WO2003014550A1 - Verbrennungsmotor und verfahren zum betreiben eines verbrennungsmotors - Google Patents

Verbrennungsmotor und verfahren zum betreiben eines verbrennungsmotors Download PDF

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WO2003014550A1
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    • F02B53/00—Internal-combustion aspects of rotary-piston or oscillating-piston engines
    • F02B53/02—Methods of operating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01C1/3568—Rotary-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 relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the outer member with axially movable vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2250/00—Geometry
    • F04C2250/20—Geometry of the rotor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine with rotary pistons, which are rotatably mounted in a housing, and a method for operating such an internal combustion engine. Fuel is sucked or injected into a combustion chamber, which is formed between the housing and a rotary piston. The compression and combustion of the fuel also takes place in this combustion chamber.
  • Rotary piston or rotary piston engines have the advantage over reciprocating piston engines that overall fewer components are required, the masses moved back and forth are reduced, no valve drive has to be provided and the size and weight are smaller.
  • the object of the invention is to provide such an internal combustion engine, which is inexpensive to operate and manufacture, and to propose a reliable method for operating such an engine.
  • this object is essentially achieved by an internal combustion engine having at least two rotary pistons, which are rotatably mounted in a housing, the rotary pistons each having a cylindrical core and an outer ring, the radius of which in some areas corresponds to the inner radius of the housing and the thickness thereof in some areas corresponds to the thickness of the cylindrical core, wherein in the outer ring at least one segment with a smaller radius and / or different thickness compared to the thickness of the core is provided, so that a combustion chamber is defined between the housing and the rotary pistons, the combustion chambers being connectable to one another and can be sealed against one another at least in regions by means of at least one slide that can be moved freely by the rotary pistons.
  • compressed fuel can be transferred from the combustion chamber defined by a first rotary piston to a combustion chamber defined by a second rotary piston.
  • the combustion chambers are divided into two areas of variable size by at least one slide. In this way it is possible that when fuel is burned in one area of the combustion chamber, fuel is simultaneously compressed in the other area of the combustion chamber.
  • At least two rotary pistons are preferably coupled to one another with respect to their rotation via a synchronization device. In this way, the movements of the rotary lobes and the slide are precisely coordinated with one another, so that misfires or other malfunctions can be avoided.
  • the rotary pistons are mounted coaxially on a common shaft.
  • the arrangement of the rotary pistons one behind the other on a common shaft enables a particularly space-saving design of the internal combustion engine.
  • Four, six, eight or more rotary pistons are preferably mounted coaxially to one another on a shaft.
  • the arrangement of four or eight rotary pistons makes it particularly quiet because the slides move against each other. As a result, the loads occurring in the motor are reduced and consequently less susceptibility to faults is achieved.
  • two adjacent rotary pistons preferably rotate in opposite directions during operation. This makes it possible for fuel to be compressed and burned alternately in one combustion chamber, while fuel is drawn in or injected in the other combustion chamber and exhaust gases are expelled.
  • the combustion of fuel in one of the combustion chambers also simultaneously drives the other rotary lobe, into the combustion chamber of which fuel is injected or sucked in and exhaust gas is simultaneously expelled.
  • the two outer rotary pistons preferably rotate synchronously in one direction, while the two inner rotary pistons rotate synchronously in the opposite direction.
  • the rotary pistons are mounted on at least two mutually parallel shafts.
  • the rotary pistons are mounted partly on coaxial shafts and partly on parallel shafts.
  • An arrangement of four rotary pistons makes it possible to produce a smooth running of the internal combustion engine. As a result, the loads occurring in the engine are reduced and consequently the engine is less susceptible to faults.
  • the slides are mounted in the housing.
  • the storage of the slide can be carried out with simple means.
  • the slide can also be mounted on the shaft and / or the rotary piston.
  • the outer ring of the rotary pistons has two transition segments which connect a segment with a smaller radius and / or a smaller thickness to a segment with a larger radius and / or a larger thickness. In this way, the slides can be guided along the segments of the rotary pistons, so that there is no need to control the slides independently.
  • the thickness of the core of the rotary piston can correspond to the thickness of the segment of the outer ring, the radius of which corresponds to the inner radius of the housing.
  • the thickness of the inner core of the rotary piston corresponds to the thickness of the segment of the outer ring with reduced thickness. This ensures that the slides can be stored twice in the housing, namely both to the shaft and to the housing edge. In this way, the moments that act when the slide is supported on one side are significantly reduced.
  • the compression of the fuel and the combustion of already compressed fuel preferably take place simultaneously in two regions of a combustion chamber formed between a rotary piston and the housing, the Areas separated by a slider.
  • the energy released during the combustion of the fuel is thus used directly for the compression of new fuel. In this way, energy losses due to the transfer of the energy released during combustion are avoided. As a result, the method can be operated with low fuel consumption.
  • the suction or injection of the fuel and the exhaust gases are carried out simultaneously in two areas of a combustion chamber formed between a rotary piston and the housing, the areas being separated from one another by a slide.
  • the rotation of the rotary piston enlarges the area of the combustion chamber to be filled with fuel, so that the intake of fuel is made easier, while at the same time the area of the combustion chamber with the exhaust gas to be expelled and thereby the exhaust gas is completely discharged from the combustion chamber.
  • Figure 1 is a schematic view of a section through an internal combustion engine according to a first embodiment.
  • FIG. 2 shows a side view of a rotary piston from FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a top view of the rotary piston according to FIG. 2;
  • the internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 has two coaxially mounted rotary pistons 2 and 3.
  • the rotary pistons 2 and 3 are accommodated in a cylindrical housing 4.
  • two sliders 5 and 6 are provided, which are slidably mounted in the housing 4.
  • the identically shaped rotary pistons 2 and 3 have a cylindrical core 7 with the same thickness tO over the circumference.
  • This core 7 is integrally connected to an outer ring 8, which has a different thickness over the circumference.
  • the outer ring 8 has a first segment 9, the thickness t1 of which corresponds to the thickness t0 of the core 7.
  • a second segment 10 has a smaller thickness t2 than the core 7 and is each connected to the first segment 9 by an oblique transition segment 11 or 12.
  • the rotary pistons 2 and 3 are arranged in the housing 4 such that the sliders 5 and 6 are displaced in the axial direction by the rotary pistons 2 and 3 when the rotary pistons are rotated.
  • the slides 5 and 6 slide on the outer ring 8 of the rotary pistons 2 and 3.
  • the rotary pistons 2 and 3 define between them two combustion chambers which are formed by the smaller thickness t2 of the second ring segment 10.
  • Each of these combustion chambers is divided into two areas of variable size by one of the sliders 5 and 6, respectively.
  • a first combustion chamber area increases along the slide 5 and 6 to the extent that the second combustion chamber area becomes smaller.
  • the combustion chambers are connected to one another in certain positions of the rotary pistons 2 and 3.
  • the thickness t0 of the inner core 7 of the rotary piston corresponds to the thickness t2 of the segment 10 of the outer ring 8. This ensures that the slides 5 and 6 can be mounted twice in the housing, namely both for the shaft and also to the edge of the case. In this way, the moments that act when the slide 5 and 6 are supported on one side are significantly reduced.
  • the functional principle of an internal combustion engine 1 is explained with reference to FIGS. 4a to 4d on the basis of a second embodiment.
  • the internal combustion engine 1 according to the second embodiment essentially corresponds to the internal combustion engine according to the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3, the rotary pistons 13 and 14 not being arranged coaxially one behind the other, but lying next to one another on parallel axes.
  • the rotary pistons 13, 14 have an outer ring 8 around the core 7, the radius of which differs in sections.
  • the radius of the ring 8 corresponds to the inner radius of the housing 15, while the radius of a second segment 10 is smaller than the inner radius of the housing 15.
  • Transition segments 11 and 12 between the first and second segments 9 and 10 have a radius that changes gradually over the circumference.
  • a fuel inlet 16 and 17 is provided for each rotary piston 13, 14, and an outlet opening 18 and 19.
  • three slides 20, 21 and 22 are mounted so that they can pass through the rotary pistons 13 and 14 can be moved in the radial direction.
  • a combustion chamber 23 and 24 is defined between the housing 15 and the rotary pistons 13 and 14, which depending on the angular position of the rotary pistons 13 and 14 relative to one another by the slides 20, 21 and 22 each in up to two regions 23a and 23b or 24a and 24b variable size is divided.
  • the rotary pistons 13, 14 close the fuel inlet 16 or 17 and / or the outlet opening 18 or 19.
  • the second segments 10 enable the rotary pistons 13, 14, which have a smaller radius , an inflow of fuel into the respective combustion chamber or an emission of exhaust gases. Valve control is therefore unnecessary.
  • Fig. 4b the working stroke of the rotary piston 14 is completed and the combustion exhaust gases are expelled through the opening 19.
  • the intake process in the combustion chamber 23 of the rotary piston 13 is also almost completely completed.
  • the combustion chambers 23 and 24 are connected to one another along a connecting channel 25 in the housing 15. Via the slide 21, the fuel previously compressed in the area 24a is conducted into the newly opening area 23a. The compressed fuel mixture can then be ignited so that the rotary piston 13 is moved counterclockwise.
  • the areas 23a and 23b are separated from one another by the slide 21, so that the fuel mixture drawn in is not ignited in the area 23b.
  • the ignited fuel mixture burns in the region 23a in order to actuate the rotary piston 13. Due to the enlargement of the area 23a, the size of the area 23b simultaneously decreases, so that the fuel mixture contained therein is compressed. While combustion exhaust gases are expelled from the area 24b, new fuel is sucked in or injected into the area 24a.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor mit wenigstens zwei Drehkolben, die in einem Gehäuse drehbar gelagert sind, wobei die Drehkolben jeweils einen zylindrischen Kern und einen äusseren Ring aufweisen, dessen Radius bereichsweise dem Innenradius des Gehäuses und dessen Dicke bereichsweise der Dicke des zylindrischen Kerns entspricht, wobei in dem äusseren Ring wenigstens ein Segment mit geringerem Radius und/oder gegenüber der Dicke des Kerns unterschiedlicher Dicke vorgesehen ist, so dass zwischen dem Gehäuse und den Drehkolben jeweils ein Brennraum definiert ist, wobei die Brennräume miteinander verbindbar und über wenigstens einen von den Drehkolben bewegbaren Schieber zumindest bereichsweise gegeneinander abdichtbar sind, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Motors.

Description

Verbrennungsmotor und Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors
Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit Drehkolben, die in einem Gehäuse drehbar gelagert sind, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Verbrennungsmotors. Kraftstoff wird dabei in einen Brennraum angesaugt oder eingespritzt, der zwischen dem Gehäuse und einem Drehkolben gebildet ist. In diesem Brennraum findet auch das Verdichten und Verbrennen des Kraftstoffs statt.
Drehkolben- oder Kreiskolbenmotoren weisen gegenüber Hubkolbenmotoren den Vorteil auf, dass insgesamt weniger Bauteile benötigt werden, die hin und her bewegten Massen verringert werden, kein Ventilantrieb vorgesehen werden muss und die Baugröße und das Gewicht geringer sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen derartigen Verbrennungsmotor zu schaffen, der im Betrieb und in der Herstellung kostengünstig ist, sowie ein zuverlässiges Verfahren zum Betreiben eines derartigen Motors vorzuschlagen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Wesentlichen durch einen Verbrennungsmotor mit wenigstens zwei Drehkolben gelöst, die in einem Gehäuse drehbar gelagert sind, wobei die Drehkolben jeweils einen zylindrischen Kern und einen äußeren Ring aufweisen, dessen Radius bereichsweise dem Innenradius des Gehäuses und dessen Dicke bereichsweise der Dicke des zylindrischen Kerns entspricht, wobei in dem äußeren Ring wenigstens ein Segment mit geringerem Radius und/oder gegenüber der Dicke des Kerns unterschiedlicher Dicke vorgesehen ist, so dass zwischen dem Gehäuse und den Drehkolben jeweils ein Brennraum definiert ist, wobei die Brennräume miteinander verbindbar und über wenigstens einen frei von den Drehkolben bewegbaren Schieber zumindest bereichsweise gegeneinander abdichtbar sind. Auf diese Weise kann verdichteter Kraftstoff auf dem durch einen ersten Drehkolben definierten Brennraum in einen durch einen zweiten Drehkolben definierten Brennraum übertragen werden. Gleichzeitig werden die Brennräume durch wenigstens einen Schieber in jeweils zwei Bereiche veränderlicher Größe unterteilt. Auf diese Weise ist es möglich, dass bei dem Verbrennen von Kraftstoff in einem Bereich des Brennraumes gleichzeitig in dem anderen Bereich des Brennraumes Kraftstoff verdichtet wird.
Vorzugsweise sind wenigstens zwei Drehkolben über eine Synchronisationseinrichtung hinsichtlich ihrer Drehung miteinander gekoppelt. Die Bewegungen der Drehkolben sowie der Schieber werden auf diese Weise genau aufeinander abgestimmt, so dass Fehlzündungen oder sonstige Betriebsstörungen vermieden werden können.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind die Drehkolben koaxial auf einer gemeinsamen Welle gelagert. Die Anordnung der Drehkolben hintereinander auf einer gemeinsamen Welle ermöglicht eine besonders platzsparende Bauweise des Verbrennungsmotors. Vorzugsweise sind vier, sechs, acht oder mehr Drehkolben zueinander koaxial auf einer Welle gelagert. Durch die Anordnung von vier oder acht Drehkolben kann eine besondere Laufruhe erreicht werden, da sich die Schieber jeweils gegeneinander bewegen. Dadurch werden die in dem Motor auftretenden Belastungen verringert und folglich eine geringere Störanfälligkeit erzielt. Bei dieser Ausführungsform drehen sich zwei benachbarte Drehkolben im Betrieb vorzugsweise in entgegengesetzte Richtung. Dadurch wird es ermöglicht, dass abwechselnd Kraftstoff in dem einen Brennraum verdichtet und verbrannt wird, während in dem anderen Brennraum Kraftstoff angesaugt oder eingespritzt wird und Abgase ausgestoßen werden. Durch die Synchronisation und Koppelung der Drehkolben untereinander wird bei der Verbrennung von Kraftstoff in einem der Brennräume gleichzeitig auch der andere Drehkolben mitangetrieben, in dessen Brennraum Kraftstoff eingespritzt oder angesaugt wird und gleichzeitig Abgas ausgestoßen wird. Bei einem Verbrennungsmotor mit vier koaxial angeordneten Drehkolben drehen sich vorzugsweise die beiden äußeren Drehkolben synchron in eine Richtung, während sich die beiden inneren Drehkolben synchron in die entgegengesetzte Richtung drehen.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Drehkolben auf wenigstens zwei zueinander parallelen Wellen gelagert sind. Auch bei dieser Ausführungsform ist es möglich, durch radial bewegbare Schieber die Brennräume in unterschiedliche Bereiche zu unterteilen.
Nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung sind die Drehkolben teils auf zueinander koaxialen Wellen und teils auf zueinander parallelen Wellen gelagert. Durch eine Anordnung von vier Drehkolben ist es auf diese Weise möglich, eine hohe Laufruhe des Verbrennungsmotors zu erzeugen. Dadurch werden die in dem Motor auftretenden Belastungen verringert und folglich eine geringere Störanfälligkeit des Motors erzielt.
In Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Schieber in dem Gehäuse gelagert sind. Die Lagerung der Schieber ist dadurch mit einfachen Mitteln ausführbar. Zusätzlich können die Schieber aber auch auf der Welle und/oder dem Drehkolben gelagert sein. Weiterhin kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der äußere Ring der Drehkolben zwei Übergangssegmente aufweist, die ein Segment mit geringerem Radius und/oder geringerer Dicke mit einem Segment mit größerem Radius und/oder größerer Dicke verbinden. Die Schieber können auf diese Weise entlang der Segmente der Drehkolben geführt werden, so dass eine eigene Steuerung der Schieber entfallen kann.
Die Dicke des Kerns des Drehkolbens kann der Dicke des Segments des äußeren Rings entsprechen, dessen Radius dem Innenradius des Gehäuses entspricht. Alternativ hierzu entspricht die Dicke des inneren Kerns des Drehkolbens der Dicke des Segments des äußeren Rings mit verringerter Dicke. Hierdurch wird erreicht, dass die Schieber in dem Gehäuse doppelt gelagert werden können, nämlich sowohl zur Welle als auch zum Gehäuserand. Auf diese Weise werden die Momente, die bei einer einseitigen Lagerung der Schieber wirken, deutlich verringert.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors ist es vorgesehen, dass jeweils zwei Drehkolben hinsichtlich ihrer Drehung so zueinander synchronisiert sind, dass der in einem ersten Brennraum, der durch einen ersten Drehkolben gebildet ist, komprimierte Kraftstoff in einen zweiten Brennraum, der durch einen zweiten Drehkolben gebildet ist, geleitet und dort verbrannt wird. Auf diese Weise ist es möglich, dass bei jeder Umdrehung der Drehkolben die Takte Ansaugen bzw. Einspritzen des Kraftstoffs, Verdichten, Verbrennen und Ausstoßen, durchgeführt werden. Dadurch entfallen auch Ventile zur Steuerung der Kraftstoff zufuhr bzw. des Auslassens der Abgase.
Vorzugsweise erfolgt das Verdichten des Kraftstoffs und das Verbrennen von bereits verdichteten Kraftstoff gleichzeitig in zwei Bereichen eines zwischen einem Drehkolben und dem Gehäuse gebildeten Brennraumes, wobei die Bereiche durch einen Schieber voneinander getrennt sind. Die bei der Verbrennung des Kraftstoffs freiwerdende Energie wird dadurch unmittelbar für das Verdichten von neuem Kraftstoff verwendet. Energieverluste durch die Übertragung der bei der Verbrennung freiwerdender Energie werden auf diese Weise vermieden. Folglich kann das Verfahren mit geringem Kraftstoffverbrauch betrieben werden.
Weiterhin kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Ansaugen oder Einspritzen des Kraftstoffs und das Ausstoßen der Abgase gleichzeitig in zwei Bereichen eines zwischen einem Drehkolben und dem Gehäuse gebildeten Brennraumes erfolgt, wobei die Bereiche durch einen Schieber voneinander getrennt werden. Durch die Drehung des Drehkolbens vergrößert sich dadurch der mit Kraftstoff zu füllende Bereich der Brennkammer, so dass das Ansaugen von Kraftstoff erleichtert wird, während gleichzeitig der Bereich des Brennraumes mit dem auszustoßenden Abgas und dadurch das Abgas vollständig aus dem Brennraum ausgebracht wird.
Schließlich kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Verdichten des Kraftstoffs und das Verbrennen von bereits verdichteten Kraftstoffs in einem von einem ersten Drehkolben gebildeten Brennraum gleichzeitig mit dem Ansaugen oder Einspritzen von Kraftstoff und dem Ausstoßen der Abgase in einem von einem zweiten Drehkolben gebildeten Brennraum erfolgt. Ein Paar miteinander verbundener Drehkolben führt somit zu jedem Zeitpunkt das Ansaugen oder Einspritzen von Kraftstoff, das Verdichten von Kraftstoff, das Verbrennen von Kraftstoff sowie das Ausstoßen der Abgase gleichzeitig aus.
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnung zwei Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Schnitts durch einen Verbrennungsmotor nach einer ersten Ausführungsform;
Fig. 2 eine Seitenansicht eines Drehkolbens aus Fig. 1;
Fig. 3 eine Draufsicht auf den Drehkolben nach Fig. 2;
Fig. 4a - 4d eine schematische Ansicht eines Schnitts durch einen
Verbrennungsmotor nach einer zweiten Ausführungsform in verschiedenen Arbeitszuständen.
Der in Fig. 1 dargestellte Verbrennungsmotor 1 weist zwei koaxial gelagerte Drehkolben 2 und 3 auf. Die Drehkolben 2 und 3 sind in einem zylinderförmigen Gehäuse 4 aufgenommen. Zwischen den Drehkolben 2 und 3 sind zwei Schieber 5 und 6 vorgesehen, die in dem Gehäuse 4 verschiebbar gelagert sind.
Wie insbesondere aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, weisen die formgleichen Drehkolben 2 bzw. 3 einen zylinderförmigen Kern 7 mit über dem Umfang gleicher Dicke tO auf. Dieser Kern 7 ist einstückig mit einem äußeren Ring 8 verbunden, der eine über den Umfang unterschiedliche Dicke aufweist. Der äußere Ring 8 hat dabei ein erstes Segment 9, dessen Dicke t1 der Dicke tO des Kerns 7 entspricht. Ein zweites Segment 10 weist eine geringere Dicke t2 als der Kern 7 auf und ist jeweils durch ein schräges Übergangssegment 11 bzw. 12 mit dem ersten Segment 9 verbunden. In dem Gehäuse 4 sind die Drehkolben 2 und 3 so angeordnet, dass die Schieber 5 bzw. 6 bei einer Drehung der Drehkolben 2 und 3 von diesen in axialer Richtung verschoben werden. Die Schieber 5 und 6 gleiten dabei auf dem äußeren Ring 8 der Drehkolben 2 und 3. Auf diese Weise definieren die Drehkolben 2 und 3 zwischen sich zwei Brennräume, die durch die geringere Dicke t2 des zweiten Ringsegments 10 gebildet werden. Jeder dieser Brennräume ist durch einen der Schieber 5 bzw. 6 in zwei Bereiche veränderlicher Größe unterteilt.
Durch die Drehung der Drehkolben 2 und 3 in entgegengesetzte Richtungen vergrößert sich entlang der Schieber 5 bzw. 6 ein erster Brennraumbereich in dem Maße, indem der zweite Brennraumbereich kleiner wird. Gleichzeitig stehen die Brennräume in bestimmten Stellungen der Drehkolben 2 und 3 zueinander miteinander in Verbindung.
In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform entspricht die Dicke tO des inneren Kerns 7 des Drehkolbens der Dicke t2 des Segments 10 des äußeren Rings 8. Hierdurch wird erreicht, dass die Schieber 5 und 6 in dem Gehäuse doppelt gelagert werden können, nämlich sowohl zur Welle als auch zum Gehäuserand. Auf diese Weise werden die Momente, die bei einer einseitigen Lagerung der Schieber 5 und 6 wirken, deutlich verringert.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 4a bis 4d wird das Funktionsprinzip eines Verbrennungsmotors 1 anhand einer zweiten Ausführungsform erläutert. Der Verbrennungsmotor 1 nach der zweiten Ausführungsform entspricht dabei im Wesentlichen dem Verbrennungsmotor nach der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsform, wobei die Drehkolben 13 und 14 nicht koaxial hintereinander angeordnet sind, sondern auf parallelen Achsen nebeneinander liegen. Weiter weisen die Drehkolben 13, 14 einen äußeren Ring 8 um den Kern 7 herum auf, dessen Radius abschnittsweise unterschiedlich ist. In einem ersten Segment 9 entspricht der Radius des Rings 8 dem Innenradius des Gehäuses 15, während der Radius eines zweiten Segments 10 kleiner als der Innenradius des Gehäuses 15 ist. Übergangssegmente 11 und 12 zwischen dem ersten und dem zweiten Segment 9 bzw. 10 weisen einen sich allmählich über dem Umfang verändernden Radius auf.
In dem schematisch dargestellten Gehäuse 15 ist für jeden Drehkolben 13, 14 ein Kraftstoffeiniass 16 bzw. 17 vorgesehen sowie eine Auslassöffnung 18 bzw. 19. In dem Gehäuse 15 sind drei Schieber 20, 21 und 22 so gelagert, dass sie durch die Drehkolben 13 und 14 in radialer Richtung verschoben werden können. Zwischen dem Gehäuse 15 und den Drehkolben 13 bzw. 14 wird jeweils eine Brennkammer 23 und 24 definiert, die in Abhängigkeit der Winkelposition der Drehkolben 13 und 14 zueinander durch die Schieber 20, 21 und 22 jeweils in bis zu zwei Bereiche 23a und 23b bzw. 24a und 24b veränderlicher Größe unterteilt wird.
Die Drehkolben 13, 14 verschließen mit ihren ersten Segmenten 9 mit großem Radius in bestimmten Winkelpositionen den Kraftstoffeiniass 16 bzw. 17 und/oder die Auslassöffnung 18 bzw. 19. Gleichzeitig ermöglichen die zweiten Segmente 10 der Drehkolben 13, 14, die einen kleineren Radius aufweisen, ein Einströmen von Kraftstoff in den jeweiligen Brennraum bzw. ein Ausstoßen von Abgasen. Eine Ventilsteuerung ist somit entbehrlich.
In der in Fig. 4a gezeigten Stellung der Drehkolben 13 und 14 wird ein Kraftstoffgemisch über den Einlass 16 in den Bereich 23b des Brennraums 23 eingesaugt oder eingespritzt. Über die Auslassöffnung 18 werden Verbrennungsabgase aus dem Bereich 23a des Brennraums 23 ausgestoßen. In dem Bereich 24a des Brennraums 24 wird ein Kraftstoffgemisch, das über den Einlass 17 eingesaugt oder eingespritzt wurde, komprimiert. In dem Bereich 24b des Brennraums 24 wird ein Kraftstoffgemisch verbrannt, wodurch der Drehkolben 14 gegen den Uhrzeigersinn angetrieben wird. Über eine nicht dargestellte Synchronisationseinrichtung sind die Drehkolben 13 und 14 so miteinander verbunden, dass auch der Drehkolben 13 gemeinsam mit dem Drehkolben 14 in den Figuren gegen den Uhrzeigersinn angetrieben wird.
In Fig. 4b ist der Arbeitstakt des Drehkolbens 14 abgeschlossen und durch die Öffnung 19 werden die Verbrennungsabgase ausgestoßen. Auch der Ansaugvorgang in dem Brennraum 23 des Drehkolbens 13 ist nahezu vollständig abgeschlossen. Die Brennräume 23 und 24 stehen dabei entlagen eines Verbindungskanals 25 in dem Gehäuse 15 miteinander in Verbindung. Über den Schieber 21 wird der in dem Bereich 24a zuvor verdichtete Kraftstoff in den sich neu öffnenden Bereich 23a geleitet. Das verdichtete Kraftstoffgemisch kann dann gezündet werden, so dass der Drehkolben 13 gegen den Uhrzeigersinn bewegt wird. Die Bereiche 23a und 23b sind dabei durch den Schieber 21 voneinander getrennt, so dass das eingesaugte Kraftstoffgemisch in dem Bereich 23b nicht gezündet wird.
In der in Fig. 4c dargestellten Stellung der Drehkolben 13 und 14 verbrennt in dem Bereich 23a das gezündete Kraftstoffgemisch, um den Drehkolben 13 zu betätigen. Durch die Vergrößerung des Bereiches 23a nimmt gleichzeitig die Größe des Bereichs 23b ab, so dass das darin befindlichen Kraftstoffgemisch komprimiert wird. Während aus dem Bereich 24b Verbrennungsabgase ausgestoßen werden, wird in dem Bereich 24a neuer Kraftstoff eingesaugt oder eingespritzt.
Der in dem Bereich 23b komprimierte Kraftstoff wird in Fig. 4d in den Bereich 24b geleitet, in dem er anschließend gezündet wird. Gleichzeitig werden Verbrennungsabgase aus dem Bereich 23a ausgestoßen und der Bereich 24a ist vollständig mit neuem Kraftstoff gefüllt. Damit ist ein Zyklus des Verbrennungsmotors mit einer vollen Umdrehung jedes Drehkolbens abgeschlossen, wobei in den durch die Drehkolben 13 und 14 gebildeten Brennräumen 23 und 24 jeweils die vier Arbeitsschritte Ansaugen oder Einspritzen von Kraftstoff, Verdichten des Kraftstoffs, Verbrennen des Kraftstoffs und Ausstoßen der Abgase durchgeführt werden.
Bezugszeichenliste
1 Verbrennungsmotor
2 Drehkolben
3 Drehkolben
4 Gehäuse
5 Schieber
6 Schieber
7 zylinderförmiger Kern
8 äußerer Ring
9 erstes Segment
10 zweites Segment
11 Übergangssegment
12 Übergangssegment
13 Drehkolben
14 Drehkolben
15 Gehäuse
16 Einlassöffnung
17 Einlassöffnung
18 Auslassöffnung
19 Auslassöffnung
20 Schieber
21 Schieber
22 Schieber
23 Brennraum
24 Brennraum
25 Verbindungskanal to Dicke des Kerns 7 t1 Dicke des ersten Segments 9 t2 Dicke des zweiten Segments 10

Claims

Patentansprüche:
1. Verbrennungsmotor mit wenigstens zwei Drehkolben (2, 3; 13, 14), die in einem Gehäuse (4, 15) drehbar gelagert sind, wobei die Drehkolben (2, 3, 13, 14) jeweils einen zylindrischen Kern (7) und einen äußeren Ring (8) aufweisen, dessen Radius bereichsweise dem Innenradius des Gehäuses (4, 15) und dessen Dicke (t1 , t2) bereichsweise der Dicke (tO) des zylindrischen Kerns (7) entspricht, wobei in dem äußeren Ring (8) wenigstens ein Segment (10) mit geringerem Radius und/oder gegenüber der Dicke (tO) des Kerns (7) unterschiedlicher Dicke (t2, t1) vorgesehen ist, so dass zwischen dem Gehäuse (4, 15) und den Drehkolben (2, 3, 13, 14) jeweils ein Brennraum (23, 24) definiert ist, wobei die Brennräume (23, 24) miteinander verbindbar und über wenigstens einen von den Drehkolben (2, 3, 13, 14) bewegbaren Schieber (5, 6, 20, 21 , 22) zumindest bereichsweise gegeneinander abdichtbar sind.
2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Drehkolben (2, 3; 13, 14) hinsichtlich ihrer Drehung über eine Synchronisationseinrichtung miteinander gekoppelt sind.
3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehkolben (2, 3) koaxial auf einer gemeinsamen Welle gelagert sind.
4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwei benachbarte Drehkolben (2, 3) im Betrieb in entgegengesetzte Richtung drehen.
5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehkolben (13, 14) auf zueinander parallelen Wellen gelagert sind.
6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehkolben (2, 3, 13, 14) teils auf zueinander koaxialen Wellen und teils auf zueinander parallelen Wellen gelagert sind.
7. Verbrennungsmotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieber (5, 6, 20, 21, 22) in dem Gehäuse (4, 15) gelagert sind.
8. Verbrennungsmotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Ring (8) der Drehkolben (2, 3, 13, 14) zwei Übergangssegmente (11 , 12) aufweist, die ein Segment (10) mit geringerem Radius und/oder geringerer Dicke (t2) mit einem Segment (9) mit größerem Radius und/oder größerer Dicke (t1) verbinden.
9. Verbrennungsmotor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (tO) des Kerns (7) der Drehkolben (2, 3) der Dicke (t1) des Segments (9) des äußeren Rings (8) entspricht.
10. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (tO) des Kerns (7) der Drehkolben (2, 3) der Dicke (t2) des Segments (10) des äußeren Rings (8) entspricht.
11. Verfahren zum Betreiben eines Motors nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei ein Kraftstoff in einen Brennraum (23, 24) eingesaugt oder eingespritzt, in diesem verdichtet und nach der Verbrennung ausgestoßen wird, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Drehkolben (2, 3, 13, 14) hinsichtlich ihrer Drehung zueinander so synchronisiert werden, dass der in einem ersten, durch einen ersten Drehkolben (2, 3, 13, 14) gebildeten Brennraum (23, 24) komprimierte Kraftstoff in einen zweiten, durch den zweiten Drehkolben (3, 2, 14, 13) gebildeten Brennraum (24, 23) geleitet und dort verbrannt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichten des Kraftstoffs und das Verbrennen von bereits verdichtetem Kraftstoff gleichzeitig in zwei Bereichen (23a, 23b, 24a, 24b) eines zwischen einem Drehkolben (2, 3; 13, 14) und dem Gehäuse (4, 15) gebildeten Brennraumes (23, 24) erfolgt, die durch einen Schieber (5, 6, 20, 21 , 22) voneinander getrennt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansaugen oder Einspritzen des Kraftstoffs und das Ausstoßen der Abgase gleichzeitig in zwei Bereichen (23a, 23b, 24a, 24b) eines zwischen einem Drehkolben (2, 3, 13, 14) und dem Gehäuse (4, 15) gebildeten Brennraumes (23, 24) erfolgt, die durch einen Schieber (5, 6, 20, 21 , 22) voneinander getrennt werden.
14. Verfahren nach den Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichten des Kraftstoffs und das Verbrennen von bereits verdichtetem Kraftstoff in einem von einem ersten Drehkolben (2, 3, 13, 14) gebildeten Brennraum (23, 24) gleichzeitig mit dem Ansaugen oder Einspritzen von Kraftstoff und dem Ausstoßen der Abgase in einem von einem zweiten Drehkolben (3, 2, 14, 13) gebildeten Brennraum (24, 23) erfolgt.
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