first working surface is described (when the transport piston is not rotating or at a fixed point in time) by a continuous, sectionally defined function depending on an angular coordinate around the axis of rotation, a value of the angular coordinate opposite to the direction of rotation of the transport piston seen increases.
  • The distance is zero in the at least one sliding area. In other words, the first piston surface is parallel to the first working surface in the at least one sliding area. In the at least one sliding area, a derivative of the distance (according to the angular coordinate) is zero. Correspondingly, a second derivative of the distance (according to the angular coordinate) is also zero.
  • The at least one working volume area has an increase area in which the distance increases. In the increase area, the distance increases continuously differentiable. The derivation of the distance initially increases linearly from zero to a maximum value and then decreases linearly from the maximum value to zero. That is to say, the second derivative of the distance has a positive, constant value in an initial part of the increasing area and a negative, constant value in an end area of the increasing area. The magnitude of the second derivative of the distance can be constant in the increase range, so that only one sign of the second derivative changes. The change in sign of the second derivative (from positive to negative) occurs at the maximum value of the first derivative.
  • The at least one working volume area then has a decrease area in which the distance decreases. In the decrease area, the distance decreases continuously differentiable. The derivation of the distance initially decreases linearly from zero to a maximum value and then increases linearly from the minimum value to zero. That is, the second derivative of the distance has a negative, constant value in an initial part of the decrease area and a positive, constant value in an end area of the decrease area. The magnitude of the second derivative of the distance can be constant in the decrease region, so that only one sign of the second derivative changes. The change in sign of the second derivative (from negative to positive) occurs at the maximum value of the first derivative.
  • A constant area, in which the distance is constant, can be provided between the increase area and the decrease area. In other words, the first piston surface is parallel in the constant range and is equally spaced from the first working surface. In the constant range, the derivative and the second derivative are zero.

Der Abstand kann sich entlang der Radialrichtung oder entlang der Längsrichtung erstrecken sein.The distance can extend along the radial direction or along the longitudinal direction.

Falls sich der Abstand in der Radialrichtung erstreckt, weist die erste Arbeitsfläche vorzugsweise eine zylindermantelförmige Form auf. Die Veränderung des Abstands in Abhängigkeit von der Winkelkoordinate wird also allein von der Form der ersten Kolbenfläche definiert. Die stetige, abschnittsweise definierte Funktion beschreibt dann die Abweichung der ersten Kolbenfläche von einer idealen Zylindermantelform.If the distance extends in the radial direction, the first working surface preferably has the shape of a cylinder jacket. The change in the distance as a function of the angular coordinate is thus defined solely by the shape of the first piston surface. The continuous function, defined in sections, then describes the deviation of the first piston surface from an ideal cylinder jacket shape.

Falls sich der Abstand in der Längsrichtung erstreckt, weist die erste Arbeitsfläche vorzugsweise eine Kreisring-Form auf. Die Veränderung des Abstands in Abhängigkeit von der Winkelkoordinate wird also allein von der Form der ersten Kolbenfläche definiert. Die stetige, abschnittsweise definierte Funktion beschreibt dann die Abweichung der ersten Kolbenfläche von einer Stirnfläche eines idealen Hohlzylinders.If the distance extends in the longitudinal direction, the first working surface preferably has a circular ring shape. The change in the distance as a function of the angular coordinate is thus defined solely by the shape of the first piston surface. The continuous function, defined in sections, then describes the deviation of the first piston surface from an end surface of an ideal hollow cylinder.

Sofern der Transportkolben mehrere Gleitbereiche und mehrere Arbeitsvolumen-Bereiche aufweist, kann sich die Funktion entsprechend wiederholen.If the transport piston has several sliding areas and several working volume areas, the function can be repeated accordingly.

Wenn sich der Transportkolben mit konstanter Winkelgeschwindigkeit entlang seiner Drehrichtung dreht, beschreibt eine zu der obigen Funktion korrespondierende Funktion über die Zeit den Abstand an der Stelle der mindestens einen Absperrvorrichtung in der ersten Arbeitsfläche. Die konstante positive zweite Ableitung im zuvor beschriebenen Zusammenhang führt dann zu einer konstanten positiven Beschleunigung der Absperreinrichtung entlang einer Richtung des Abstandes, also senkrecht zu der ersten Arbeitsfläche von der ersten Arbeitsfläche zu der ersten Kolbenfläche hin. Die oben gennannten Ausgestaltungen der Funktion sind also Beispiele dafür, wie sichergestellt werden kann, dass die mindestens eine Absperreinrichtung, die in der ersten Arbeitsfläche angeordnet ist, bei Drehung des Transportkolbens mit konstanter Winkelgeschwindigkeit einer phasenweise konstanten Beschleunigung ausgesetzt wird.When the transport piston rotates at a constant angular speed along its direction of rotation, a function corresponding to the above function describes the distance over time at the point of the at least one Locking device in the first work surface. The constant positive second derivative in the context described above then leads to a constant positive acceleration of the shut-off device along a direction of the distance, that is, perpendicular to the first working surface from the first working surface to the first piston surface. The above-mentioned refinements of the function are therefore examples of how it can be ensured that the at least one shut-off device, which is arranged in the first working surface, is subjected to a phase-wise constant acceleration when the transport piston rotates at a constant angular velocity.

Alternativ oder zusätzlich ist der Arbeitskolben bevorzugt derart geformt, dass jede der mindestens einen Absperreinrichtung, die in der zweiten Arbeitsfläche angeordnet ist, bei einer Drehung des Arbeitskolbens mit konstanter Winkelgeschwindigkeit einer phasenweise konstanten Beschleunigung ausgesetzt ist. Die oben aufgeführten Anmerkungen und Vorteile gelten entsprechend. Insbesondere kann ein Abstand der zweiten Kolbenfläche von der zweiten Arbeitsfläche in gleicher Weise durch eine stetige, abschnittsweise definierte Funktion in Abhängigkeit von der Winkelkoordinate um die Drehachse charakterisiert sein.Alternatively or additionally, the working piston is preferably shaped such that each of the at least one shut-off device, which is arranged in the second working surface, is subjected to a phase-wise constant acceleration when the working piston rotates at a constant angular velocity. The comments and advantages listed above apply accordingly. In particular, a distance between the second piston surface and the second working surface can be characterized in the same way by a continuous function defined in sections as a function of the angular coordinate about the axis of rotation.

Wenn der Zunahmebereich und/oder der Abnahmebereich für den Abstand zwischen der zweiten Arbeitsfläche und der zweiten Kolbenfläche bei gleichbleibendem zweiten Arbeitsvolumen steiler gestaltet werden (also höhere Beträge der ersten Ableitung aufweisen), dann wird dadurch ein Drehmoment der Motoreinheit verbessert. Deshalb ist es insbesondere auf der Seite des Arbeitskolbens vorteilhaft, den Konstantbereich zwischen dem Zunahmebereich und dem Abnahmebereich vorzusehen.If the increase area and / or the decrease area for the distance between the second working surface and the second piston surface are made steeper while the second working volume remains the same (i.e. have higher amounts of the first derivative), then a torque of the motor unit is improved as a result. It is therefore advantageous, particularly on the side of the working piston, to provide the constant area between the increase area and the decrease area.

Besonders bevorzugt umfasst jede Absperreinrichtung einen Schieber, eine Klappe, oder eine Tür, welche in einer zugehörigen passenden Aussparung in dem Brennkammergehäuse vollständig versenkbar ist. Je nachdem, wo die Absperreinrichtung vorgesehen ist, ist die zugehörige Aussparung in der ersten Arbeitsfläche oder in der zweiten Arbeitsfläche des Brennkammergehäuses ausgebildet.Particularly preferably, each shut-off device comprises a slide, a flap, or a door, which in an associated matching recess in the combustion chamber housing is completely retractable. Depending on where the shut-off device is provided, the associated recess is formed in the first working surface or in the second working surface of the combustion chamber housing.

Die Klappen gewährleisten eine sicherere Führung, haben jedoch einen größeren Platzverbrauch als die Schieber. Die Türen weisen ebenfalls einen sehr geringen Platzbedarf auf.The flaps ensure safer guidance, but they take up more space than the slide. The doors also have a very small footprint.

Verschiedene Ausführungen sind in dieser Hinsicht möglich. Beispielsweise kann jede der mindestens einen Absperreinrichtung in der Arbeitsfläche einen Schieber aufweisen, während jede der mindestens einen Absperreinrichtung in der zweiten Arbeitsfläche eine Klappe aufweist. Das ist besonders bei radialen Ausführungen von Vorteil, wenn die zweite Arbeitsfläche auf der radialen Außenfläche des Brennkammergehäuses angeordnet ist. Die erste Arbeitsfläche auf der radialen Innenseite des Brennkammergehäuses bietet weniger Platz. Hier sind also die Schieber von Vorteil. Die zweite Arbeitsfläche bietet aufgrund ihres größeren Umfangs mehr Platz. Außerdem sind die mechanischen und thermischen Belastungen für die mindestens eine Absperrvorrichtung in der zweiten Arbeitsfläche größer. Hier sind also Klappen besonders geeignet.Various designs are possible in this regard. For example, each of the at least one shut-off device in the work surface can have a slide, while each of the at least one shut-off device in the second work surface has a flap. This is particularly advantageous in radial designs when the second working surface is arranged on the radial outer surface of the combustion chamber housing. The first working surface on the radial inside of the combustion chamber housing offers less space. So the sliders are an advantage here. The second work surface offers more space due to its larger size. In addition, the mechanical and thermal loads for the at least one shut-off device in the second working area are greater. So this is where flaps are particularly suitable.

Die Ausführung der mindestens einen Absperreinrichtung als Tür bietet sich für radiale Ausführungen der Motoreinheit an. Wenn die jeweilige Tür geschlossen ist, definiert eine Innenseite dieser Tür einen Teil einer Wand der zugehörigen mindestens einen Brennkammer. Dadurch ist die Form der Brennkammer noch freier gestaltbar. Beispielsweise kann die Innenseite der Tür die Form eines Teils einer Kugel aufweisen. Insbesondere kann für jede der mindestens einen Brennkammer jeweils eine Tür für die erste Brennkammeröffnung in der ersten Arbeitsfläche ausgebildet sein und eine Tür für die zweite Brennkammeröffnung in der mindestens zweiten Arbeitsfläche ausgebildet sein. So kann die mindestens eine Brennkammer sogar im Bereich der ersten Brennkammeröffnung und der zweiten Brennkammeröffnung eine kugelförmige Wand aufweisen, wenn diese beiden Türen geschlossen sind.The design of the at least one shut-off device as a door is ideal for radial designs of the motor unit. When the respective door is closed, an inside of this door defines part of a wall of the associated at least one combustion chamber. As a result, the shape of the combustion chamber can be designed even more freely. For example, the inside of the door can have the shape of part of a sphere. In particular, for each of the at least one combustion chamber, a door for the first combustion chamber opening can be formed in the first working surface and a door for the second combustion chamber opening can be formed in the at least second working surface. So can at least one Combustion chamber even have a spherical wall in the area of the first combustion chamber opening and the second combustion chamber opening when these two doors are closed.

Falls die Tür in der ersten Arbeitsfläche angeordnet ist, dann verschließt sie die erste Brennkammeröffnung der Brennkammer, wenn der mindestens eine Gleitbereich des Transportkolbens diese erste Brennkammeröffnung überstreicht. Eine Außenseite der Tür kann so geformt sein, dass die Außenseite in diesem Zustand die erste Arbeitsfläche im Bereich dieser ersten Brennkammeröffnung bündig und formangepasst fortsetzt. Bei dieser Ausführung verschließt also die erste Kolbenfläche die erste Brennkammeröffnung nicht unmittelbar, sondern mittelbar über die Tür. Allerdings stützt die erste Kolbenfläche (bzw. deren mindestens eine Gleitbereich) die Tür außen ab, wenn die Tür geschlossen ist. Die Tür kann die Druckkräfte in der zugehörigen Brennkammer unmittelbar und praktisch vollständig auf die erste Kolbenfläche übertragen, wenn die Tür vollständig geschlossen ist. Das sorgt für eine hohe Stabilität und eine hohe Zuverlässigkeit. Auch im funktionalen Sinne verschließt die erste Kolbenfläche die erste Brennkammeröffnung, da sie sie zugehörige Tür zudrückt, also vor der Zündung verschließt und während der Zündung geschlossen hält.If the door is arranged in the first working surface, then it closes the first combustion chamber opening of the combustion chamber when the at least one sliding area of the transport piston passes over this first combustion chamber opening. An outside of the door can be shaped in such a way that the outside in this state continues the first work surface in the area of this first combustion chamber opening in a flush manner and conforms to its shape. In this embodiment, the first piston surface does not close the first combustion chamber opening directly, but rather indirectly via the door. However, the first piston surface (or its at least one sliding area) supports the door on the outside when the door is closed. The door can transfer the pressure forces in the associated combustion chamber directly and practically completely to the first piston surface when the door is completely closed. This ensures high stability and high reliability. In a functional sense, too, the first piston surface closes the first combustion chamber opening, since it pushes the associated door shut, that is, it closes it before ignition and keeps it closed during ignition.

Falls die Tür in der ersten Arbeitsfläche angeordnet ist, ist sie vorzugweise entlang der Drehrichtung des Transportkolbens unmittelbar hinter der zugehörigen ersten Brennkammeröffnung an dem Brennkammergehäuse auf der Seite der ersten Arbeitsfläche drehbar angelenkt. Die Tür ist um eine Tür-Schwenkachse, die parallel zu der Drehachse (des Transportkolbens) ist, verschwenkbar, um die zugehörige erste Brennkammeröffnung zu öffnen oder verschließen. Wenn das mindestens eine erste Arbeitsvolumen (bzw. der mindestens eine Arbeitsvolumen-Bereich des Transportkolbens) die zugehörige erste Brennkammeröffnung überstreicht, öffnet sich die Tür. Dadurch dichtet sie in diesem ersten Arbeitsvolumen das Verdichtungsvolumen ab. Zugleich kann durch die geöffnete Tür das verdichtete Arbeitsmedium aus dem Verdichtungsvolumen in die Brennkammer einströmen.If the door is arranged in the first working surface, it is preferably hinged to the combustion chamber housing on the side of the first working surface so that it can rotate along the direction of rotation of the transport piston immediately behind the associated first combustion chamber opening. The door can be pivoted about a door pivot axis, which is parallel to the axis of rotation (of the transport piston), in order to open or close the associated first combustion chamber opening. When the at least one first working volume (or the at least one working volume area of the transport piston) sweeps over the associated first combustion chamber opening, the door opens. As a result, it seals the compression volume in this first working volume. At the same time, through the open door, that compressed working medium flow from the compression volume into the combustion chamber.

Eine Länge der Tür senkrecht zu der Tür-Schwenkachse ist in diesem Fall vorzugsweise größer als der maximale Abstand zwischen der ersten Arbeitsfläche und der ersten Kolbenfläche. Selbst wenn die Tür maximal geöffnet ist, drückt ein Druck des Arbeitsmediums in dem Verdichtungsvolumen die Tür stärker auf die erste Kolbenfläche. Der Druck des Arbeitsmediums in dem Verdichtungsvolumen trägt zu einer verbesserten Abdichtung des Verdichtungsvolumens an der Tür bei.A length of the door perpendicular to the door pivot axis is in this case preferably greater than the maximum distance between the first working surface and the first piston surface. Even when the door is opened to the maximum, a pressure of the working medium in the compression volume presses the door more strongly onto the first piston surface. The pressure of the working medium in the compression volume contributes to an improved sealing of the compression volume on the door.

Die Ausführung der Absperreinrichtung als Tür hat also den Vorteil, dass kein elastisches Element (wie beispielsweise eine Feder) oder zumindest kein starkes elastisches Element für diese Abdichtung sorgen muss. In einer Weiterbildung ist jedoch trotzdem eine Öffnungshilfe (wie beispielsweise eine Feder) vorgesehen, welche eine Kraft für das Öffnen der Tür bereitstellt. Dadurch öffnet die Tür schnell und sicher, sobald sie von dem mindestens einen ersten Arbeitsvolumen überstrichen wird. Da nur vergleichsweise geringe Kräfte zum Öffnen nötig sind, kann die Öffnungshilfe beispielsweise ein Magnetelement an einem der Tür-Schwenkachse abgewandten Ende der Tür und mindestens ein Magnetelement an bzw. unter der ersten Kolbenoberfläche umfassen.The design of the shut-off device as a door thus has the advantage that no elastic element (such as a spring) or at least no strong elastic element has to provide this seal. In a further development, however, an opening aid (such as a spring) is still provided, which provides a force for opening the door. As a result, the door opens quickly and safely as soon as it is swept over by the at least one first working volume. Since only comparatively small forces are required for opening, the opening aid can, for example, comprise a magnetic element on an end of the door facing away from the door pivot axis and at least one magnetic element on or below the first piston surface.

Falls die Tür in der zweiten Arbeitsfläche angeordnet ist, dann verschließt sie die zweite Brennkammeröffnung der zugehörigen Brennkammer, wenn der mindestens eine Gleitbereich des Arbeitskolbens diese zweite Brennkammeröffnung überstreicht. Eine Außenseite der Tür kann so geformt sein, dass die Außenseite in diesem Zustand die zweite Arbeitsfläche im Bereich dieser zweiten Brennkammeröffnung bündig und formangepasst fortsetzt. Bei dieser Ausführung verschließt also die zweite Kolbenfläche die zweite Brennkammeröffnung nicht unmittelbar, sondern mittelbar über die Tür. Allerdings stützt die zweite Kolbenfläche (bzw. deren mindestens eine Gleitbereich) die Tür außen ab, wenn die Tür geschlossen ist. Die Tür kann die Druckkräfte in der zugehörigen Brennkammer unmittelbar und praktisch vollständig auf die zweite Kolbenfläche übertragen, wenn die Tür vollständig geschlossen ist. Das sorgt für eine hohe Stabilität und eine hohe Zuverlässigkeit. Auch im funktionalen Sinne verschließt die zweite Kolbenfläche die zweite Brennkammeröffnung, da sie sie zugehörige Tür zudrückt, also vor der Zündung verschließt und während der Zündung geschlossen hält.If the door is arranged in the second working surface, then it closes the second combustion chamber opening of the associated combustion chamber when the at least one sliding area of the working piston sweeps over this second combustion chamber opening. An outside of the door can be shaped in such a way that in this state the outside continues the second work surface in the area of this second combustion chamber opening in a flush manner and conforms to its shape. In this embodiment, the second piston surface does not close the second combustion chamber opening directly, but rather indirectly via the door. However, the second piston surface provides support (or their at least one sliding area) the door from the outside when the door is closed. The door can transfer the pressure forces in the associated combustion chamber directly and practically completely to the second piston surface when the door is completely closed. This ensures high stability and high reliability. In a functional sense, too, the second piston surface closes the second combustion chamber opening, since it closes the associated door, that is to say it closes before ignition and keeps it closed during ignition.

Falls die Tür in der zweiten Arbeitsfläche angeordnet ist, ist sie vorzugweise entlang der Drehrichtung des Arbeitskolbens unmittelbar vor der zugehörigen zweiten Brennkammeröffnung an dem Brennkammergehäuse auf der Seite der zweiten Arbeitsfläche drehbar angelenkt. Die Tür ist um eine Tür-Schwenkachse, die parallel zu der Drehachse ist, verschwenkbar, um die zugehörige zweite Brennkammeröffnung zu öffnen oder verschließen. Wenn das mindestens eine zweite Arbeitsvolumen (bzw. der mindestens eine Arbeitsvolumen-Bereich des Arbeitskolbens) die zugehörige zweite Brennkammeröffnung überstreicht, öffnet sich die Tür. Dadurch dichtet sie in diesem zweiten Arbeitsvolumen das Expansionsvolumen ab. Zugleich kann durch die geöffnete Tür die unter hohem Druck stehenden Verbrennungsprodukte aus der Brennkammer in das Expansionsvolumen ausströmen.If the door is arranged in the second working surface, it is preferably articulated so that it can rotate along the direction of rotation of the working piston immediately in front of the associated second combustion chamber opening on the combustion chamber housing on the side of the second working surface. The door can be pivoted about a door pivot axis, which is parallel to the axis of rotation, in order to open or close the associated second combustion chamber opening. When the at least one second working volume (or the at least one working volume area of the working piston) sweeps over the associated second combustion chamber opening, the door opens. As a result, it seals the expansion volume in this second working volume. At the same time, the highly pressurized combustion products can flow out of the combustion chamber into the expansion volume through the open door.

Eine Länge der Tür senkrecht zu der Tür-Schwenkachse ist in diesem Fall vorzugsweise größer als der maximale Abstand zwischen der zweiten Arbeitsfläche und der zweiten Kolbenfläche. Selbst wenn die Tür maximal geöffnet ist, drückt der Druck der Verbrennungsprodukte in dem Expansionsvolumen die Tür stärker auf die zweite Kolbenfläche. Der Druck trägt also zu einer verbesserten Abdichtung des Expansionsvolumen an der Tür bei. Die Ausführung der Absperreinrichtung als Tür hat also den Vorteil, dass kein elastisches Element (wie beispielsweise eine Feder) oder zumindest kein starkes elastisches Element für diese Abdichtung sorgen muss. Jedenfalls öffnet sich die Tür automatisch durch den Druck der Verbrennungsprodukte in der zugehörigen Brennkammer. In einer Weiterbildung ist jedoch trotzdem eine Öffnungshilfe (wie beispielsweise eine Feder) vorgesehen, welches eine Kraft für das Öffnen der Tür bereitstellt. Dadurch bleibt die Tür sicher geöffnet, auch wenn das mindestens eine zweite Arbeitsvolumen die Tür fast vollständig überstrichen hat und sich der Druck in dem Expansionsvolumen einem minimalen Wert nähert. Da nur vergleichsweise geringe Kräfte zum Offenhalten nötig sind, kann die Öffnungshilfe beispielsweise ein Magnetelement an einem der Drehachse abgewandten Ende der Tür und mindestens ein Magnetelement an bzw. unter der zweiten Kolbenoberfläche umfassen.In this case, a length of the door perpendicular to the door pivot axis is preferably greater than the maximum distance between the second working surface and the second piston surface. Even when the door is opened to the maximum, the pressure of the products of combustion in the expansion volume presses the door more strongly on the second piston surface. The pressure thus contributes to an improved sealing of the expansion volume on the door. The design of the shut-off device as a door has the advantage that there is no elastic element (such as, for example a spring) or at least no strong elastic element has to provide this seal. In any case, the door opens automatically due to the pressure of the combustion products in the associated combustion chamber. In one development, however, an opening aid (such as a spring) is still provided, which provides a force for opening the door. As a result, the door remains safely open, even if the at least one second working volume has almost completely swept over the door and the pressure in the expansion volume approaches a minimum value. Since only comparatively small forces are required to hold open, the opening aid can for example comprise a magnetic element on an end of the door facing away from the axis of rotation and at least one magnetic element on or below the second piston surface.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist das Brennkammergehäuse des feststehenden Mittelteils mehrere Brennkammern auf, die symmetrisch um die Drehachse angeordnet sind.In a further development of the invention, the combustion chamber housing of the stationary central part has a plurality of combustion chambers which are arranged symmetrically about the axis of rotation.

Alternativ oder zusätzlich sind die Brennkammern entlang der Drehrichtung des Arbeitskolbens um gleiche Winkelabstände jeweils voneinander versetzt angeordnet. Zum Beispiel können diese Winkelabstände zwischen benachbarten Brennkammern bei einer Ausführungsform mit drei Brennkammern 120° betragen, bei einer Ausführungsform mit vier Brennkammern 90°.Alternatively or additionally, the combustion chambers are arranged offset from one another by the same angular distances along the direction of rotation of the working piston. For example, these angular distances between adjacent combustion chambers can be 120 ° in an embodiment with three combustion chambers, and 90 ° in an embodiment with four combustion chambers.

Eine derart regelmäßige Anordnung vereinfacht die Produktion und verringert die Kosten. Außerdem sorgt sie für eine höhere Laufruhe und eine gleichmäßigere Motorkraft.Such a regular arrangement simplifies production and reduces costs. It also ensures smoother running and more even engine power.

Bevorzugt hat der Transportkolben eine hohlzylindrische Grundform, wobei eine dem Brennkammergehäuse zugewandte Zylindermantelfläche die erste Kolbenfläche bildet und bereichsweise von dem Brennkammergehäuse weg zurückgesetzt ist, um das mindestens eine erste Arbeitsvolumen zwischen dem Transportkolben und dem Brennkammergehäuse auszubilden.The transport piston preferably has a hollow cylindrical basic shape, with a cylinder jacket surface facing the combustion chamber housing being the first piston surface and is partially set back away from the combustion chamber housing in order to form the at least one first working volume between the transport piston and the combustion chamber housing.

Wenn beispielsweise die erste Arbeitsfläche auf der radial inneren Zylindermantelfläche des Brennkammergehäuses ist, dann ist eine radial äußere, dem Brennkammergehäuse zugewandte Zylindermantelfläche des Transportkolbens bereichsweise radial nach innen zurückgesetzt. Das bedeutet, die radial äußere Zylindermantelfläche des Transportkolbens ist - verglichen zu einem idealen Hohlzylinder - bereichsweise ausgespart bzw. eingebuchtet. Es ist mindestens eine solche Aussparung (Einbuchtung) vorhanden.For example, if the first working surface is on the radially inner cylinder jacket surface of the combustion chamber housing, then a radially outer cylinder jacket surface of the transport piston facing the combustion chamber housing is set back radially inward in some areas. This means that the radially outer cylinder jacket surface of the transport piston is - compared to an ideal hollow cylinder - recessed or indented in some areas. There is at least one such recess (indentation).

Alternativ oder zusätzlich hat der Arbeitskolben bevorzugt eine hohlzylindrische Grundform, wobei eine dem Brennkammergehäuse zugewandte Zylinderfläche die zweite Kolbenfläche bildet und bereichsweise von dem Brennkammergehäuse weg zurückgesetzt ist, um das mindestens eine zweite Arbeitsvolumen zwischen dem Arbeitskolben und dem Brennkammergehäuse auszubilden.Alternatively or additionally, the working piston preferably has a hollow cylindrical basic shape, with a cylinder surface facing the combustion chamber housing forming the second piston surface and being set back in some areas away from the combustion chamber housing in order to form the at least one second working volume between the working piston and the combustion chamber housing.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind der Transportkolben und der Arbeitskolben bezogen auf ihre jeweiligen hohlzylindrischen Grundformen konzentrisch zueinander um die Drehachse ausgebildet, wobei das Brennkammergehäuse entlang der Radialrichtung (quer zu der Drehachse) unmittelbar zwischen dem Transportkolben und dem Arbeitskolben angeordnet ist. Das Brennkammergehäuse trennt in diesem Fall entlang der Radialrichtung gesehen einen Bereich für den Transportkolben (eine erste Kolbenkammer) von einem Bereich für den zweiten Transportkolben (eine zweite Kolbenkammer) voneinander ab.In a particularly preferred embodiment, the transport piston and the working piston are concentric with one another around the axis of rotation with respect to their respective hollow cylindrical basic shapes, the combustion chamber housing being arranged in the radial direction (transverse to the axis of rotation) directly between the transport piston and the working piston. In this case, the combustion chamber housing separates an area for the transport piston (a first piston chamber) from an area for the second transport piston (a second piston chamber), viewed along the radial direction.

Wenn beispielsweise die zweite Arbeitsfläche auf der radial äußeren Zylindermantelfläche des Brennkammergehäuses ist, dann ist eine radial innere, dem Brennkammergehäuse zugewandte Zylindermantelfläche des Arbeitskolbens bereichsweise radial nach außen zurückgesetzt. Das bedeutet, die radial innere Zylindermantelfläche des Arbeitskolbens ist - verglichen zu einem idealen Hohlzylinder - bereichsweise ausgespart bzw. eingebuchtet. Es ist mindestens eine solche Aussparung (Einbuchtung) vorhanden.If, for example, the second working surface is on the radially outer cylinder jacket surface of the combustion chamber housing, then a radially inner one, the Combustion chamber housing facing cylinder jacket surface of the working piston partially set back radially outward. This means that the radially inner cylinder jacket surface of the working piston is - compared to an ideal hollow cylinder - recessed or indented in some areas. There is at least one such recess (indentation).

In einer anderen, bevorzugten Ausführungsform sind der Transportkolben und der Arbeitskolben entlang der Längsrichtung versetzt angeordnet sind, wobei das Brennkammergehäuse entlang der Längsrichtung unmittelbar zwischen dem Transportkolben und dem Arbeitskolben angeordnet ist. Das Brennkammergehäuse trennt in diesem Fall entlang der Längsrichtung gesehen den Bereich für den Transportkolben (die erste Kolbenkammer) von dem Bereich für den zweiten Transportkolben (die zweite Kolbenkammer) voneinander ab.In another, preferred embodiment, the transport piston and the working piston are arranged offset along the longitudinal direction, the combustion chamber housing being arranged along the longitudinal direction directly between the transport piston and the working piston. In this case, the combustion chamber housing, viewed in the longitudinal direction, separates the area for the transport piston (the first piston chamber) from the area for the second transport piston (the second piston chamber) from one another.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform hat der Transportkolben eine hohlzylindrische Grundform, wobei eine dem Brennkammergehäuse zugewandte Stirnseite die erste Kolbenfläche bildet und entlang der Längsrichtung bereichsweise zurückgesetzt ist, um das mindestens eine erste Arbeitsvolumen zwischen dem Transportkolben und dem Brennkammergehäuse auszubildenIn a particularly preferred embodiment, the transport piston has a hollow cylindrical basic shape, with an end face facing the combustion chamber housing forming the first piston surface and being partially set back along the longitudinal direction in order to form the at least one first working volume between the transport piston and the combustion chamber housing

Wenn beispielsweise die erste Arbeitsfläche einer axial oberen Stirnfläche des Brennkammergehäuses ist, dann ist eine axial untere, dem Brennkammergehäuse zugewandte Zylindermantelstirnfläche des Transportkolbens bereichsweise in der Längsrichtung (also axial) nach oben zurückgesetzt. Das bedeutet, die axial untere Zylinderstirnfläche des Transportkolbens ist - verglichen zu einem idealen Hohlzylinder - bereichsweise ausgespart bzw. nach oben eingebuchtet. Es ist mindestens eine solche Aussparung (Einbuchtung) vorhanden.For example, if the first working surface is an axially upper end face of the combustion chamber housing, then an axially lower cylinder jacket end face of the transport piston facing the combustion chamber housing is set back upwards in some areas in the longitudinal direction (i.e. axially). This means that the axially lower cylinder end face of the transport piston is - compared to an ideal hollow cylinder - recessed in some areas or indented upwards. There is at least one such recess (indentation).

Alternativ oder zusätzlich ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass der Arbeitskolben eine hohlzylindrische Grundform hat, wobei eine dem Brennkammergehäuse zugewandte Stirnseite die zweite Kolbenfläche bildet und bereichsweise zurückgesetzt ist, um das mindestens eine zweite Arbeitsvolumen zwischen dem Arbeitskolben (und dem Brennkammergehäuse auszubilden.Alternatively or additionally, it is particularly preferred that the working piston has a hollow cylindrical basic shape, with an end face facing the combustion chamber housing forming the second piston surface and being set back in some areas in order to form the at least one second working volume between the working piston (and the combustion chamber housing).

Wenn beispielsweise die zweite Arbeitsfläche einer axial untere Stirnfläche des Brennkammergehäuses ist, dann ist eine axial obere, dem Brennkammergehäuse zugewandte Zylindermantelstirnfläche des Arbeitskolbens bereichsweise in der Längsrichtung (also axial) nach unten zurückgesetzt. Das bedeutet, die axial obere Zylinderstirnfläche des Arbeitskolbens ist - verglichen zu einem idealen Hohlzylinder - bereichsweise ausgespart bzw. nach unten eingebuchtet. Es ist mindestens eine solche Aussparung (Einbuchtung) vorhanden.For example, if the second working surface is an axially lower end face of the combustion chamber housing, then an axially upper cylinder jacket end face of the working piston facing the combustion chamber housing is set back downwards in some areas in the longitudinal direction (i.e. axially). This means that the axially upper cylinder end face of the working piston is - compared to an ideal hollow cylinder - recessed in some areas or indented downwards. There is at least one such recess (indentation).

Eine Aufgabe der Erfindung besteht ferner darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem Motoreinheit mit Rotationskolben für einer Viertakt-Verbrennungsmaschine mit höherer Effizienz betrieben werden kann.A further object of the invention is to provide a method with which the engine unit with rotary pistons for a four-stroke internal combustion engine can be operated with higher efficiency.

Erfindungsgemäß vorgesehen ist ein Verfahren für den Betrieb einer Motoreinheit für eine Viertakt-Verbrennungsmaschine für ein kompressibles Arbeitsmedium nach einer beliebigen der vorherigen Ausführungsformen, wobei für die mindestens eine Brennkammer die Einlassöffnung zum Ansaugen des Arbeitsmediums ausgebildet ist, welche bei Drehung des Transportkolbens von dem mindestens einen ersten Arbeitsvolumen überstrichen wird, und wobei für die mindestens einen Brennkammer die Auslassöffnung zum Ausstoßen von Verbrennungsprodukten des Arbeitsmediums ausgebildet ist, welche bei Drehung des Arbeitskolbens von dem mindestens einen zweiten Arbeitsvolumen überstrichen wird.According to the invention, a method for operating a motor unit for a four-stroke internal combustion engine for a compressible working medium according to any of the previous embodiments is provided, wherein the inlet opening for sucking in the working medium is formed for the at least one combustion chamber, which when the transport piston rotates from the at least one first working volume is swept over, and wherein for the at least one combustion chamber the outlet opening is formed for ejecting combustion products of the working medium, which is swept over by the at least one second working volume when the working piston rotates.

Das Verfahren umfasst eine andauernde Drehung des Transportkolbens und des Arbeitskolbens entlang deren Drehrichtung und folgende weitere Schritte:

  • einen Einlassschritt, in welchem das mindestens eine erste Arbeitsvolumen die Einlassöffnung überstreicht;
  • einen Verdichtungsschritt, umfassend:
    • Bewegen des mindestens einen ersten Arbeitsvolumens von der Einlassöffnung zu der ersten Brennkammeröffnung,
    • Verschließen der zweiten Brennkammeröffnung durch die zweite Kolbenfläche;
    • Abtrennen des Verdichtungsvolumens innerhalb des mindestens einen ersten Arbeitsvolumens wobei das Verdichtungsvolumen in Fluidverbindung mit der ersten Brennkammeröffnung und der mindestens einen Brennkammer steht,
    • Verkleinern des Verdichtungsvolumens,
    • Verschließen der ersten Brennkammeröffnung durch die erste Kolbenfläche, und
    • Zünden des Arbeitsmediums in der mindestens einen Brennkammer;
  • einen Expansionsschritt, umfassend:
    • Bewegen des mindestens einen zweiten Arbeitsvolumens zu der zweiten Brennkammeröffnung,
    • Abtrennen des Expansionsvolumens innerhalb des mindestens einen zweiten Arbeitsvolumens, wobei das Expansionsvolumen in Fluidverbindung mit der zweiten Brennkammeröffnung und der mindestens einen Brennkammer steht,
    • Vergrößern des Expansionsvolumens; sowie
  • einen Ausstoßschritt, in welchem das mindestens eine zweite Arbeitsvolumen die Auslassöffnung überstreicht.
The method comprises a continuous rotation of the transport piston and the working piston along their direction of rotation and the following further steps:
  • an inlet step in which the at least one first working volume sweeps over the inlet opening;
  • a compression step comprising:
    • Moving the at least one first working volume from the inlet opening to the first combustion chamber opening,
    • Closing the second combustion chamber opening by the second piston surface;
    • Separating the compression volume within the at least one first working volume, the compression volume being in fluid connection with the first combustion chamber opening and the at least one combustion chamber,
    • Reducing the compression volume,
    • The first combustion chamber opening is closed by the first piston surface, and
    • Igniting the working medium in the at least one combustion chamber;
  • an expansion step comprising:
    • Moving the at least one second working volume to the second combustion chamber opening,
    • Separating the expansion volume within the at least one second working volume, the expansion volume being in fluid connection with the second combustion chamber opening and the at least one combustion chamber,
    • Increasing the expansion volume; such as
  • an ejection step in which the at least one second working volume sweeps over the outlet opening.

Das Expansionsvolumen wird am Anfang des Expansionsschritts ausgebildet, und zwar an einem - entlang der Drehrichtung des Arbeitskolbens gesehen - vorderen Bereich des mindestens einen zweiten Arbeitsvolumens. Während des Expansionsschritts vergrößert sich das Expansionsvolumen und somit ein Anteil des Expansionsvolumens an dem mindestens einen zweiten Arbeitsvolumen. Besonders bevorzugt erstreckt sich das Expansionsvolumen am Ende des Expansionsschritts über das komplette mindestens eine zweite Arbeitsvolumen.The expansion volume is formed at the beginning of the expansion step, specifically at a front region of the at least one second working volume - viewed along the direction of rotation of the working piston. During the expansion step, the expansion volume and thus a proportion of the expansion volume in the at least one second working volume increases. Particularly preferably, the expansion volume extends over the complete at least one second working volume at the end of the expansion step.

Im Allgemeinen ist die Abtrennung bzw. die Bildung des gesonderten Ansaugvolumens nicht zwingend notwendig. Dann tritt die Einlassöffnung sofort mit dem kompletten mindestens einen ersten Ansaugvolumen in Fluidverbindung, sobald das mindestens eine erste Ansaugvolumen beginnt, die Einlassöffnung zu überstreichen. In einer solchen Konfiguration ist es vorteilhaft, wenn das Arbeitsmedium in dem Einlassschritt aktiv von außen in das mindestens eine erste Arbeitsvolumen gepresst wird, beispielsweise durch einen Kompressor und/oder einen Turbolader.In general, the separation or the formation of the separate suction volume is not absolutely necessary. The inlet opening then immediately comes into fluid connection with the complete at least one first suction volume as soon as the at least one first suction volume begins to sweep over the inlet opening. In such a configuration, it is advantageous if the working medium is actively pressed from the outside into the at least one first working volume in the inlet step, for example by a compressor and / or a turbocharger.

Bevorzugt umfasst der Einlassschritt:

  • Abtrennen des Ansaugvolumens innerhalb des mindestens einen ersten Arbeitsvolumens, wobei das Ansaugvolumen in Fluidverbindung mit der Einlassöffnung seht,
  • Vergrößern des Ansaugvolumens, und
  • Verschließen der Einlassöffnung mit dem Transportkolben.
Preferably the inlet step comprises:
  • Separating the suction volume within the at least one first working volume, the suction volume being in fluid connection with the inlet opening,
  • Increasing the suction volume, and
  • Close the inlet opening with the transport piston.

Auf diese Weise unterstützt die Motoreinheit das Einlassen des Arbeitsmediums aktiv durch ansaugen. Das Abtrennen kann beispielsweise durch die Absperreinrichtung, wie sie an anderer Stelle der Offenbarung beschrieben ist, bewirkt werden.In this way, the motor unit actively supports the intake of the working medium by sucking it in. The separation can be brought about, for example, by the shut-off device as described elsewhere in the disclosure.

Das Ansaugvolumen wird am Anfang des Einlassschritts ausgebildet, und zwar an einem - entlang der Drehrichtung des Transportkolbens gesehen - vorderen Bereich des mindestens einen ersten Arbeitsvolumens. Während des Einlassschritts vergrößert sich das Ansaugvolumens und somit ein Anteil des Ansaugvolumens an dem mindestens einen ersten Arbeitsvolumen. Besonders bevorzugt erstreckt sich das Ansaugvolumen am Ende des Einlassschritts über das komplette mindestens eine erste Arbeitsvolumen.The suction volume is formed at the beginning of the inlet step, specifically at a front region of the at least one first working volume - viewed along the direction of rotation of the transport piston. During the intake step, the intake volume and thus a proportion of the intake volume in the at least one first working volume increases. Particularly preferably, the suction volume extends over the complete at least one first working volume at the end of the inlet step.

Ferner ist im Allgemeinen die Abtrennung bzw. Bildung des gesonderten Ausstoßvolumens nicht zwingend notwendig. Dann verbleibt allerdings ein Restanteil der Verbrennungsprodukte in dem mindestens einen zweiten Arbeitsvolumen.Furthermore, the separation or formation of the separate discharge volume is generally not absolutely necessary. Then, however, a remainder of the combustion products remains in the at least one second working volume.

In einer bevorzugten Weiterbildung umfasst der Ausstoßschritt:

  • Abtrennen des Ausstoßvolumens innerhalb des mindestens einen zweiten Arbeitsvolumens, wobei das Ausstoßvolumen in Fluidverbindung mit der Auslassöffnung steht,
  • Verkleinern des Ausstoßvolumens, und
  • Verschließen der Auslassöffnung mit dem Arbeitskolben.
In a preferred development, the ejection step comprises:
  • Separating the discharge volume within the at least one second working volume, wherein the discharge volume is in fluid communication with the outlet opening,
  • Reducing the ejection volume, and
  • Close the outlet opening with the working piston.

Dadurch ist sichergestellt, dass die Verbrennungsprodukte von der Motoreinheit selbst vollständig aus dem Ausstoßvolumen ausgestoßen werden. Das Abtrennen kann beispielsweise durch die Absperreinrichtung, wie sie an anderer Stelle der Offenbarung beschrieben ist, bewirkt werden.This ensures that the combustion products are completely expelled from the expulsion volume by the engine unit itself. The separation can be brought about, for example, by the shut-off device as described elsewhere in the disclosure.

Besonders bevorzugt ist das Ausstoßvolumen am Ende des Verkleinerns vollständig kollabiert.Particularly preferably, the ejection volume is completely collapsed at the end of the reduction in size.

Die für die Motoreinheit beschriebenen Ausführungen, Modifikationen, Vorteile und Abläufe gelten entsprechend für das Verfahren und umgekehrt.The designs, modifications, advantages and processes described for the motor unit apply accordingly to the method and vice versa.

Die erfindungsgemäße Motoreinheit gemäß einer beliebigen der beschriebenen Ausführungsformen eignet sich als Motor in einem Hybrid-Fahrzeug, insbesondere als "Range-Extender". Da es sich um eine Rotationskolben-Motoreinheit handelt, weist sie eine hohe mechanische und akustische Laufruhe auf. Zudem ist sie leicht und kompakt. Das Arbeitsprinzip erlaubt eine hohe Drehzahl und damit eine gute Leistungsdichte bzw. ein gutes Leistungsgewicht. Bevorzugt wird die Motoreinheit mit einer konstanten Nenndrehzahl betrieben, die eine hohe Effizienz sicherstellt.The motor unit according to the invention according to any of the described embodiments is suitable as a motor in a hybrid vehicle, in particular as a “range extender”. Since it is a rotary piston motor unit, it runs extremely smoothly, both mechanically and acoustically. It is also light and compact. The working principle allows a high speed and thus a good power density or a good power to weight ratio. The motor unit is preferably operated at a constant nominal speed, which ensures high efficiency.

Die erfindungsgemäße Motoreinheit gemäß einer beliebigen der beschriebenen Ausführungsformen eignet sich aufgrund der beschriebenen Vorteile auch als Motor für einen Stromgenerator, besonders für einen portablen Stromgenerator.The motor unit according to the invention according to any of the described embodiments is also suitable as a motor for an electricity generator, especially for a portable electricity generator, on account of the advantages described.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbezügen.The invention is explained below using exemplary embodiments and with reference to the figures. In this case, all of the features described and / or illustrated form the subject matter of the invention individually or in any combination, regardless of how they are summarized in the claims or their references.

Es zeigen:

Fig. 1
einen Querschnitt einer ersten, radialen Ausführung einer erfindungsgemäßen Motoreinheit mit zwei Brennkammern in einer Ebene senkrecht zu einer gemeinsamen Drehachse zweier Rotationskolben in der Mitte;
Fig. 2
einen Längsschnitt entlang der Drehachse der radialen Ausführung mit zwei Brennkammern aus Fig. 1;
Fig. 3
eine Explosionsdarstellung der radialen Ausführung mit zwei Brennkammern aus Fig. 1, wobei oben ein rotierendes Maschinenteil abgebildet ist, in der Mitte eine Innenwand sowie die Rotationskolben, und unten ein feststehendes Maschinenteil (ein feststehendes Mittelteil), wobei die Brennkammern jeweils zwischen einem zugehörigen Paar von Schiebern angeordnet sind, zur besseren Darstellung aber separat dargestellt sind;
Fig. 4a bis 4d
charakteristische Phasen eines Maschinenzyklus in der radialen Ausführung aus Fig. 1; dabei zeigt Fig. 4a unten auf der linken Seite eine Ansaugphase (bzw. ein Ansaugvolumen) und unten auf der rechten Seite eine Verdichtungsphase (bzw. ein Verdichtungsvolumen), Fig. 4b zeigt einen Zeitpunkt kurz nach einer Zündung, Fig. 4c zeigt oben die beginnende Expansionsphase (bzw. ein Expansionsvolumen) und Fig. 4d zeigt oben auf der linken Seite das Ende der Expansionsphase und oben auf der rechten Seite das Ende einer Ausstoßphase (bzw. ein Ausstoßvolumen);
Fig. 5
eine perspektivische Ansicht einer zweiten axialen Ausführung einer erfindungsgemäßen Motoreinheit mit einem feststehenden Mittelteil in der Mitte und einem oberen, ersten Rotationskolben und einem unteren, zweiten Rotationskolben;
Fig. 6
eine Detailansicht einer Absperreinrichtung in einer Ausführung als Schieber;
Fig. 7
eine Detailansicht einer Absperreinrichtung in einer Ausführung als Klappe;
Fig. 8
die Absperreinrichtungen an einer Brennkammer der radialen Ausführungsform in einer Modifikation als schräg gestellte Schieber;
Fig. 9
einen Querschnitt senkrecht zu der Drehachse in der Modifikation der radialen Ausführung mit vier Brennkammern;
Fig. 10
unten eine Entfernung r(φ) einer zweiten Kolbenfläche von der Drehachse des Arbeitskolbens in einer Radialrichtung in Abhängigkeit von einer Winkelkoordinate φ um die Drehachse in einem Zunahmebereich eines Arbeitsvolumen-Bereichs des Arbeitskolbens bei der radialen Ausführung in Fig. 1, in der Mitte eine Ableitung v(φ) = dr(φ))/dφ und oben eine zweite Ableitung a(φ) = d2r(φ)/dφ2; und
Fig. 11
eine Detailansicht einer Absperreinrichtung in einer Ausführung als Tür bei der radialen Ausführung der Motoreinheit.
Show it:
Fig. 1
a cross section of a first, radial embodiment of a motor unit according to the invention with two combustion chambers in a plane perpendicular to a common axis of rotation of two rotary pistons in the center;
Fig. 2
a longitudinal section along the axis of rotation of the radial version with two combustion chambers Fig. 1 ;
Fig. 3
an exploded view of the radial version with two combustion chambers Fig. 1 , with a rotating machine part on top is shown, in the middle an inner wall and the rotary piston, and below a fixed machine part (a fixed central part), the combustion chambers are each arranged between an associated pair of slides, but are shown separately for better illustration;
Figures 4a to 4d
characteristic phases of a machine cycle in the radial version Fig. 1 ; thereby shows Figure 4a at the bottom on the left side a suction phase (or a suction volume) and at the bottom on the right side a compression phase (or a compression volume), Figure 4b shows a point in time shortly after ignition, Figure 4c shows the beginning expansion phase (or an expansion volume) and Figure 4d shows the end of the expansion phase at the top on the left-hand side and the end of an ejection phase (or an ejection volume) at the top on the right-hand side;
Fig. 5
a perspective view of a second axial embodiment of a motor unit according to the invention with a fixed central part in the middle and an upper, first rotary piston and a lower, second rotary piston;
Fig. 6
a detailed view of a shut-off device in an embodiment as a slide;
Fig. 7
a detailed view of a shut-off device in an embodiment as a flap;
Fig. 8
the shut-off devices on a combustion chamber of the radial embodiment in a modification as an inclined slide;
Fig. 9
a cross section perpendicular to the axis of rotation in the modification of the radial version with four combustion chambers;
Fig. 10
below a distance r (φ) of a second piston surface from the axis of rotation of the working piston in a radial direction as a function of an angular coordinate φ around the axis of rotation in an increasing range of a working volume range of the working piston in the radial version in Fig. 1 , in the middle a derivative v (φ) = dr (φ)) / dφ and at the top a second derivative a (φ) = d 2 r (φ) / dφ 2 ; and
Fig. 11
a detailed view of a shut-off device in an embodiment as a door in the radial design of the motor unit.

Bei einer in der Fig. 1 gezeigten ersten, radialen Ausführung einer erfindungsgemäßen Motoreinheit strömt ein Arbeitsmedium in radialer Richtung von Einlassöffnungen 8 zu Auslassöffnungen 9.At one in the Fig. 1 A working medium flows in the radial direction from inlet openings 8 to outlet openings 9, as shown in the first, radial embodiment of a motor unit according to the invention.

Bei der in Fig. 5 gezeigten zweiten, axialen Ausführung einer erfindungsgemäßen Motoreinheit bewegt sich das Arbeitsmedium dagegen im Wesentlichen entlang einer Längsrichtung parallel zu einer Drehachse 7 der Motoreinheit.At the in Fig. 5 The second, axial embodiment of a motor unit according to the invention shown, on the other hand, moves the working medium essentially along a longitudinal direction parallel to an axis of rotation 7 of the motor unit.

Für gleiche Elemente werden auch in unterschiedlichen Ausführungen gegebenenfalls dieselben Bezugszeichen verwendet und die Erläuterungen und Vorteile gelten entsprechend für die verschiedenen Ausführungen.Where appropriate, the same reference numerals are used for the same elements in different versions and the explanations and advantages apply accordingly to the different versions.

Die in Fig. 1 gezeigte Motoreinheit umfasst einen feststehenden Mittelteil (auch feststehender Mittelteil 1 genannt) und zwei untereinander fest verbundene, drehbar gelagerte Rotationskolben 2 und 3, nämlich einen inneren Transportkolben 2 und einen äußeren Arbeitskolben 3. Durch die Form der Rotationskolben 2, 3 werden zwischen dem jeweiligen Rotationskolben 2, 3 und einem Brennkammergehäuse 18 ein oder mehrere Arbeitsvolumina 4, 31 sowie 30, 34 gebildet.In the Fig. 1 The motor unit shown comprises a stationary center part (also called a stationary center part 1) and two rotatably mounted rotary pistons 2 and 3 that are firmly connected to one another, namely an inner transport piston 2 and an outer working piston 3. Due to the shape of the rotary piston 2, 3, one or more working volumes 4, 31 and 30, 34 are formed between the respective rotary piston 2, 3 and a combustion chamber housing 18.

Ein Ansaugen (in ein Ansaugvolumen 30) und eine Verdichtung (in einem Verdichtungsvolumen 34) des Arbeitsmediums in einem ersten Arbeitsvolumen 30, 34 erfolgt bei der radialen Ausführung durch den inneren Rotationskolben 2 (auch Transportkolben 2 genannt). Eine Expansion (in einem Expansionsvolumens 4) und ein Ausstoßen (aus einem Ausstoßvolumens 31) der Verbrennungsprodukte erfolgt in einem zweiten Arbeitsvolumen 4, 31 des anderen, äußeren Rotationskolbens 3 (auch Arbeitskolben 3 genannt), wobei jeder der Rotationskolben 2, 3 mindestens eines der Arbeitsvolumen 30, 3 bzw. 4, 31 bildet.A suction (in a suction volume 30) and a compression (in a compression volume 34) of the working medium in a first working volume 30, 34 takes place in the radial version by the inner rotary piston 2 (also called transport piston 2). An expansion (in an expansion volume 4) and an ejection (from an expulsion volume 31) of the combustion products take place in a second working volume 4, 31 of the other, outer rotary piston 3 (also called working piston 3), with each of the rotary pistons 2, 3 at least one of the Working volume 30, 3 or 4, 31 forms.

Das feststehende Mittelteil 1 enthält mindestens eine Brennkammer 5, jedoch können auch mehrere Brennkammern 5 vorhanden sein, die dann vorzugsweise symmetrisch um die Drehachse 7 in dem feststehenden Mittelteil 1 angeordnet sind.The fixed central part 1 contains at least one combustion chamber 5, but several combustion chambers 5 can also be present, which are then preferably arranged symmetrically about the axis of rotation 7 in the fixed central part 1.

Motoreinheiten mit mehreren Brennkammern 5 können bei niedrigerer Drehzahl betrieben werden und zeichnen sich durch eine hohe Laufruhe aus. Die Arbeitsvolumina 30, 34 bzw. 4, 31 dürfen dabei maximal einen Winkelbereich überstreichen, der kleiner ist als ein kleinster Winkelbereich zwischen den Einlassöffnungen 6 der Brennkammern 5.Motor units with several combustion chambers 5 can be operated at a lower speed and are characterized by a very smooth running. The working volumes 30, 34 or 4, 31 may cover a maximum of an angular range that is smaller than a smallest angular range between the inlet openings 6 of the combustion chambers 5.

Bei der in Fig. 5 gezeigten, axialen Ausführung der Motoreinheit sind zwei Brennkammeröffnungen 6a, 6b (eine erste Brennkammeröffnung 6a und eine zweite Brennkammeröffnung 6b) der jeweiligen Brennkammern 5 jeweils parallel zu der Drehachse 7 angeordnet, wobei der Transportkolben 2, das feststehende Mittelteil 1 mit dem Brennkammergehäuse 18 und Arbeitskolben 3 entlang einer Richtung der Drehachse 7 (und somit entlang der Längsrichtung) gesehen hintereinander liegen.At the in Fig. 5 In the axial design of the motor unit shown, two combustion chamber openings 6a, 6b (a first combustion chamber opening 6a and a second combustion chamber opening 6b) of the respective combustion chambers 5 are each arranged parallel to the axis of rotation 7, the transport piston 2, the stationary central part 1 with the combustion chamber housing 18 and working piston 3, viewed along a direction of the axis of rotation 7 (and thus along the longitudinal direction), lie one behind the other.

Bei der in Fig. 1 und Fig. 5 gezeigten, radialen Ausführung der Motoreinheit liegen die beiden Brennkammeröffnungen 6 der (zwei) Brennkammern 5 senkrecht zu der Drehachse 7 und die beiden Rotationskolben 2, 3 sind konzentrisch zu der Drehachse 7 auf beiden Seiten des Brennkammergehäuses 18 angeordnet, wobei der Transportkolben 2 innen liegt.At the in Fig. 1 and Fig. 5 The radial execution of the motor unit shown, the two combustion chamber openings 6 of the (two) combustion chambers 5 are perpendicular to the axis of rotation 7 and the two rotary pistons 2, 3 are arranged concentrically to the axis of rotation 7 on both sides of the combustion chamber housing 18, with the transport piston 2 on the inside.

Das Öffnen und das Verschließen der Einlassöffnungen 8 und der Auslassöffnungen 9 geschieht jeweils durch eine unterschiedlich breite Abdeckung von Dichtflächen 10 durch die Rotationskolben 2, 3 während der Drehbewegung derselben.The inlet openings 8 and the outlet openings 9 are each opened and closed by covering sealing surfaces 10 of different widths by the rotary pistons 2, 3 during the rotary movement of the same.

Genauer werden die einzelnen Einlassöffnungen 8 in Abhängigkeit von einer Drehposition des Transportkolbens 2 von der Dichtfläche 10 des Transportkolbens 2 verschlossen oder nicht. Wenn das erste Arbeitsvolumen 30, 34 gerade eine der Einlassöffnungen 8 überstreicht, steht zumindest ein Teil des ersten Arbeitsvolumens 30, 34, genauer gesagt das Ansaugvolumen 30, in Fluidverbindung mit dieser Einlassöffnung 8.More precisely, the individual inlet openings 8 are closed or not closed by the sealing surface 10 of the transport piston 2 as a function of a rotational position of the transport piston 2. When the first working volume 30, 34 is just sweeping over one of the inlet openings 8, at least part of the first working volume 30, 34, more precisely the suction volume 30, is in fluid connection with this inlet opening 8.

In ähnlicher Weise werden die einzelnen Auslassöffnungen 9 in Abhängigkeit von einer Drehposition des Arbeitskolbens 3 von der Dichtfläche 10 des Arbeitskolbens 3 verschlossen oder nicht. Wenn das zweite Arbeitsvolumen 4, 31 gerade eine der Auslassöffnungen 9 überstreicht, steht zumindest ein Teil des zweiten Arbeitsvolumens 4, 31, genauer gesagt das Ausstoßvolumen 31, in Fluidverbindung mit dieser Auslassöffnung 9.In a similar way, the individual outlet openings 9 are closed or not closed by the sealing surface 10 of the working piston 3 as a function of a rotational position of the working piston 3. When the second working volume 4, 31 is just sweeping over one of the outlet openings 9, at least part of the second working volume 4, 31, more precisely the discharge volume 31, is in fluid connection with this outlet opening 9.

Wenn eine Gleitfläche des jeweiligen Rotationskolbens 2, 3 (eine erste Kolbenfläche 22a des Transportkolbens 2 bzw. eine zweite Kolbenfläche 22b des Arbeitskolbens 3) eng an einer zugehörigen Gleitfläche (einer ersten Arbeitsfläche 21a für den Transportkolben 2 bzw. einer zweiten Arbeitsfläche 21b für den Arbeitskolben 3) des feststehenden Brennkammergehäuses 18 anliegt, werden die dort in der jeweiligen der Arbeitsflächen 21a, 21b angebrachten Brennkammeröffnungen 6a, 6b der Brennkammern 5 dadurch verschlossen. Die sich dort befindenden Absperreinrichtungen 11 werden dann in passenden Aussparungen 12 vollständig versenkt.If a sliding surface of the respective rotary piston 2, 3 (a first piston surface 22a of the transport piston 2 or a second piston surface 22b of the working piston 3) is close to an associated sliding surface (a first working surface 21a for the transport piston 2 or a second working surface 21b for the working piston 3) of the stationary combustion chamber housing 18 rests, the combustion chamber openings 6a, 6b of the combustion chambers 5 provided there in the respective working surfaces 21a, 21b are thereby closed. The shut-off devices 11 located there are then completely sunk into suitable recesses 12.

Dichtkanten der Absperreinrichtungen 11 müssen immer eng an der zugehörigen Kolbenfläche 22a, 22b anliegen und das Ansaugvolumen 30 und das Verdichtungsvolumen 34 bzw. das Expansionsvolumen 4 und das Ausstoßvolumen 31 abschließen, was durch einen Anpressdruck von Federn 13 erreicht werden kann.Sealing edges of the shut-off devices 11 must always lie tightly against the associated piston surface 22a, 22b and close off the suction volume 30 and the compression volume 34 or the expansion volume 4 and the discharge volume 31, which can be achieved by applying pressure from springs 13.

Die Federn 13 pressen die Absperreinrichtung 11 (genauer gesagt beispielsweise den Schieber 33 in Fig. 6 und Fig. 8) gegen die erste Kolbenfläche 22a des Transportkolbens 2. Die Federn 13 sind also dazu eingerichtet, die Dichtkanten dichtend an die erste Kolbenfläche 22a anzupressen.The springs 13 press the shut-off device 11 (more precisely, for example, the slide 33 in Fig. 6 and Fig. 8 ) against the first piston surface 22a of the transport piston 2. The springs 13 are therefore designed to press the sealing edges against the first piston surface 22a in a sealing manner.

Eine Schrägstellung der Absperreinrichtungen 11, wie in Fig. 8 gezeigt ist, kann ebenfalls dafür verwendet werden, einen den Notwendigkeiten der Dichtigkeit angepassten Anpressdruck zu erzeugen. Ein Abrieb durch Reibung muss dabei so weit wie möglich vermieden werden. Dazu müssen die Gleitflächen und Dichtflächen poliert sein und können mit Schmierstoffen versehen werden und die Dichtkanten der Absperreinrichtungen 11 können mit verschleißfesten Dichtungslippen 15 oder Dichtungsrollen 28 mit geringer Reibung ausgestattet sein.An inclined position of the shut-off devices 11, as in Fig. 8 is shown, can also be used to generate a contact pressure adapted to the requirements of tightness. Abrasion due to friction must be avoided as far as possible. For this purpose, the sliding surfaces and sealing surfaces must be polished and can be provided with lubricants and the sealing edges of the shut-off devices 11 can be equipped with wear-resistant sealing lips 15 or sealing rollers 28 with low friction.

Die Absperreinrichtungen 11 können bei beiden Ausführungen (sowohl in der radialen Ausführung als auch in der axialen Ausführung) als Schieber 33 ausgelegt sein, die jeweils die Dichtungslippe 15 oder die Dichtungsrollen 28 zur Abdichtung und Verringerung der Reibung aufweisen. Die Schieber 33 werden auf beiden Seiten durch Führungsnuten 16 geführt.The shut-off devices 11 can be designed as slides 33 in both designs (both in the radial design and in the axial design) be, which each have the sealing lip 15 or the sealing rollers 28 for sealing and reducing friction. The slides 33 are guided by guide grooves 16 on both sides.

Bei der radialen Ausführung sind die Führungsnuten 16 in einer Innenwand 14 und in einer Außenwand 26 eingelassen. Die Führungsnuten 16 sind also an Enden der Schieber 33 in der Längsrichtung vorgesehen.In the radial embodiment, the guide grooves 16 are embedded in an inner wall 14 and in an outer wall 26. The guide grooves 16 are thus provided at ends of the sliders 33 in the longitudinal direction.

In der axialen Ausführung sind die Führungsnuten 16 in einem Innengehäuse 32 und einem Außengehäuse 25 eingelassen. Die Führungsnuten 16 sind also an Enden der Schieber 33 in der Radialrichtung quer zu der Drehachse 7 vorgesehen.In the axial version, the guide grooves 16 are embedded in an inner housing 32 and an outer housing 25. The guide grooves 16 are therefore provided at the ends of the slides 33 in the radial direction transverse to the axis of rotation 7.

Auf Höhe der Dichtungslippen 15 sind in den Führungsnuten Dichtungskörper 40 zur Abdichtung angebracht.At the level of the sealing lips 15, sealing bodies 40 are attached in the guide grooves for sealing purposes.

In der radialen Ausführung müssen ein Arbeitskolbenmantel 38 und ein tellerförmiger Außendeckel 39 trennbar verbunden sein, da die Innenwand 14 fest mit dem Brennkammergehäuse 18 verbunden werden muss, während die anliegenden Rotationskolben 2, 3 und der Außendeckel 39 drehbar sind. In der radialen Ausführung können auch Klappen 27 (siehe Fig. 7) oder Türen 19 (siehe Fig. 11) als Absperreinrichtungen 11 verwendet werden, die ebenfalls Dichtungslippen 15 oder Dichtungsrollen 25 zur Abdichtung eingebaut haben und eine sichere Führung gewährleisten, jedoch einen größeren Platzverbrauch als die Schieber 33 haben.In the radial version, a working piston jacket 38 and a plate-shaped outer cover 39 must be separably connected, since the inner wall 14 must be firmly connected to the combustion chamber housing 18, while the rotating pistons 2, 3 and the outer cover 39 are rotatable. In the radial version, flaps 27 (see Fig. 7 ) or doors 19 (see Fig. 11 ) are used as shut-off devices 11, which also have sealing lips 15 or sealing rollers 25 installed for sealing and ensure reliable guidance, but which take up more space than the slide 33.

Das erste Arbeitsvolumen 30, 34 ist zwischen der Kolbenfläche 22a des Transportkolbens 2 und der Arbeitsfläche 21a des Brennkammergehäuses ausgebildet (siehe beispielsweise Fig. 1, Fig. 8, Fig. 9). In der in Fig. 9 dargestellten Modifikation der radialen Ausführung mit vier Brennkammern 5 sind zwei erste Arbeitsvolumina ausgebildet.The first working volume 30, 34 is formed between the piston surface 22a of the transport piston 2 and the working surface 21a of the combustion chamber housing (see for example Fig. 1 , Fig. 8 , Fig. 9 ). In the in Fig. 9 The illustrated modification of the radial design with four combustion chambers 5, two first working volumes are formed.

Wenn das erste Arbeitsvolumen 30, 34 in Abhängigkeit von der Drehposition des Transportkolbens 2 gerade eine der Absperreinrichtungen 11 überstreicht, dann unterteilt diese Absperreinrichtung 11 dieses erste Arbeitsvolumen 30, 34 in ein Ansaugvolumen 30 und ein Verdichtungsvolumen 34. Der Transportkolben 2 befindet sich dabei also in einer solchen Drehposition, dass die erste Kolbenfläche 22a in einem Bereich der ersten Arbeitsfläche 21a, in welchem diese Absperreinrichtung 11 angeordnet ist, gerade von der Arbeitsfläche 21 beabstandet ist, um dort dieses erste Arbeitsvolumen 30, 34 auszubilden.If the first working volume 30, 34, depending on the rotational position of the transport piston 2, is just passing over one of the shut-off devices 11, then this shut-off device 11 divides this first working volume 30, 34 into a suction volume 30 and a compression volume 34 such a rotational position that the first piston surface 22a in a region of the first working surface 21a in which this shut-off device 11 is arranged is just spaced apart from the working surface 21 in order to form this first working volume 30, 34 there.

Diese Absperreinrichtung 11 ist zu diesem Zeitpunkt nicht vollständig in der Aussparung 16 versenkt. Stattdessen ragt sie in das besagte erste Arbeitsvolumen 30, 34 hinein und unterteilt letzteres dadurch in das zugehörige Ansaugvolumen 30 und das zugehörige Verdichtungsvolumen 34. Das zugehörige Ansaugvolumen 30 ist entlang einer Drehrichtung des Transportkolbens 2 gesehen hinter dieser Absperreinrichtung 11 gelegen und das zugehörige Verdichtungsvolumen 34 ist entlang der Drehrichtung gesehen vor dieser Absperreinrichtung 11 gelegen (siehe bspw. Fig. 4a unten). Da der Transportkolben 2 und der Arbeitskolben 3 drehfest verbunden sind, entspricht die Drehrichtung des Transportkolbens 2 einer Drehrichtung des Arbeitskolbens 3.This shut-off device 11 is not completely sunk into the recess 16 at this point in time. Instead, it protrudes into said first working volume 30, 34 and thereby divides the latter into the associated suction volume 30 and the associated compression volume 34. The associated suction volume 30 is located behind this shut-off device 11, seen along a direction of rotation of the transport piston 2, and the associated compression volume 34 is Located in front of this shut-off device 11 seen along the direction of rotation (see e.g. Figure 4a below). Since the transport piston 2 and the working piston 3 are connected in a rotationally fixed manner, the direction of rotation of the transport piston 2 corresponds to a direction of rotation of the working piston 3.

Im Betrieb der Motoreinheit bildet das erste Arbeitsvolumen 30, 34 durch die Drehung des Transportkolbens 2 zusammen mit den Absperreinrichtungen 11 immer wieder neue Ansaugvolumina 30. Jedes der Ansaugvolumen 30 wird im weiteren Verlauf der Drehung des Transportkolbens 2 jeweils zu einem der Verdichtungsvolumina 34. Das geschieht, sobald das jeweilige Ansaugvolumen 30 nicht mehr in Fluidkommunikation mit einer der Einlassöffnungen 8 steht. Im noch weiteren Verlauf der Drehung werden die derart gebildeten Verdichtungsvolumina 34 jeweils wieder kollabiert, wobei das darin transportierte Arbeitsmedium in die in der Drehrichtung des Transportkolbens nächste Brennkammer 5 gedrückt und verdichtet wird. Dazu überstreicht das erste Arbeitsvolumen 30, 34, genauer gesagt das darin separierte Verdichtungsvolumen 34, die erste Brennkammeröffnung 6a dieser Brennkammer 5.During operation of the motor unit, the first working volume 30, 34 forms new suction volumes 30 again and again through the rotation of the transport piston 2 together with the shut-off devices 11. Each of the suction volumes 30 becomes one of the compression volumes 34 as the transport piston 2 continues to rotate as soon as the respective suction volume 30 does not is more in fluid communication with one of the inlet ports 8. In the further course of the rotation, the compression volumes 34 formed in this way are each collapsed again, the working medium transported therein being pressed and compressed into the combustion chamber 5 next in the direction of rotation of the transport piston. For this purpose, the first working volume 30, 34, more precisely the compression volume 34 separated therein, sweeps over the first combustion chamber opening 6a of this combustion chamber 5.

Ein Gesamtvolumen des ersten Arbeitsvolumens 30, 34 zwischen der ersten Kolbenfläche 22a des Transportkolbens 2 und der ersten Arbeitsfläche 21a ändert sich dabei - abgesehen von der in das Arbeitsvolumen 30, 34 ausfahrenden Absperreinrichtung 11 (genauer gesagt deren Schieber 33, Klappe 27 oder Tür 19) - nicht.A total volume of the first working volume 30, 34 between the first piston surface 22a of the transport piston 2 and the first working surface 21a changes - apart from the shut-off device 11 extending into the working volume 30, 34 (more precisely its slide 33, flap 27 or door 19) - not.

Der Ablauf eines Arbeitszyklusses der Motoreinheit verläuft wie bei dem bekannten Ottomotor in vier Phasen.The sequence of a work cycle of the engine unit runs in four phases, as in the known Otto engine.

In einer ersten Phase wird das kompressible Arbeitsmedium über die Einlassöffnung 8 in das Ansaugvolumen 30, welches sich durch die Drehbewegung des Transportkolbens 2 vergrößert, eingesaugt oder unter Verwendung eines Turboladers (nicht gezeigt) eingepresst. Die in der Drehrichtung vor der Einlassöffnung 8 liegende Absperreinrichtung 11 sperrt dabei das Ansaugvolumen 30 gegenüber dem benachbarten Verdichtungsvolumen 34 ab. Im weiteren Verlauf der Drehbewegung wird die Einlassöffnung 8 durch den sich verlagernden Transportkolben 2 verschlossen und das Arbeitsmedium wird zu der nächstliegenden Brennkammeröffnung 6a in der Arbeitsfläche 21a transportiert.In a first phase, the compressible working medium is sucked in via the inlet opening 8 into the suction volume 30, which is enlarged by the rotary movement of the transport piston 2, or is pressed in using a turbocharger (not shown). The shut-off device 11 located in front of the inlet opening 8 in the direction of rotation blocks the suction volume 30 from the adjacent compression volume 34. In the further course of the rotary movement, the inlet opening 8 is closed by the displacing transport piston 2 and the working medium is transported to the closest combustion chamber opening 6a in the working surface 21a.

In einer anschließenden, zweiten Phase wird das Arbeitsmedium in die entsprechende Brennkammer 5 gedrückt und verdichtet (vgl. Verdichtungsvolumen 34), indem eine in der Drehrichtung direkt hinter dieser Brennkammeröffnung 6a zu dieser Brennkammer 5 liegende Absperreinrichtung 11 das Verdichtungsvolumen 34 absperrt (zu dem nächsten, in der Drehrichtung nachfolgenden Ansaugvolumen 30) und sich das erste Verdichtungsvolumen 34 durch die Verlagerung der ersten Kolbenfläche 22a verkleinert, sodass das Arbeitsmedium in die Brennkammer 5 gepresst wird. Zu diesem Zeitpunkt ist die andere, zweite Brennkammeröffnung 6b der Brennkammer 5 durch die zweite Kolbenfläche 22b des Arbeitskolbens 3 verschlossen. Zu einem Zeitpunkt der maximalen Verdichtung erfolgt die Zündung. Die Zündung kann je nach Arbeitsmedium und maximaler Kompression durch eine Zündvorrichtung 23 oder durch Selbstzündung erfolgen, wobei die maximale Verdichtung einem Verhältnis des maximalen Ansaugvolumens 30 zu einem Volumen der Brennkammer 5 entspricht.In a subsequent, second phase, the working medium is pressed into the corresponding combustion chamber 5 and compressed (cf. compression volume 34) by closing one in the direction of rotation directly behind this combustion chamber opening 6a The shut-off device 11 located in this combustion chamber 5 shuts off the compression volume 34 (to the next suction volume 30 following in the direction of rotation) and the first compression volume 34 is reduced by the displacement of the first piston surface 22a, so that the working medium is pressed into the combustion chamber 5. At this point in time, the other, second combustion chamber opening 6b of the combustion chamber 5 is closed by the second piston surface 22b of the working piston 3. The ignition takes place at a point in time of maximum compression. The ignition can take place, depending on the working medium and maximum compression, by an ignition device 23 or by self-ignition, the maximum compression corresponding to a ratio of the maximum suction volume 30 to a volume of the combustion chamber 5.

In einer anschließenden, dritten Phase gibt der Arbeitskolben 3 im Laufe der Drehbewegung die zweite Brennkammeröffnung 6b dieser Brennkammer 5 frei (d.h. die zweite Kolbenfläche 22b des Arbeitskolbens 3 verschließt diese zweite Brennkammeröffnung 6b nun nicht mehr). Das unter hohem Druck befindliche abgebrannte Arbeitsmedium (also Verbrennungsprodukte des Arbeitsmediums) kann in das sich vergrößernde Expansionsvolumen 4 des Arbeitskolbens 3 expandieren. Dabei sperrt eine in der Drehrichtung vor dieser zweiten Brennkammeröffnung 6b liegende Absperreinrichtung 11 das Expansionsvolumen 4. Genauer sperrt diese Absperreinrichtung 11 das Expansionsvolumen 4 gegen das entlang der Drehrichtung gesehen vorige Ausstoßvolumen 31 ab. Diese Absperreinrichtung 11 unterteilt also das zugehörige zweite Arbeitsvolumen 4, 31, das zwischen der Kolbenfläche 22b des Arbeitskolbens 3 und der zweiten Arbeitsfläche 21b ausgebildet ist. Diese Absperreinrichtung 11 überträgt eine Kraft auf das feststehende Mittelteil 1.In a subsequent, third phase, the working piston 3 releases the second combustion chamber opening 6b of this combustion chamber 5 in the course of the rotary movement (i.e. the second piston surface 22b of the working piston 3 no longer closes this second combustion chamber opening 6b). The burnt working medium (that is, combustion products of the working medium) that is under high pressure can expand into the increasing expansion volume 4 of the working piston 3. A shut-off device 11 located upstream of this second combustion chamber opening 6b in the direction of rotation blocks the expansion volume 4. More precisely, this shut-off device 11 blocks the expansion volume 4 from the previous ejection volume 31 seen along the direction of rotation. This shut-off device 11 thus divides the associated second working volume 4, 31, which is formed between the piston surface 22b of the working piston 3 and the second working surface 21b. This shut-off device 11 transmits a force to the stationary central part 1.

In einer anschließenden, letzten, vierten Phase wird das Expansionsvolumen 4 mit dem expandierten Abgas durch die Drehbewegung des Arbeitskolbens 3 zu der (in der Drehrichtung nächsten) Auslassöffnung 9 transportiert, wo eine in der Drehrichtung nach dieser Auslassöffnung 9 liegende Absperreinrichtung 11 das Ausstoßvolumen 31 absperrt. Das Abgas wird schließlich vollständig durch die Auslassöffnung aus der Maschine heraus transportiert. Dies geschieht durch die weitere Drehung des Arbeitskolbens 3 entlang dessen Drehrichtung und die dadurch hervorgerufene Verkleinerung des Ausstoßvolumens 31. Am Ende der vierten Phase ist das Ausstoßvolumen 31 vollständig kollabiert.In a subsequent, final, fourth phase, the expansion volume 4 with the expanded exhaust gas is transported by the rotary movement of the working piston 3 to the (next in the direction of rotation) outlet opening 9, where one in the Direction of rotation after this outlet opening 9, the shut-off device 11 shuts off the discharge volume 31. The exhaust gas is finally completely transported out of the machine through the outlet opening. This occurs through the further rotation of the working piston 3 along its direction of rotation and the resulting reduction in the ejection volume 31. At the end of the fourth phase, the ejection volume 31 has completely collapsed.

In diesem Sinne kann das Expansionsvolumen 4 ab einem Zeitpunkt als das Abgasvolumen 31 angesehen werden, ab dem eine Fluidverbindung zu der Auslassöffnung 9 hergestellt ist. Alternativ kann das Expansionsvolumen 4 ab einem Zeitpunkt als das Abgasvolumen 31 angesehen werden, nachdem ein Volumen des Expansionsvolumen 4 seinen maximalen Wert erreicht hat.In this sense, the expansion volume 4 can be viewed as the exhaust gas volume 31 from a point in time from which a fluid connection to the outlet opening 9 is established. Alternatively, the expansion volume 4 can be viewed as the exhaust gas volume 31 from a point in time after a volume of the expansion volume 4 has reached its maximum value.

Die Form der Rotationskolben 2, 3 wird durch die Forderung bestimmt, dass die Absperreinrichtungen 11 einer möglichst geringen, also phasenweise konstanten, Beschleunigung ausgesetzt sein sollen. Ziel der Auslegung der Absperreinrichtungen ist es, den Anpressdruck in jeder Phase der Rotation genügend groß zu halten, um die Dichtigkeit zu gewährleisten. Auf der anderen Seite darf der Anpressdruck nicht zu groß werden, weil dadurch unnötige Reibung erzeugt wird. Zu berücksichtigen sind die Summen der Kräfte zum Anpressen der Absperreinrichtungen 11 und der Trägheitskräfte durch deren Bewegung.The shape of the rotary pistons 2, 3 is determined by the requirement that the shut-off devices 11 should be subjected to an acceleration that is as low as possible, that is to say that is constant in phases. The aim of the design of the shut-off devices is to keep the contact pressure high enough in every phase of the rotation to ensure tightness. On the other hand, the contact pressure must not be too great because this creates unnecessary friction. The sums of the forces for pressing the shut-off devices 11 and the inertial forces due to their movement must be taken into account.

Die Kühlung der Motoreinheit erfolgt durch ein Kühlmedium, das über Rohre 29 durch ein Inneres des feststehenden Mittelteils 1 geleitet wird. Die sich drehenden Rotationskolben 2, 3 können ebenfalls z.B. durch Luftzufuhr und Kühlrippen äußerlich gekühlt werden.The motor unit is cooled by a cooling medium which is passed through the interior of the stationary central part 1 via pipes 29. The rotating rotary pistons 2, 3 can also be externally cooled e.g. by air supply and cooling fins.

Im Folgenden wird die in Fig. 5 gezeigte, axiale Ausführung noch genauer erläutert.In the following, the in Fig. 5 shown, axial design explained in more detail.

Die Viertakt-Verbrennungsmaschine in axialer Ausführung für kompressible Arbeitsmedien umfasst den zylindrischen feststehenden Mittelteil 1 mit einer zentralen Achslagerung 17, dem (hohl-)zylindrischen, die zentrale Achslagerung 17 umgebenden Brennkammergehäuse 18 und das (hohl-)zylindrische Außengehäuse 25, an dessen beiden Stirnseiten (in der Längsrichtung parallel zu der Drehachse 7) die Rotationskolben 2, 3 mit jeweils einer tellerförmigen Außenplatte 20 angebracht sind, die über die gemeinsame Drehachse 7 fest verbunden sind.The four-stroke internal combustion engine in an axial design for compressible working media comprises the cylindrical stationary middle part 1 with a central axle bearing 17, the (hollow) cylindrical combustion chamber housing 18 surrounding the central axle bearing 17 and the (hollow) cylindrical outer housing 25 on both of its end faces The rotary pistons 2, 3 are attached (in the longitudinal direction parallel to the axis of rotation 7), each with a plate-shaped outer plate 20, which are firmly connected via the common axis of rotation 7.

An dem Außengehäuse 25 sind eine mechanische Halterung, Anschlüsse für Kraftstoff, Abgas, Kühlmedium, Schmierstoffe und eine eventuell vorhandene Zündeinrichtung 23, sowie die Einlassöffnungen 8 und die Auslassöffnungen 9 angebracht. Eine Innenfläche 24 des Außengehäuses 25 dient als (in Radialrichtung äußere) Dichtfläche für die Rotationskolben 2, 3.A mechanical holder, connections for fuel, exhaust gas, cooling medium, lubricants and an ignition device 23, if present, as well as the inlet openings 8 and the outlet openings 9 are attached to the outer housing 25. An inner surface 24 of the outer housing 25 serves as a sealing surface (outer in the radial direction) for the rotary pistons 2, 3.

Das Brennkammergehäuse 18 mit den Brennkammern 5 und den Absperreinrichtungen 11 für das zweite Arbeitsvolumen 4, 31 weist zwei Gleitflächen (erste Arbeitsfläche 21a und zweite Arbeitsfläche 21b) an den ebenen Stirnseiten auf, in welche die Absperreinrichtungen 11 und die Brennkammeröffnungen 6a, 6b der Brennkammern 5 eingebaut sind.The combustion chamber housing 18 with the combustion chambers 5 and the shut-off devices 11 for the second working volume 4, 31 has two sliding surfaces (first working surface 21a and second working surface 21b) on the flat end faces into which the shut-off devices 11 and the combustion chamber openings 6a, 6b of the combustion chambers 5 are built in.

Die Rotationskolben 2, 3 liegen jeweils mit einer (Stirn-)Seite (der ersten Kolbenfläche 22a bzw. der zweiten Kolbenfläche 22b) teilweise an den Arbeitsflächen 21a, 21b dicht an und bilden Arbeitsvolumina (das erste Arbeitsvolumen 30, 34, unterteilbar in Expansionsvolumen 4 und Abgasvolumen 31, sowie das zweite Arbeitsvolumen 4, 31, unterteilbar in Ansaugvolumen 30 und Verdichtungsvolumen 34) an den Stellen, an denen die jeweilige der Kolbenflächen 22a, 22b von den zugehörigen Arbeitsflächen 21a, 21b entfernt ist.The rotary pistons 2, 3 each have a (front) side (the first piston surface 22a or the second piston surface 22b) partially tightly against the working surfaces 21a, 21b and form working volumes (the first working volume 30, 34, which can be subdivided into expansion volumes 4 and exhaust gas volume 31, as well as the second working volume 4, 31, can be subdivided into suction volume 30 and compression volume 34) at the points at which the respective one of the piston surfaces 22a, 22b is removed from the associated working surfaces 21a, 21b.

Dabei muss mindestens ein Arbeitsvolumen 30, 34 bzw. 4, 31 je Rotationskolben 2, 3 vorhanden sein. Die Größe des Arbeitsvolumens 30, 34 bzw. 4, 31 lässt sich aus einem größten Abstand der jeweiligen Kolbenfläche 22a, 22b zu der zugehörigen Arbeitsfläche 21a, 21b (Kolbenhub), einer Breite des Arbeitsvolumens 30, 34 bzw. 4, 31 und einem überstrichenen Winkelbereich berechnen.There must be at least one working volume 30, 34 or 4, 31 per rotary piston 2, 3. The size of the working volume 30, 34 or 4, 31 can be drawn from a greatest distance between the respective piston surface 22a, 22b and the associated working surface 21a, 21b (piston stroke), a width of the working volume 30, 34 or 4, 31 and a swept over Calculate angular range.

Ein Ablauf der vier Arbeitstakte kann derart beschrieben werden,

  • dass das Arbeitsmedium über eine der Einlassöffnungen 8 in eines der Ansaugvolumen 30, welches sich durch die Drehbewegung und die spezielle Form des Transportkolbens 2 vergrößert, eingesaugt wird und im Verlauf der Drehbewegung durch die sich verlagernde erste Kolbenfläche 22a eingeschlossen und zu der nächstliegenden Brennkammeröffnung 6a transportiert wird;
  • dass sich daraufhin das Verdichtungsvolumen 34 durch die dort befindliche Absperreinrichtung 11 verkleinert;
  • dass anschließend gezündet wird, worauf im weiteren Verlauf der Drehbewegung das abgebrannte und unter hohem Druck stehende Arbeitsmedium durch die zweite Brennkammeröffnung 6b, welche sich auf der anderen Seite der Brennkammer 5 befindet, in das Expansionsvolumen 4 expandiert und in dem Expansionsvolumen 4 weiter expandiert, wobei sich das Expansionsvolumen 4 durch die weitere Drehbewegung des Arbeitskolbens 3 vergrößert, und mechanische Arbeit leisten kann;
  • bis schließlich durch die nächste der Auslassöffnungen 9 das Abgas ausgestoßen wird.
A sequence of the four work cycles can be described in such a way that
  • that the working medium is sucked in via one of the inlet openings 8 into one of the suction volumes 30, which is enlarged by the rotary movement and the special shape of the transport piston 2, and is enclosed in the course of the rotary movement by the shifting first piston surface 22a and transported to the nearest combustion chamber opening 6a will;
  • that thereupon the compression volume 34 is reduced by the shut-off device 11 located there;
  • that is then ignited, whereupon in the further course of the rotary movement the burnt and high pressure working medium expands through the second combustion chamber opening 6b, which is located on the other side of the combustion chamber 5, into the expansion volume 4 and continues to expand in the expansion volume 4, whereby the expansion volume 4 increases as a result of the further rotary movement of the working piston 3 and can perform mechanical work;
  • until finally the exhaust gas is expelled through the next of the outlet openings 9.

Die Motoreinheit für die Viertakt-Verbrennungsmaschine mit den zwei Rotationskolben 2, 3 und getrennten Volumina, die zum Ansaugen (Ansaugvolumen 30), zur Verdichtung (Verdichtungsvolumen 34), zur Expansion (Expansionsvolumen 4), für das Abgas (Ausstoßvolumen 31) eingerichtet sind, und den Brennkammern 5 benötigt keine Ventile.The engine unit for the four-stroke internal combustion engine with the two rotary pistons 2, 3 and separate volumes, which are set up for intake (intake volume 30), for compression (compression volume 34), for expansion (expansion volume 4), for the exhaust gas (discharge volume 31), and the combustion chambers 5 does not require any valves.

Die Motoreinheit zeichnet sich weiter dadurch aus, dass die Brennkammern 5 eine eiförmige Gestalt haben, die für die Anforderungen einer effizienten und vollständigen Verbrennung angepasst werden können und mittig zwischen den Brennkammeröffnungen 6a, 6b positioniert sind. Die Brennkammern 5 sind jeweils gegebenenfalls kleiner als eine axiale Länge des Brennkammergehäuses 18, um eine höhere Kompression zu erzielen.The engine unit is further characterized in that the combustion chambers 5 have an egg-shaped shape, which can be adapted for the requirements of efficient and complete combustion, and are positioned centrally between the combustion chamber openings 6a, 6b. The combustion chambers 5 are each optionally smaller than an axial length of the combustion chamber housing 18 in order to achieve a higher compression.

Die Brennkammern 5 sind jeweils mit zwei gegenüberliegenden Brennkammeröffnungen (erste Brennkammeröffnung 6a und zweite Brennkammeröffnung 6b) ausgestattet, die jeweils in den Arbeitsflächen 21a, 21b des Brennkammergehäuses 18 liegen und die erste Arbeitsfläche 21a und die zweite Arbeitsfläche 21b direkt verbinden. Damit wird eine Ausrichtung der Brennkammern 5 parallel zu der Drehachse 7 bewirkt. Eine Befüllung der Brennkammern 5 erfolgt nur durch die zugehörige erste Brennkammeröffnung 6a. Zum Zeitpunkt der maximalen Verdichtung, dem Zündzeitpunkt, sind die beiden Brenkammeröffnungen 6a, 6b durch die dicht anliegenden Kolbenflächen 22a, 22b verschlossen.The combustion chambers 5 are each equipped with two opposing combustion chamber openings (first combustion chamber opening 6a and second combustion chamber opening 6b), which are each located in the working surfaces 21a, 21b of the combustion chamber housing 18 and directly connect the first working surface 21a and the second working surface 21b. In this way, the combustion chambers 5 are aligned parallel to the axis of rotation 7. The combustion chambers 5 are only filled through the associated first combustion chamber opening 6a. At the time of maximum compression, the ignition time, the two combustion chamber openings 6a, 6b are closed by the tightly fitting piston surfaces 22a, 22b.

Jede der mindestens einen Brennkammer 5 (also jede der mehreren Brennkammern 5 oder die genau eine Brennkammer 5, falls nur eine Brennkammer 5 vorgesehen ist) ist mit jeweils zwei Absperreinrichtungen 11 (genauer mit einer Absperreinrichtung 11 in der Arbeitsfläche 21a und einer Absperreinrichtung 11 in der zweiten Arbeitsfläche 21b), einer Einlassöffnung 8 und einer Auslassöffnung 9 in dem Brennkammergehäuse 18 vorgesehen.Each of the at least one combustion chamber 5 (i.e. each of the several combustion chambers 5 or precisely one combustion chamber 5, if only one combustion chamber 5 is provided) is each provided with two shut-off devices 11 (more precisely with one shut-off device 11 in the work surface 21a and one shut-off device 11 in the second working surface 21b), an inlet opening 8 and an outlet opening 9 in the combustion chamber housing 18.

Wenn mehrere Brennkammern 5 vorgesehen sind, dann sind die Brennkammern 5 mit den jeweils zugehörigen zwei Absperreinrichtungen 11, der zugehörigen Einlassöffnung 8 und der zugehörigen Auslassöffnung 9, vorzugsweise symmetrisch auf einem Umkreis des Brennkammergehäuses 18 verteilt. Das erste Ansaugvolumen 30, 34 und das zweite Ansaugvolumen 4, 31 dürfen dann maximal einen Winkelbereich überstreichen, der kleiner ist als ein kleinster Winkelbereich zwischen den Brennkammeröffnungen (6a oder 6b) der Brennkammern 5. Wenn mehr als ein Arbeitsvolumen 30, 34 bzw. 4, 31 pro Rotationskolben 2, 3 (z.B. bei vier Brennkammern 5 und je zwei Arbeitsvolumina 30, 34 bzw. 4, 31 pro Rotationskolben 2, 3) vorhanden ist, kann die Maschine völlig symmetrisch aufgebaut werden und keine konstruktive Unwucht aufweisen.If several combustion chambers 5 are provided, the combustion chambers 5 with the two associated shut-off devices 11, the associated inlet opening 8 and the associated outlet opening 9 are preferably distributed symmetrically over a circumference of the combustion chamber housing 18. The first Intake volume 30, 34 and the second intake volume 4, 31 may then cover a maximum of an angular range that is smaller than a smallest angular range between the combustion chamber openings (6a or 6b) of the combustion chambers 5. If more than one working volume 30, 34 or 4, 31 per rotary piston 2, 3 (e.g. with four combustion chambers 5 and two working volumes 30, 34 or 4, 31 per rotary piston 2, 3), the machine can be constructed completely symmetrically and not have any structural imbalance.

In den Arbeitsflächen 21a, 21b des Brennkammergehäuses 18 befindet sich neben jeder Brennkammeröffnung 6a, 6b eine vollständig versenkbare Absperreinrichtung 11, die auf der Seite des Ansaugvolumens 30 in Drehrichtung vor der Einlassöffnung 8 und hinter der ersten Brennkammeröffnung 6a bzw. auf der Seite des Ausstoßvolumens 31 in Drehrichtung hinter der Auslassöffnung 9 und vor der zweiten Brennkammeröffnung 6b positioniert ist.In the working surfaces 21a, 21b of the combustion chamber housing 18 there is a completely retractable shut-off device 11 next to each combustion chamber opening 6a, 6b, which is on the side of the intake volume 30 in the direction of rotation in front of the inlet opening 8 and behind the first combustion chamber opening 6a or on the side of the discharge volume 31 is positioned in the direction of rotation behind the outlet opening 9 and in front of the second combustion chamber opening 6b.

Im Folgenden werden die in Fig. 2 und Fig. 9 gezeigten, radialen Ausführungen noch genauer erläutert.The in Fig. 2 and Fig. 9 shown, radial designs explained in more detail.

Die Motoreinheit der Viertakt-Verbrennungsmaschine in radialer Ausführung für kompressible Arbeitsmedien umfasst den feststehenden Mittelteil 1. Der feststehende Mittelteil 1 umfasst die tellerförmigen Außenwand 26 mit einer zentral befestigten Drehachsenlagerung 17 und Lagerhalterung 36, das konzentrisch zu der Drehachse 7 befestigte, (hohl-)zylindrische Brennkammergehäuse 1, und die Innenwand 14.The motor unit of the four-stroke internal combustion engine in a radial design for compressible working media comprises the stationary middle part 1. The stationary middle part 1 comprises the plate-shaped outer wall 26 with a centrally fastened axis of rotation bearing 17 and bearing holder 36, which is fastened concentrically to the axis of rotation 7, (hollow) cylindrical Combustion chamber housing 1, and the inner wall 14.

Die Motoreinheit der Viertakt-Verbrennungsmaschine in radialer Ausführung umfasst ferner einen rotierenden Teil aus den zwei konzentrisch angeordneten, (hohl-)zylindrischen Rotationskolben 2, 3, die an dem tellerförmigen Abschlussdeckel 39 über eine Transportkolbenhalterung 35 und einen Arbeitskolbenmantel 38 zusammen mit der zentralen Drehachse 7 befestigt sind, die so gefertigt sind, dass die Drehachse 7 in die Drehachsenlagerung 17 und gleichzeitig das Brennkammergehäuse 18 zwischen die Rotationskolben 2, 3 mit sehr geringem Spiel zusammengesetzt werden können.The motor unit of the four-stroke internal combustion engine in a radial design also comprises a rotating part of the two concentrically arranged, (hollow) cylindrical rotary pistons 2, 3, which are attached to the plate-shaped end cover 39 via a transport piston holder 35 and a working piston jacket 38 together with the central axis of rotation 7 are attached, which are made in this way are that the axis of rotation 7 in the axis of rotation bearing 17 and at the same time the combustion chamber housing 18 between the rotary pistons 2, 3 can be assembled with very little play.

An der Außenwand 26 sind die mechanische Halterung, die Anschlüsse für Kraftstoff, Abgas, Kühlmedium, Schmierstoffe und die eventuell vorhandene Zündeinrichtung 23, sowie die Einlassöffnungen 8 und die Auslassöffnungen 9 angebracht bzw. angeordnet.The mechanical holder, the connections for fuel, exhaust gas, cooling medium, lubricants and the possibly existing ignition device 23, as well as the inlet openings 8 and the outlet openings 9 are attached or arranged on the outer wall 26.

Die Innenfläche 24 der Außenwand 26 dient als Dichtfläche für die Rotationskolben 2, 3, genauer gesagt als Dichtfläche für untere Stirnseiten der Rotationskolben 2, 3.The inner surface 24 of the outer wall 26 serves as a sealing surface for the rotary pistons 2, 3, more precisely as a sealing surface for the lower end faces of the rotary pistons 2, 3.

Das Brennkammergehäuse 18 mit den Brennkammern 5 und den Absperreinrichtungen 11 für die Arbeitsvolumina 30, 34 bzw. 4, 31 weist zwei Gleitflächen (die erste Arbeitsfläche 21a und die zweite Arbeitsfläche 21b) an den zylindermantelförmigen Seiten auf, in welche die Absperreinrichtungen 11 und die Brennkammeröffnungen 6a, 6b der Brennkammern 5 eingebaut sind.The combustion chamber housing 18 with the combustion chambers 5 and the shut-off devices 11 for the working volumes 30, 34 or 4, 31 has two sliding surfaces (the first working surface 21a and the second working surface 21b) on the cylinder jacket-shaped sides, in which the shut-off devices 11 and the combustion chamber openings 6a, 6b of the combustion chambers 5 are installed.

Die Rotationskolben 2, 3 liegen jeweils mit einer Seite, genauer gesagt mit der jeweiligen Kolbenfläche 22a, 22b, teilweise an der zugehörigen Arbeitsfläche 21a, 21b dicht an. Die ersten Arbeitsvolumina 4, 31 sowie die zweiten Arbeitsvolummina 30, 34 sind jeweils an den Stellen, an denen die Kolbenfläche 22a, 22b von der zugehörigen Arbeitsfläche 21a, 21b entfernt ist. Dabei muss mindestens ein Arbeitsvolumen 30, 34 bzw. 4, 31 je Rotationskolben 2,3 vorhanden sein.The rotary pistons 2, 3 each lie with one side, more precisely with the respective piston surface 22a, 22b, partially in close contact with the associated working surface 21a, 21b. The first working volumes 4, 31 and the second working volumes 30, 34 are each at the points at which the piston surface 22a, 22b is removed from the associated working surface 21a, 21b. There must be at least one working volume 30, 34 or 4, 31 per rotary piston 2, 3.

Eine Größe des Arbeitsvolumens 30, 34 bzw. 4, 31 lässt sich aus einem größten Abstand der entsprechenden Kolbenfläche 22a, 22b zu der zugehörigen Arbeitsfläche 21a, 21b (Kolbenhub), eine Höhe des Arbeitsvolumens 30, 34 bzw. 3, 31 entlang der Längsrichtung und einem überstrichenen Winkelbereich berechnen.A size of the working volume 30, 34 or 4, 31 can be determined from a greatest distance between the corresponding piston surface 22a, 22b and the associated working surface 21a, 21b (piston stroke), a height of the working volume 30, 34 or 3, 31 along the longitudinal direction and calculate a swept angular range.

Ein Ablauf der vier Arbeitstakte kann derart beschrieben werden,

  • dass das Arbeitsmedium über eine der Einlassöffnungen 8 in das Ansaugvolumen 30, welches sich durch die Drehbewegung und die spezielle Form des Transportkolbens 2 vergrößert, eingesaugt wird und im Verlauf der Drehbewegung durch die sich verlagernde erste Kolbenfläche 22a eingeschlossen und zu der in Drehrichtung nächstliegenden Brennkammer 5 transportiert wird;
  • dass sich daraufhin das Verdichtungsvolumen 34 durch die dort befindliche Absperreinrichtung 11 verkleinert;
  • dass anschließend gezündet wird, worauf im weiteren Verlauf der Drehbewegung das abgebrannte und unter hohem Druck stehende Arbeitsmedium durch die zweite Brennkammeröffnung 6b, welche sich (in der Radialrichtung gesehen) auf der anderen Seite der Brennkammer 5 befindet, in das Expansionsvolumen 4 expandiert und in dem Expansionsvolumen 4 weiter expandiert, wobei sich das Expansionsvolumen 4 durch die weitere Drehbewegung des Arbeitskolbens 3 vergrößert, und mechanische Arbeit leisten kann;
  • bis schließlich durch die nächste der Auslassöffnung 9 das Abgas ausgestoßen wird.
A sequence of the four work cycles can be described in such a way that
  • that the working medium is sucked in via one of the inlet openings 8 into the suction volume 30, which is enlarged by the rotary movement and the special shape of the transport piston 2, and is enclosed in the course of the rotary movement by the shifting first piston surface 22a and to the combustion chamber 5 closest in the direction of rotation is transported;
  • that thereupon the compression volume 34 is reduced by the shut-off device 11 located there;
  • that is then ignited, whereupon in the further course of the rotary movement the burnt and high pressure working medium expands through the second combustion chamber opening 6b, which is (seen in the radial direction) on the other side of the combustion chamber 5, into the expansion volume 4 and in the Expansion volume 4 continues to expand, the expansion volume 4 being enlarged by the further rotary movement of the working piston 3, and being able to perform mechanical work;
  • until finally the exhaust gas is expelled through the next one of the outlet opening 9.

Auch die radialen Ausführungen der Motoreinheit für die Viertakt-Verbrennungsmaschine mit den Rotationskolben 2, 3 und getrennten Volumina, die zum Ansaugen (Ansaugvolumen 30), zur Verdichtung (Verdichtungsvolumen 34), zur Expansion (Expansionsvolumen 4) und für das Abgas (Ausstoßvolumen 31) eingerichtet sind, und den Brennkammern 5 benötigt keine Ventile.The radial versions of the motor unit for the four-stroke internal combustion engine with the rotary pistons 2, 3 and separate volumes that are used for intake (intake volume 30), for compression (compression volume 34), for expansion (expansion volume 4) and for the exhaust gas (discharge volume 31) are set up, and the combustion chambers 5 does not require any valves.

Die Motoreinheit zeichnet sich bei den axialen Ausführungen weiter dadurch aus, dass die Brennkammern 5 eine eiförmige Gestalt haben, die für die Anforderungen einer effizienten und vollständigen Verbrennung angepasst werden können und mittig zwischen den Brennkammeröffnungen 6a, 6b positioniert sind. Die Brennkammern 5 sind gegebenenfalls kleiner als eine radiale Breite des Brennkammergehäuses 18, um eine höhere Kompression zu erzielen.In the axial versions, the engine unit is further characterized in that the combustion chambers 5 have an egg-shaped shape, which can be adapted to the requirements of efficient and complete combustion and are positioned centrally between the combustion chamber openings 6a, 6b. the Combustion chambers 5 are optionally smaller than a radial width of the combustion chamber housing 18 in order to achieve a higher compression.

Die Brennkammern 5 sind jeweils mit zwei gegenüberliegenden Brennkammeröffnungen (erste Brennkammeröffnung 6a und zweite Brennkammeröffnung 6b) ausgestattet, die jeweils in den Arbeitsflächen 21a, 21b des Brennkammergehäuses 18 liegen und die erste Arbeitsfläche 21a und die zweite Arbeitsfläche 21b direkt verbinden. Damit wird eine Ausrichtung der Brennkammern 5 senkrecht zu der Drehachse 7 bewirkt. Eine Befüllung der Brennkammern 5 erfolgt nur durch die zugehörige erste Brennkammeröffnung 6a. Zum Zeitpunkt der maximalen Verdichtung, dem Zündzeitpunkt, werden die beiden Brennkammeröffnungen 6a, 6b durch die dicht anliegenden Kolbenflächen 22a, 22b verschlossen.The combustion chambers 5 are each equipped with two opposing combustion chamber openings (first combustion chamber opening 6a and second combustion chamber opening 6b), which are each located in the working surfaces 21a, 21b of the combustion chamber housing 18 and directly connect the first working surface 21a and the second working surface 21b. This brings about an alignment of the combustion chambers 5 perpendicular to the axis of rotation 7. The combustion chambers 5 are only filled through the associated first combustion chamber opening 6a. At the point in time of maximum compression, the point in time of ignition, the two combustion chamber openings 6a, 6b are closed by the piston surfaces 22a, 22b that lie close together.

Jede der mindestens einen Brennkammer 5 (also jede der mehreren Brennkammern 5 oder die genau eine Brennkammer 5, falls nur eine Brennkammer 5 vorgesehen ist) ist mit jeweils zwei Absperreinrichtungen 11 (genauer mit einer Absperreinrichtung 11 in der Arbeitsfläche 21a und einer Absperreinrichtung 11 in der zweiten Arbeitsfläche 21b), einer Einlassöffnung 8 und einer Auslassöffnung 9 in dem Brennkammergehäuse 18 vorgesehen.Each of the at least one combustion chamber 5 (i.e. each of the several combustion chambers 5 or precisely one combustion chamber 5, if only one combustion chamber 5 is provided) is each provided with two shut-off devices 11 (more precisely with one shut-off device 11 in the work surface 21a and one shut-off device 11 in the second working surface 21b), an inlet opening 8 and an outlet opening 9 in the combustion chamber housing 18.

Wenn mehrere Brennkammern 5 vorgesehen sind, dann sind die Brennkammern 5 mit den jeweils zugehörigen zwei Absperreinrichtungen 11, der zugehörigen Einlassöffnung 8 und der zugehörigen Auslassöffnung 9 vorzugsweise symmetrisch auf dem Umkreis des Brennkammergehäuses 18 verteilt. Das erste Arbeitsvolumen 30, 34 und das zweite Arbeitsvolumen 4, 31 dürfen dann maximal einen Winkelbereich überstreichen , der kleiner ist als ein kleinster Winkelbereich zwischen den Brenkammeröffnungen 6a, 6b der Brennkammern 5. Wenn mehr als ein Arbeitsvolumen 30, 34 bzw. 4, 31 pro Rotationskolben 2, 3 (z.B. bei vier Brennkammern 5 und je zwei Arbeitsvolumina 30, 34 bzw. 4, 31 pro Rotationskolben 2, 3) vorhanden ist, kann die Maschine völlig symmetrisch aufgebaut werden und keine konstruktive Unwucht aufweisen.If several combustion chambers 5 are provided, the combustion chambers 5 with the two associated shut-off devices 11, the associated inlet opening 8 and the associated outlet opening 9 are preferably distributed symmetrically around the circumference of the combustion chamber housing 18. The first working volume 30, 34 and the second working volume 4, 31 may then cover a maximum of an angular range that is smaller than a smallest angular range between the combustion chamber openings 6a, 6b of the combustion chambers 5. If more than one working volume 30, 34 or 4, 31 per rotary flask 2, 3 (e.g. with four Combustion chambers 5 and two working volumes 30, 34 or 4, 31 per rotary piston 2, 3) are present, the machine can be constructed completely symmetrically and have no structural imbalance.

Steigungen der Kolbenflächen 22a, 22b bestimmen die Bewegung der Absperreinrichtungen 11. Die Absperreinrichtungen 11 (genauer beispielsweise deren Schieber 33, Klappe 27 oder Tür 19) bewegen sich mit phasenweise konstanter Beschleunigung. Ein Abstand r der Kolbenfläche 22a, 22b in der Radialrichtung von der Drehachse 7 ist - wenn der jeweilige Rotationskolben 2, 3 ruht - nur eine Funktion des Drehwinkels φ. Eine zweite Ableitung dieser Funktion r(φ) nach dem Drehwinkel φ ist bereichsweise konstant mit den weiteren Randbedingungen, dass die Kolbenflächen 22a, 22b am Anfang und Ende der Übergangsbereiche genau zylindermantelförmig sind, weil die Kolbenflächen an diesen Stellen parallel zu den (zylindermantelförmigen) Arbeitsflächen 21a, 21b ausgerichtet sind, und dass die Einlassöffnungen 8 und die Auslassöffnungen 9 durch die seitlichen Dichtflächen 10 der Rotationskolben 2, 3 im Verlauf der Drehbewegung verschlossen oder freigegeben werden.Gradients of the piston surfaces 22a, 22b determine the movement of the shut-off devices 11. The shut-off devices 11 (more precisely, for example, their slide 33, flap 27 or door 19) move with acceleration that is constant in phases. A distance r of the piston surface 22a, 22b in the radial direction from the axis of rotation 7 is - when the respective rotary piston 2, 3 is at rest - only a function of the angle of rotation φ. A second derivation of this function r (φ) according to the angle of rotation φ is constant in certain areas with the additional boundary conditions that the piston surfaces 22a, 22b at the beginning and end of the transition areas are exactly cylinder jacket-shaped, because the piston surfaces at these points are parallel to the (cylinder jacket-shaped) working surfaces 21a, 21b are aligned, and that the inlet openings 8 and the outlet openings 9 are closed or released by the lateral sealing surfaces 10 of the rotary pistons 2, 3 in the course of the rotary movement.

Auch bei den radialen Ausführungen befindet sich in den Arbeitsflächen 21a, 21b des Brennkammergehäuses 18 neben jeder Brennkammeröffnung 6a, 6b eine vollständig versenkbare Absperreinrichtung 11, die auf der Seite des Ansaugvolumens 30 in Drehrichtung vor der Einlassöffnung 8 und hinter der ersten Brennkammeröffnung 6a bzw. auf der Seite des Ausstoßvolumens 31 in Drehrichtung hinter der Auslassöffnung 9 und vor der zweiten Brennkammeröffnung 6b positioniert ist.In the radial versions, too, there is a completely retractable shut-off device 11 in the working surfaces 21a, 21b of the combustion chamber housing 18 next to each combustion chamber opening 6a, 6b, which on the side of the intake volume 30 in the direction of rotation in front of the inlet opening 8 and behind the first combustion chamber opening 6a or the side of the discharge volume 31 is positioned in the direction of rotation behind the outlet opening 9 and in front of the second combustion chamber opening 6b.

Fig. 10 zeigt eine Entfernung r(φ) der zweiten Kolbenfläche 22b von der Drehachse des Arbeitskolbens 3 in der Radialrichtung in Abhängigkeit von einer Winkelkoordinate φ um die Drehachse in einem Zunahmebereich eines Arbeitsvolumen-Bereichs des Arbeitskolbens 3 bei der radialen Ausführung in Fig. 1. Die Winkelkoordinate φ steigt entgegen der Drehrichtung an. Fig. 10 shows a distance r (φ) of the second piston surface 22b from the axis of rotation of the working piston 3 in the radial direction as a function of an angular coordinate φ about the axis of rotation in an area of increase of a working volume area of the working piston 3 in the radial version in FIG Fig. 1 . The angular coordinate φ increases against the direction of rotation.

Der Zunahmebereich beginnt bei einer Winkelkoordinate φ1 und endet bei einer Winkelkoordinate φ2.The increase range begins at an angle coordinate φ 1 and ends at an angle coordinate φ 2 .

Vor der Winkelkoordinate φ1 - also vor dem Zunahmebereich - schließt einer der Gleitbereiche der zweiten Kolbenfläche 22b an. In dem Gleitbereich entspricht die Entfernung r(φ) (zumindest im Wesentlichen) konstant einem Wert r1. In dem Gleitbereich hat die zweite Kolbenfläche 22b also die Form eines Teils eines Zylindermantels mit dem Radius r1.Before the angular coordinate φ 1 - that is, before the increase area - one of the sliding areas adjoins the second piston surface 22b. In the sliding range, the distance r (φ) (at least essentially) constantly corresponds to a value r 1 . In the sliding area, the second piston surface 22b thus has the shape of part of a cylinder jacket with the radius r 1 .

Nach der Winkelkoordinate φ2 - also nach dem Zunahmebereich - schließt ein Konstantbereich eines Arbeitsvolumen-Bereichs der zweiten Kolbenfläche 22b an. In dem Konstantbereich entspricht die Entfernung r(φ) (zumindest im Wesentlichen) konstant einem Wert r2. In dem Konstantbereich hat die zweite Kolbenfläche 22b also die Form eines Teils eines Zylindermantels mit dem Radius r2.After the angular coordinate φ 2 - that is, after the increase area - a constant area of a working volume area adjoins the second piston surface 22b. In the constant range, the distance r (φ) corresponds (at least essentially) constantly to a value r 2 . In the constant range, the second piston surface 22b thus has the shape of part of a cylinder jacket with the radius r 2 .

Die zweite Arbeitsfläche 21b ist zylindermantelförmig und hat einen konstanten Radius, der zumindest im Wesentlichen dem Radius r1 entspricht. Der Radius der zweiten Arbeitsfläche kann minimal kleiner sein als der Radius r1, damit eine ausreichende Beweglichkeit des Arbeitskolbens 3 sichergestellt ist.The second working surface 21b is in the shape of a cylinder jacket and has a constant radius which at least substantially corresponds to the radius r 1. The radius of the second working surface can be minimally smaller than the radius r 1 , so that sufficient mobility of the working piston 3 is ensured.

Die Funktion r(φ) beschreibt demnach nicht nur die Form der zweiten Kolbenfläche 22b, sondern auch einen Abstand zwischen der zweiten Kolbenfläche 22b und der zweiten Arbeitsfläche 21b in der Radialrichtung.The function r (φ) accordingly describes not only the shape of the second piston surface 22b, but also a distance between the second piston surface 22b and the second working surface 21b in the radial direction.

In der Mitte von Fig. 10 ist die Ableitung v(φ) = dr(φ)/dφ der Funktion r(φ) gezeigt und oben in Fig. 10 ist die zweite Ableitung a(φ) = d2r(φ)/dφ2 der Funktion r(φ) dargestellt.In the middle of Fig. 10 the derivative v (φ) = dr (φ) / dφ of the function r (φ) is shown and above in Fig. 10 the second derivative a (φ) = d 2 r (φ) / dφ 2 of the function r (φ) is shown.

In dem Gleitbereich links von φ1 sind die Ableitung v(φ) und die zweite Ableitung a(φ) konstant null. Dasselbe gilt in dem Konstantbereich rechts von φ2.In the sliding area to the left of φ 1 , the derivative v (φ) and the second derivative a (φ) are constantly zero. The same applies in the constant region to the right of φ 2 .

In einem Anfangsteil des Zunahmebereichs zwischen φ1 und (φ1 + φ2)/2 steigt die Ableitung v(φ) linear an. Bei (φ1 + φ2)/2 erreicht sie einen Maximalwert. Über den gesamten Anfangsteil hat die zweite Ableitung a(φ) einen konstanten, positiven Wert. Im Anfangsteil nimmt r(φ) quadratisch zu.In an initial part of the increase range between φ 1 and (φ 1 + φ 2 ) / 2, the derivative v (φ) increases linearly. At (φ 1 + φ 2 ) / 2 it reaches a maximum value. The second derivative a (φ) has a constant, positive value over the entire initial part. In the beginning r (φ) increases quadratically.

In einem Endteil des Zunahmebereichs zwischen (φ1 + φ2)/2 und φ2 fällt die Ableitung v(φ) linear. Über den gesamten Endteil hat die zweite Ableitung a(φ) einen konstanten, negativen Wert.In an end part of the increase range between (φ 1 + φ 2 ) / 2 and φ 2 , the derivative v (φ) falls linearly. The second derivative a (φ) has a constant, negative value over the entire end part.

Zusätzlich ist in der gezeigten Ausführungsform ein Betrag von a(φ) im Anfangsteil und im Endteil gleich.In addition, in the embodiment shown, a magnitude of a (φ) is the same in the initial part and in the final part.

Nach dem Konstantbereich folgt ein entsprechend geformter Abnahmebereich des Arbeitsvolumen-Bereichs des Arbeitskolbens 3. In dem Abnahmebereich sind die Vorzeichen der Ableitung v(φ) und der zweiten Ableitung a(φ) jeweils umgekehrt. Der Verlauf von r(φ) in dem Abnahmebereich ist - bezogen auf eine Mitte des dazwischen angeordneten Konstantbereichs - sozusagen spiegelsymmetrisch zu dem in Fig. 10 unten gezeigten Verlauf im Zunahmebereich.After the constant area, there follows a correspondingly shaped decrease area of the working volume area of the working piston 3. In the decrease area, the signs of the derivative v (φ) and the second derivative a (φ) are reversed. The course of r (φ) in the decrease area is - based on a center of the constant area arranged in between - as it were mirror-symmetrical to that in Fig. 10 shown below in the increase area.

Wenn der Arbeitskolben mehrere Arbeitsvolumen-Bereiche aufweist, dann setzt sich die zweite Kolbenfläche 22b insgesamt (also über den gesamten Verlauf der Winkelkoordinate φ von 0° bis 360°) aus einer entsprechenden Anzahl aus solchen Gleitbereichen, Zunahmebereichen, Konstantbereichen und Abnahmebereichen hintereinander zusammen.If the working piston has several working volume areas, then the second piston surface 22b is total (that is, over the entire course of the Angular coordinate φ from 0 ° to 360 °) from a corresponding number of such sliding areas, increase areas, constant areas and decrease areas one after the other.

Wenn sich der Arbeitskolben 3 entlang der Drehrichtung mit konstanter Winkelgeschwindigkeit beweget, dann lässt sich die Entfernung der zweiten Kolbenfläche 22b von der Drehachse in der Radialrichtung an einer festgehaltenen Winkelkoordinate φ0 durch eine entsprechende Funktion r(φ0, t) beschreiben. Das gilt insbesondere auch an den Positionen der Absperreinrichtungen 11. Entsprechend wird die jeweilige Absperrvorrichtung 11 entlang der Radialrichtung wie folgt bewegt:

  • sie wird nicht bewegt und nicht beschleunigt, solange einer der Gleitbereiche die Absperreinrichtung 11 überstreicht;
  • wenn einer der Zunahmebereiche die Absperreinrichtung 11 überstreicht, wird die Absperrvorrichtung in dessen Anfangsteil mit konstanter positiver Beschleunigung in der Radialrichtung nach außen beschleunigt und dann mit konstanter negativer Beschleunigung gebremst, bis sie vollständig ausgefahren ist;
  • sie wird nicht bewegt und nicht beschleunigt, solange der darauffolgende Konstantbereich die Absperreinrichtung 11 überstreicht; und
  • wenn der darauffolgende Abnahmebereich die Absperreinrichtung 11 überstreicht, wird die Absperrvorrichtung in dessen Anfangsteil mit konstanter negativer Beschleunigung in der Radialrichtung nach innen beschleunigt und dann mit konstanter positiver Beschleunigung gebremst, bis sie vollständig eingefahren ist und vom nächsten Gleitbereich überstrichen wird.
If the working piston 3 moves along the direction of rotation at a constant angular speed, then the distance of the second piston surface 22b from the axis of rotation in the radial direction at a fixed angular coordinate φ 0 can be described by a corresponding function r (φ 0 , t). This also applies in particular to the positions of the shut-off devices 11. The respective shut-off device 11 is accordingly moved along the radial direction as follows:
  • it is not moved and not accelerated as long as one of the sliding areas passes over the shut-off device 11;
  • when one of the increase areas passes over the shut-off device 11, the shut-off device is accelerated outward in its initial part with constant positive acceleration in the radial direction and then braked with constant negative acceleration until it is fully extended;
  • it is not moved and not accelerated as long as the subsequent constant range sweeps over the shut-off device 11; and
  • When the subsequent removal area passes over the shut-off device 11, the shut-off device is accelerated in its initial part with constant negative acceleration in the radial direction and then braked with constant positive acceleration until it is completely retracted and is swept over by the next sliding area.

Die erste Kolbenfläche 22a ist in vergleichbarer Art und Weise ausgebildet. Die Vorzeichen bzw. Verläufe der in Fig. 10 gezeigten Funktionen kehren sich allerdings entsprechend um, da eine Entfernung r(φ) der ersten Kolbenfläche 22a von der Drehachse in den Arbeitsvolumen-Bereichen des Transportkolbens kleiner ist als in den Gleitbereichen.The first piston surface 22a is designed in a comparable manner. The signs or courses of the in Fig. 10 However, the functions shown are reversed accordingly, since a distance r (φ) of the first piston surface 22a from the axis of rotation in the working volume areas of the transport piston is smaller than in the sliding areas.

Bei der in Fig. 5 gezeigten, radialen Ausführung ist eine Höhe z(φ) der Kolbenfläche 22a, 22b in der Längsrichtung - wenn die Rotationskolben 2, 3 ruhen - nur eine Funktion einer Winkelkoordinate φ. Eine zweite Ableitung d2z(φ)/dφ2 ist bereichsweise konstant mit den weiteren Randbedingungen, dass die Steigung dz(φ)/dφ am Anfang und am Ende des Zunahmebereichs und des Abnahmebereichs jeweils gleich Null ist, weil die Kolbenflächen 22, 22b an diesen Stellen jeweils parallel zu den Kreisring-förmigen, ebenen Arbeitsflächen 21a, 21b ausgerichtet sind, und dass die Einlassöffnungen 8 und die Auslassöffnungen 9 durch die seitlichen Dichtflächen 10 der Rotationskolben 2, 3 im Verlauf der Drehbewegung verschlossen oder freigegeben werden.At the in Fig. 5 In the radial embodiment shown, a height z (φ) of the piston surface 22a, 22b in the longitudinal direction - when the rotary pistons 2, 3 are at rest - is only a function of an angular coordinate φ. A second derivative d 2 z (φ) / dφ 2 is constant in certain areas with the additional boundary conditions that the slope dz (φ) / dφ at the beginning and at the end of the increase area and the decrease area is equal to zero, because the piston surfaces 22, 22b are aligned parallel to the circular ring-shaped, flat working surfaces 21a, 21b at these points, and that the inlet openings 8 and the outlet openings 9 are closed or released by the lateral sealing surfaces 10 of the rotary pistons 2, 3 in the course of the rotary movement.

Die Formen der Kolbenflächen 22a, 22b bestimmen die Bewegung der Absperreinrichtungen 11. Die Absperreinrichtungen 11 (genauer beispielsweise der Schieber 33, die Klappe 27 oder die Tür 19) bewegen sich entlang der Radialrichtung jeweils mit phasenweise konstanter Beschleunigung. Sie werden so vergleichsweise wenig belastet.The shapes of the piston surfaces 22a, 22b determine the movement of the shut-off devices 11. The shut-off devices 11 (more precisely, for example, the slide 33, the flap 27 or the door 19) move along the radial direction with acceleration that is constant in phases. This means that you are burdened comparatively little.

Fig. 11 zeigt eine Detailansicht einer Modifikation der radialen Ausführung aus Fig. 1, in welcher Türen 19 als Absperreinrichtungen verwendet werden. Ähnlich wie in Fig. 1 und Fig. 4a bis 4d handelt es sich um eine Querschnittsdarstellung mit einer Schnittebene senkrecht zu der Drehachse. Fig. 11 FIG. 13 shows a detailed view of a modification of the radial embodiment from FIG Fig. 1 , in which doors 19 are used as shut-off devices. Similar to in Fig. 1 and Figure 4a until 4d it is a cross-sectional representation with a cutting plane perpendicular to the axis of rotation.

Für die gezeigte Brennkammer 5 ist eine Tür 19 in der ersten Arbeitsfläche 21a angeordnet. Wenn diese Tür 19 verschlossen ist, verschließt sie die erste Brennkammeröffnung 6a der Brennkammer 5. Eine Innenseite dieser Tür 19 ist dann einem Innenraum der Brennkammer 5 zugewandt und bildet einen Teil einer Wand der Brennkammer 5. Die Innenseite der Tür 19 hat die Form eines Ausschnitts einer eiförmigen oder kugelförmigen Oberfläche und vervollständigt, wenn die Tür 19 geschlossen ist, die eiförmige oder kugelförmige Innenwand der Brennkammer 5, die vom Brennkammergehäuse 18 ausgebildet wird, an der ersten Brennkammeröffnung 6a bündig und mit entsprechender Ei- oder Kugelform. Die Tür 19 in der ersten Arbeitsfläche 21a ist in Drehrichtung des Transportkolbens 2 unmittelbar hinter der ersten Brennkammeröffnung 6a der zugehörigen Brennkammer 5 drehbar angelenkt. In Drehrichtung des Transportkolbens 2 dahinter folgt unmittelbar die Einlassöffnung 8 für die in Drehrichtung nächstgelegene Brennkammer 5. Die Tür 19 ist um eine Tür-Schwenkachse, die senkrecht zu der Bildebene und parallel zu der Drehachse verläuft, verschwenkbar. In Fig. 11 ist die Tür 19 gerade geöffnet. Eine Länge der Tür 19 senkrecht zu ihrer Tür-Schwenkachse ist länger als ein maximaler Abstand zwischen der ersten Arbeitsfläche 21a und der ersten Kolbenfläche 22a. Selbst wenn die Tür 19 wie in Fig. 11 maximal geöffnet ist, liegt sie an der ersten Kolbenfläche 22a bevorzugt mit einem Winkel an, der kleiner ist als 80°, besonders bevorzugt kleiner als 60°. Dadurch bewirkt ein Druck des Arbeitsmediums in dem Verdichtungsvolumen 34 eine Anpresskraft der Tür 19 an die erste Kolbenfläche 22a. Das verbessert die Abdichtung zwischen der Tür 19 und der ersten Kolbenfläche 22a. Die Tür 19 muss nicht oder nicht allein durch eine Öffnungsvorrichtung, beispielsweise eine Feder, offengehalten werden. Allerdings ist dennoch eine Öffnungsvorrichtung in Form einer Feder (nicht gezeigt) vorgesehen, damit die Tür 19 zuverlässig öffnet, sobald eines der ersten Arbeitsvolumina 30, 34 die erste Brennkammeröffnung 6a erreicht. Dann teilt die Tür 19 das überstreichende erste Arbeitsvolumen 30, 34, wie es in Fig. 11 gezeigt ist, in das zugehörige Verdichtungsvolumen 34 und das zugehörige Einlassvolumen 30 für die nächste Brennkammer 5 auf.For the combustion chamber 5 shown, a door 19 is arranged in the first work surface 21a. When this door 19 is closed, it closes the first combustion chamber opening 6a of the combustion chamber 5. An inside of this door 19 then faces an interior of the combustion chamber 5 and forms part of a Wall of the combustion chamber 5. The inside of the door 19 has the shape of a section of an egg-shaped or spherical surface and completes, when the door 19 is closed, the egg-shaped or spherical inner wall of the combustion chamber 5, which is formed by the combustion chamber housing 18, at the first combustion chamber opening 6a flush and with a corresponding egg or spherical shape. The door 19 in the first working surface 21a is pivoted in the direction of rotation of the transport piston 2 directly behind the first combustion chamber opening 6a of the associated combustion chamber 5. In the direction of rotation of the transport piston 2, the inlet opening 8 for the closest combustion chamber 5 in the direction of rotation follows immediately behind it. The door 19 can be pivoted about a door pivot axis which runs perpendicular to the plane of the drawing and parallel to the axis of rotation. In Fig. 11 the door 19 is just open. A length of the door 19 perpendicular to its door pivot axis is longer than a maximum distance between the first working surface 21a and the first piston surface 22a. Even if the door is 19 as in Fig. 11 is maximally open, it rests against the first piston surface 22a preferably at an angle which is smaller than 80 °, particularly preferably smaller than 60 °. As a result, a pressure of the working medium in the compression volume 34 brings about a pressing force of the door 19 on the first piston surface 22a. This improves the seal between the door 19 and the first piston surface 22a. The door 19 does not have to be kept open or not only by an opening device, for example a spring. However, an opening device in the form of a spring (not shown) is provided so that the door 19 opens reliably as soon as one of the first working volumes 30, 34 reaches the first combustion chamber opening 6a. Then the door 19 divides the sweeping first working volume 30, 34 as shown in FIG Fig. 11 is shown, into the associated compression volume 34 and the associated inlet volume 30 for the next combustion chamber 5.

Analog ist für die in Fig. 11 gezeigte Brennkammer 5 eine weitere Tür 9 in der zweiten Arbeitsfläche 21b ausgebildet. Sie ist in Drehrichtung des Arbeitskolbens 3 unmittelbar vor der zweiten Brennkammeröffnung 6b angebracht. In Fig. 11 ist eine gemeinsame Drehrichtung des Transportkolbens 2 und des Arbeitskolbens 3 entgegen dem Uhrzeigersinn. Die Ausführungen zu der Tür 19 in der ersten Arbeitsfläche 21a gelten entsprechend.Analog is for the in Fig. 11 Combustion chamber 5 shown, a further door 9 is formed in the second work surface 21b. It is attached in the direction of rotation of the working piston 3 directly in front of the second combustion chamber opening 6b. In Fig. 11 is a common direction of rotation of the transport piston 2 and the working piston 3 counterclockwise. The statements relating to the door 19 in the first work surface 21a apply accordingly.

Wenn die beiden Türen 19 geschlossen sind, hat eine Querschnittsfläche der dazwischenliegenden Brennkammer 5 eine kreisförmige Gestalt. Das ermöglicht besonders gute Zünd- und Verbrennungseigenschaften.When the two doors 19 are closed, a cross-sectional area of the combustion chamber 5 therebetween has a circular shape. This enables particularly good ignition and combustion properties.

Bei der Erfindung handelt es sich um eine Viertakt-Verbrennungsmaschine, die konstruktiv einfach aufgebaut ist und aus wenigen Teilen besteht, die keine Ventile benötigt, die eine Unwucht durch sich hin und her bewegende Teile nahezu ganz vermeidet und die sich durch kompakte Brennkammern 5 mit günstigen Brennraumeigenschaften auszeichnet. In der oben erwähnten Offenlegungsschrift EP 0 085 427 A1 mit dem Veröffentlichungstag 10.08.1983 ist ein Viertaktverbrennungsmotor mit zwei Rotationskolben beschrieben worden. Die hier beschriebene Motoreinheit ist jedoch einfacher konstruiert. Insbesondere entfällt eine sich sehr schnell bewegende Ventilklappe, die das unter hohem Druck stehende gezündete Arbeitsmedium aus der Brennkammer entlässt.The invention is a four-stroke internal combustion engine, which is structurally simple and consists of a few parts, which does not require any valves, which almost completely avoids an imbalance due to parts moving back and forth and which is made possible by compact combustion chambers 5 with favorable Characteristics of the combustion chamber. In the above-mentioned laid-open specification EP 0 085 427 A1 with the publication date 08/10/1983 a four-stroke internal combustion engine with two rotary pistons has been described. However, the motor unit described here is of a simpler design. In particular, there is no need for a valve flap that moves very quickly and releases the ignited working medium, which is under high pressure, from the combustion chamber.

Claims (14)

  1. An engine unit for a four-stroke internal combustion engine for a compressible working fluid, comprising:
    a fixed central part (1);
    a transport piston (2); and
    a working piston (3);
    the transport piston (2) and the working piston (3) being fixedly connected to one another and being mounted rotatably relative to the fixed central part (1) about a common axis of rotation (7);
    characterised in that the fixed central part (1) comprises a combustion chamber housing (18) which is located between the transport piston (2) and the working piston (3) and has a first working surface (21a) for the transport piston (2) and a second working surface (21b) for the working piston (3),
    • wherein due to a shape of the transport piston (2) at least one first working volume (30, 34) is formed between the transport piston (2) and the first working surface (21a), and
    • wherein due to a shape of the working piston (3) at least one second working volume (4, 31) is formed between the working piston (3) and the second working surface (21b); and
    in that the combustion chamber housing (18) has at least one combustion chamber (5), the at least one combustion chamber (5) having a first combustion chamber opening (6a) which opens at the first working surface (21a), and a second combustion chamber opening (6b) which opens at a second working surface (21b).
  2. Engine unit according to claim 1, characterised in that the at least one combustion chamber (5) has an ellipsoidal, spherical, egg-shaped or cylindrical basic shape.
  3. Engine unit according to one of the preceding claims, characterized in that a first piston surface (22a) of the transport piston (2) lies regionally in sealing contact with the first working surface (21a) and is regionally removed from the first working surface (21a) in order to form the at least one first working volume (30, 34),
    wherein the first piston surface (22a) closes the first combustion chamber opening (6a) when the first piston surface (22a) is in sealing contact with a region of the first working surface (21a) with the first combustion chamber opening (6a) in dependence on a rotational position of the transport piston (2); and
    in that a second piston surface (22b) of the working piston (3) bears in a sealing manner in regions against the second working surface (21b) and is remote in regions from the second working surface (21b) in order to form the at least one second working volume (4, 31),
    wherein the second piston surface (22b) closes the second combustion chamber opening (6b) when the second piston surface (22b) is in sealing contact with a region of the second working surface (21b) with this second combustion chamber opening (6b) in dependence on a rotational position of the working piston (3).
  4. Engine unit according to claim 3, characterised in that the first piston surface (22a) closes the first combustion chamber opening (6a) at a point in time of the maximum compression of the working medium and/or an ignition time point for the at least one combustion chamber (5), and in that the second piston surface (22b) simultaneously closes the second combustion chamber opening (6b).
  5. Engine unit according to one of the preceding claims, characterised in that an inlet opening (8) for drawing in the working medium is formed in the fixed central part (1) for each of the at least one combustion chamber (5), which inlet opening (8) is swept by the at least one first working volume (30, 34) during rotation of the transport piston (2), in that for each of the at least one combustion chamber (5) a completely retractable shut-off device (11) is arranged in the first working surface (21a), which shut-off device (11), viewed along a direction of rotation of the transport piston (2), is positioned behind the first combustion chamber opening (6a) of this combustion chamber (5) and in front of the next inlet opening (8) and which, depending on the rotational position of the transport piston (2), limits a compression volume (34) in the at least one first working volume (30, 31).
  6. Engine unit according to one of the preceding claims, characterised in that an outlet opening (9) for expelling combustion products of the working medium is formed in the fixed central part (1) for each of the at least one combustion chamber (5), which outlet opening (9) is swept by the at least one second working volume (4, 31) during rotation of the working piston (2),
    in that for each of the at least one combustion chamber (5) a completely retractable shut-off device (11) is arranged in the second working surface (21b), which shut-off device (11), viewed along a direction of rotation of the working piston (3), is positioned upstream of the second combustion chamber opening (6b) of this combustion chamber (5) and downstream of the previous outlet opening (9) and which, depending on a rotational position of the working piston (3), limits an expansion volume (4) in the at least one second working volume (4, 31).
  7. Engine unit according to claim 6 and 7, characterized in that the transport piston (2) is shaped in such a way that each of the at least one first shut-off means (11) arranged in the first working volume (21a) is subjected to a phase-wise constant acceleration upon rotation of the transport piston (2) at a constant angular velocity, and
    in that the working piston (3) is shaped in such a way that each of the at least one first shut-off device (11) arranged in the second working surface (21b) is subjected to a phase-wise constant acceleration upon rotation of the working piston (3) at a constant angular velocity.
  8. Engine unit according to any one of claims 5 to 7, characterised in that each shut-off device (11) comprises a slide (33), a flap (27), or a door (19) which is fully retractable in an associated matching recess (12) in the combustion chamber housing (18).
  9. Engine unit according to any one of the preceding claims, characterised in that the combustion chamber housing (18) of the fixed central part (1) has a plurality of combustion chambers (5) arranged symmetrically about the axis of rotation (7).
  10. Engine unit according to one of the preceding claims, characterized in that the transport piston (2) has a hollow cylindrical basic shape, a cylinder surface facing the combustion chamber housing (18) forming the first piston surface (22a) and being set back in regions away from the combustion chamber housing (18) in order to form the at least one first working volume (30, 34) between the transport piston (2) and the combustion chamber housing (18); and/or
    in that the working piston (3) has a hollow cylindrical basic shape, a cylindrical surface facing the combustion chamber housing (18) forming the second piston surface (22b) and being set back in regions away from the combustion chamber housing (18) in order to form the at least one second working volume (4, 31) between the working piston (3) and the combustion chamber housing (18).
  11. Engine unit according to claim 10, characterised in that the transport piston (2) and the working piston (3) are formed concentrically to each other about the axis of rotation (7) with respect to their respective basic hollow cylindrical shapes, the combustion chamber housing (18) containing the first piston chamber and the second piston chamber being arranged along a radial direction transverse to the axis of rotation (7) directly between the transport piston (2) and the working piston (3).
  12. Engine unit according to any one of claims 1 to 9, characterised in that the transport piston (2) and the working piston (3) are arranged offset along the longitudinal direction, the combustion chamber housing (18) being arranged along the longitudinal direction directly between the transport piston (2) and the working piston (3).
  13. Engine unit according to claim 12, characterised in that the transport piston (2) has a hollow cylindrical basic shape, wherein an end face facing the combustion chamber housing (18) forms the first piston surface (22a) and is recessed in regions along the longitudinal direction in order to form the at least one first working volume (30, 34) between the transport piston (2) and the combustion chamber housing (18); and/or in that the working piston (3) has a hollow-cylindrical basic shape, an end face facing the combustion chamber housing (18) forming the second piston face (22b) and being set back in regions in order to form the at least one second working volume (4, 31) between the working piston (3) and the combustion chamber housing (18).
  14. Method for the operation of an engine unit for a four-stroke internal combustion engine for a compressible working medium according to one of the preceding claims, wherein for the at least one combustion chamber (5) the inlet opening (8) is formed for the intake of the working medium, which is swept by the at least one first working volume (30, 34), and wherein for the at least one combustion chamber (5) the outlet opening (9) is formed for expelling combustion products of the working medium, which is swept by the at least one second working volume (4, 31) upon rotation of the working piston (3);
    the method comprising a continuous rotation of the transport piston (2) and the working piston (3) along their direction of rotation and the following steps:
    an inlet step in which the at least one first working volume (30, 34) sweeps over the inlet opening (8) and in which the working medium flows into the at least one first working volume (30, 34);
    a compression step comprising:
    • moving the at least one first working volume (30, 34) from the inlet opening (8) to the first combustion chamber opening (6a),
    • closing the second combustion chamber opening (6b) by the second piston surface (22b);
    • separating the compression volume (34) within the at least one first working volume (30, 34), the compression volume (34) being in fluid communication with the first combustion chamber opening (6a) and the at least one combustion chamber (5),
    • reducing the compression volume (34),
    • closing the first combustion chamber opening (6a) by the first piston surface (22a), and
    • igniting the working medium in the at least one combustion chamber (5) of the fixed central part;
    an expansion step comprising:
    • moving the at least one second working volume (4, 31) towards the second combustion chamber opening (6b),
    • separating the expansion volume (31) within the at least one second working volume (4, 31), said expansion volume (4) being in fluid communication with the second combustion chamber opening (6b) and the at least one combustion chamber (5),
    • increasing the expansion volume (4); and
    an exhaust step in which the at least one second working volume (4, 31) sweeps the exhaust port (9).
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