WO2007073883A1 - Hybride schwenkkolbenmaschine mit einem verbrennungsmotorteil und einem elektromotorischen teil - Google Patents

Hybride schwenkkolbenmaschine mit einem verbrennungsmotorteil und einem elektromotorischen teil Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a rotary piston engine, comprising an internal combustion engine part, which has a housing in which a first and at least a second piston are arranged, which can rotate together in the housing about a rotational axis fixed to the housing, and which when rotating about the axis of rotation about a perpendicular to The pivot axis extending pivot axis to each other perform opposite reciprocating pivotal movements, the first piston having a first end surface and the at least second piston having a first end surface facing the second end surface, wherein the end surfaces in the pivoting direction of the piston defining a working chamber.
  • a reciprocating engine is known from the document WO 03/067033 Al.
  • Oscillating piston engines and in particular a swing piston engine according to the present invention can be used as internal combustion engines (internal combustion engines).
  • An oscillating piston engine according to the present invention is preferably used as a drive motor for a motor vehicle.
  • the oscillating piston engine as an internal combustion engine, the individual work cycles of intake, compression, ignition of the combustion mixture and expansion and expulsion of the combusted combustion mixture by reciprocating pivotal movements of the individual pistons between two end positions and by the corresponding periodic change in the volume of the working chamber taught.
  • hybrid drives are known.
  • a hybrid drive is usually a combination of internal combustion engine and electric motor.
  • Such hybrid drives which are becoming increasingly important nowadays, have the advantage that, for example, in city traffic the pollutant-free electric drive can be used, while in intercity traffic and on highways the internal combustion engine is used.
  • the known hybrid drives are based on internal combustion engines, which are designed as reciprocating engines with linearly movable piston, wherein the pistons are arranged for example in series or in V-shape.
  • the pistons are arranged for example in series or in V-shape.
  • an electromotive part of such a known hybrid drive builds very spacious and has a high weight.
  • the invention has the object of developing a rotary piston engine of the type mentioned in that with her also the advantages of Hybrid drive can be used without the disadvantages of known hybrid drives occur in terms of size and weight.
  • this object is achieved with respect to the initially mentioned oscillating piston engine by connecting an electromotive part to the engine part in the direction of the axis of rotation, which has at least one rotor which is arranged concentrically to the axis of rotation and which adjoins the housing part of the internal combustion engine part Housing part is arranged.
  • the two housing parts can be flanged with their "open sides" preferably indirectly to each other in the conventional hybrid drives, the engine part has a reciprocating engine with linearly movable piston, such a compact arrangement of the two drive parts, however, is not possible because the linear piston movement and the Rotary movement of the electromotive part essentially require different housing geometries.
  • the oscillating piston engine according to the invention allows environmentally friendly use, for example, in urban transport, the drive is accomplished by the electric motor part and in overland or highway driving through the engine part.
  • the housing of the engine part is substantially hemispherical and the housing of the electromotive part is substantially cylindrical.
  • the pistons are arranged with respect to the axis of rotation so that the axis of rotation passes through the working chamber.
  • a shaft is arranged concentrically to the axis of rotation, which is rotatably connected to the first and at least second piston, and around which the rotor of the electromotive part is arranged.
  • This measure also contributes advantageously to a particularly compact design of the oscillating piston engine according to the invention as a hybrid drive, since with the first and at least second piston rotatably connected shaft simultaneously assumes the shaft or the bearing of the rotor of the electromotive part.
  • a separate storage of the rotor of the electromotive part is thus not required, which not only a compact design is achieved, but also the number of parts of the oscillating piston engine according to the invention is kept low.
  • the electromotive part has at least one electric motor / generator whose rotor is connected via a freewheel with the shaft, so that the rotor can rotate around the axis of rotation even when the shaft is stationary.
  • Electric drive can work, that is without the engine part is in operation.
  • this can be driven by the electric motor, for example in city traffic, with the appropriate design of the electric motor.
  • the gear arrangement may for example consist of a gear arrangement provided by a toothing on the rotor of the electromotive part, and on the drive / output shaft, a corresponding toothing or a gear is arranged so that the teeth of the drive / output shaft with the corresponding teeth of the Rotor of the electromotive part meshes.
  • the gear arrangement can also have a toothed belt drive or the like.
  • the arrangement of the drive / output shaft parallel spaced from the axis of rotation has the advantage that the drive / output shaft does not collide with parts of the engine part such as inlet and outlet ports and spark plugs, injectors and the like, so that these parts advantageously on the front side of the engine part can be arranged in extension of the axis of rotation.
  • the drive / output shaft is connected via a further gear arrangement with the shaft, with which the pistons are rotatably connected, and via a clutch in operative connection, which is switchable between freewheel and power circuit.
  • the electromotive part has a starter / generator.
  • the starter / generator is preferably provided in addition to the above-mentioned electric motor / generator in the electromotive part of the oscillating piston engine and according to another preferred embodiment, the rotor of the starter / generator is rotatably connected to the shaft to which the pistons are rotatably connected ,
  • the starter / generator is subjected to voltage and throws on the thereby rotated in rotation about the axis of rotation shaft of the engine part Oscillating piston machine on. As soon as the engine part is then in operation, the starter / generator is permanently driven as a generator for generating electricity via the shaft while the engine part is running.
  • the internal combustion engine part has at least one third and fourth pivotable piston which can rotate about the axis of rotation and form a second working chamber.
  • This measure has the advantage that the engine part can provide a higher total power than if only two pistons are provided.
  • the electromotive part is thus incorporated in sandwich construction between the two piston pairs of the engine part, which allows a total of particularly compact design.
  • the at least third and fourth pistons are arranged in a hemispherical housing part.
  • the entire housing of the oscillating-piston engine according to the invention therefore preferably has three housing parts, which are hemispherical in the end face and cylindrical in the central area.
  • the first and second and the at least third and fourth pistons are mounted in a piston cage, which has the shaft in a central region.
  • the engine part can be operated either as a two-piston engine or as a four-piston engine.
  • FIG. 1 shows a swing piston engine as a hybrid drive in a perspective longitudinal section in a plane along the axis of rotation of the rotatable parts
  • the oscillating piston engine 10 is designed as a hybrid drive with an engine part and an electromotive part.
  • the oscillating piston engine 10 has a housing 12 which is formed by a first housing part 14, a middle second housing part 16 and a third housing part 18.
  • the first housing part 14 is formed substantially hemispherical and has a first housing member 14 a and a second housing member 14b, the latter being designed as an end-side housing cover.
  • the third housing part 18 is formed by a first housing element 18a and a second housing element 18b, the latter in turn being designed as an end-side housing cover.
  • the housing parts 14, 16 and 18 are detachably connected to each other, preferably by screws.
  • the engine part of the oscillating piston engine 10 has a total of four pistons, namely a first piston 20, a second piston 22, a third piston 24 and a fourth piston 26.
  • the first piston 20 and the second piston 22 are in the first housing part 14 and third piston 24 and the fourth piston 26 disposed in the third housing part 18.
  • the pistons 20 to 26 can rotate in their respective housing part 14 or 18 about a common housing-fixed axis of rotation 28, which is to be understood as a geometric axis.
  • a common housing-fixed axis of rotation 28 which is to be understood as a geometric axis.
  • the orbital motion of the pistons 20 and 22 can be decoupled from the orbital motion of the pistons 24 and 26, that is, the oscillating piston engine 10 can be operated so that only the pistons 20 and 22 or only the pistons 24 and 26 rotate about the axis of rotation 28, or all four pistons 20 to 26 can simultaneously rotate about the axis of rotation 28.
  • the third piston 24 and the fourth piston 26 perform in the housing part 18 when rotating about the rotation axis 28 pivotal movements about a second pivot axis 32 which is perpendicular to the rotation axis 28 and also perpendicular to the first pivot axis 30.
  • the pivotal movements of the third piston 24 and the fourth piston 26 about the pivot axis 32 are in turn opposite to each other.
  • the working chamber 38 is associated with an ignition or glow plug 40 for igniting the air-fuel mixture, an injector 42 for injecting the fuel, an inlet port 44 for the admission of combustion air and an outlet port 46 for discharging the combusted air-fuel mixture.
  • the Zünding Glow plug 40, the injection nozzle 42, the inlet port 44 and the outlet port 46 are arranged on the front-side housing cover 14b.
  • the end surfaces 34 and 36 are circular and the working chamber 38 is in the form of a pipe bend concentric with the first pivot axis 30.
  • the third piston 24 has a third end face 48 and the fourth piston 26 has a fourth end face 50 which delimits a second working chamber 52 in the pivoting direction of the pistons 24 and 26.
  • the second working chamber 52 is likewise associated in a corresponding manner with an ignition or glow plug 54, an injection nozzle 56, an inlet connection 58 and an outlet connection 60, which are arranged on the front-side housing cover 18b.
  • the second working chamber 52 serves as the working chamber 38 also as a combustion chamber.
  • the working chamber 52 is shown in its maximum volume, that is, the pistons 24 and 26 are in their UT position. This means that the working chambers 28 and 52 increase or decrease in the same direction in relation to one another when the pistons 20 and 22 or 24 and 26 rotate around the axis of rotation 28 and thereby execute their pivoting movements.
  • the same direction enlargement and reduction of the working chambers 38 and 52 is preferred, while also an opposing reduction and enlargement of the working chambers 38 and 52 may be provided by a corresponding other arrangement of the pistons 20 to 26.
  • the pistons 20 and 22 or 24 and 26 are each arranged so that the working chambers 38 and 52 lie on the axis of rotation 28 and the axis of rotation 28 passes through the working chambers 38 and 52, respectively.
  • the piston 20 has a running member 62, the piston 22, a running member 64, the piston 24, a running member 66 and the piston 26, a running member 68.
  • the running member 62 may be formed in the form of a solid ball, which may be freely rotatably mounted in a corresponding ball socket on the back of the piston 20.
  • the shaft 90 is part of a piston cage 92 which, in addition to the shaft 90, has in each case a piston receiving element 94 for the pistons 20 and 22 or a piston receiving element 96 for the pistons 24 and 26.
  • a piston receiving element 94 for the pistons 20 and 22 or a piston receiving element 96 for the pistons 24 and 26 about the piston receiving elements 94 and 96, the pistons 20, 22 and 24, 26 rotatably connected to the shaft 90.
  • a bore 98 is provided, in which the pistons 20 and 22 according to the pivoting movements according to sliding, but with a corresponding seal, are stored.
  • the bore 98 is formed according to the geometric shape of the end surfaces 34 and 36 in cross-section or circular.
  • the starter / generator 82 also has a rotor 104 and a stator 106, wherein, unlike the rotor 84 of the electric motor / generator 80, the rotor 104 is preferably non-rotatably connected to the shaft 90.
  • the stators 86 and 106 are fixed to the housing relative to the central housing part 16.
  • the drive / output shaft 108 is connected via a first gear assembly 110 to the rotor 84 of the electric motor / generator.
  • the rotor 84 has an external toothing 112 and the input / output shaft 108 has a toothed wheel 114 meshing with the external toothing 112.
  • the drive / output shaft 108 is connected via a further gear assembly 116 to the shaft 90.
  • the piston receiving element 94 connected to the shaft 90 has an external toothing 118, which meshes with a toothed wheel 120 on the drive / output shaft 108 in a meshing manner.
  • the gear arrangements 110 and 116 can also be realized by belt drives or chain drives instead of gear drives.
  • the drive / output shaft 108 can be decoupled from the shaft 90, so that when the drive / output shaft 108 is rotated no transmission of the rotational movement to the shaft 90 and thus the piston 20 to 26 takes place.
  • a clutch 122 is provided on the drive / output shaft 108, which can be switched between freewheeling and power take-off and with which the gear 120 is connected.
  • rotation of the drive / output shaft 108 also leads to a rotation of the toothed wheel and thus of the pistons 20 to 26 about the rotation axis 28.
  • the rotational movement of the pistons 20 to 26 about the rotation axis 28 is converted into a corresponding rotation of the drive / output shaft 108.
  • the clutch 122 is force locked, and the input / output shaft 108 drives the rotor 84 of the electric motor / generator 80 via the gear assembly 110.
  • the electric motor / generator now operates as a generator for power generation, for example for supplying electrical units and for charging the battery of the vehicle in which the oscillating piston engine 10 is used.
  • the rotor 104 of the starter / generator 82 always rotates with the shaft 90 about the axis of rotation 28, so that the starter / generator 82 also operates during operation of the oscillating piston engine 10 as an internal combustion engine as a generator for generating electricity.
  • the electric motor / generator 80 is supplied with voltage, so that the rotor 84 of the electric motor / generator 80 rotates about the axis of rotation 28. Since the rotor 84 is rotatably connected to the shaft 90 via the freewheel 88, the shaft 90 is not rotated by the rotation of the rotor 84 in rotation about the rotation axis 28. The rotational movement of the rotor 84 about the axis of rotation 28 is transmitted via the gear assembly 110 to the drive shaft 108, while the clutch 122 is switched to freewheel, so that the gear 120 is stationary and produces no rotation of the piston 20 to 26 about the rotation axis 28.
  • the oscillating piston engine 10 may additionally be provided that in a further operating mode, in which the oscillating piston engine 10 operates as an internal combustion engine, only the pistons 20 and 22 rotate about the axis of rotation 28 and generate the drive energy, while the pistons 24 and 26 are stationary.
  • This can be realized by a further coupling in the region of the shaft 90, which can be opened and closed, for example, in order to interrupt the frictional connection in the shaft 90.
  • the oscillating piston engine can be operated either as a 2- or 4-piston engine.

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Abstract

Eine Schwenkkolbenmaschine (10) weist einen Verbrennungsmotorteil auf, der ein Gehäuseteil (14) aufweist, in dem ein erster und zumindest ein zweiter Kolben (20, 22) angeordnet sind, die gemeinsam in dem Gehäuseteil (14) um eine gehäusefeste Drehachse (28) umlaufen können, und die beim Umlaufen um die Drehachse 28 um eine senkrecht Drehachse (28) verlaufende Schwenkachse (30) zueinander gegensinnige hin- und hergehende Schwenkbewegungen ausführen. Der erste Kolben (20) weist eine erste Endfläche (34) und der zumindest zweite Kolben (22) eine der ersten Endfläche (34) zugewandte zweite Endfläche (36) auf, wobei die Endflächen (34, 36) in Schwenkrichtung der Kolben (20, 22) eine Arbeitskammer (38) begrenzen. An den Verbrennungsmotorteil schließt sich in Richtung der Drehachse (28) ein elektromotorischer Teil an, der zumindest einen Rotor (84, 104) aufweist, der konzentrisch zur Drehachse (28) angeordnet ist, und der in einem an das Gehäuseteil (14) des Verbrennungsmotorteils anschließenden Gehäuseteil (16) angeordnet ist.

Description

HYBRIDE SCHWENKKOLBENMASCHINE MIT EINEM VERBRENNUNGSMOTORREIL UND EINEM ELEKTRORISCHEN TEIL
Die Erfindung betrifft eine Schwenkkolbenmaschine, mit einem Verbrennungsmotorteil, der ein Gehäuse aufweist, in dem ein erster und zumindest ein zweiter Kolben angeordnet sind, die gemeinsam in dem Gehäuse um eine gehäusefeste Drehachse umlaufen können, und die beim Umlaufen um die Drehachse um eine senkrecht zur Drehachse verlaufende Schwenkachse zueinander gegensinnige hin- und hergehende Schwenkbewegungen ausführen, wobei der erste Kolben eine erste Endfläche und der zumindest zweite Kolben eine der ersten Endfläche zugewandte zweite Endfläche aufweist, wobei die Endflächen in Schwenkrichtung der Kolben eine Arbeitskammer begrenzen. Eine derartige Schwenkkolbenmaschine ist aus dem Dokument WO 03/067033 Al bekannt.
Schwenkkolbenmaschinen und insbesondere eine Schwenkkolbenmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung können als Brennkraftmaschinen (Verbrennungsmotoren) verwendet werden. Eine Schwenkkolbenmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise als Antriebsmotor für ein Kraftfahrzeug verwendet.
Im Fall der Verwendung der Schwenkkolbenmaschine als Verbrennungsmotor werden die einzelnen Arbeitstakte des Einlassens, Verdichtens, Zündens des Verbrennungsgemisches und des Expandierens und Ausstoßens des verbrannten Verbrennungsgemisches durch hin- und hergehende Schwenkbewegungen der einzelnen Kolben zwischen zwei Endstellungen und durch die entsprechende periodische Änderung des Volumens der Arbeitskammer vermittelt.
Ferner sind sogenannte Hybridantriebe bekannt. Ein Hybridantrieb ist üblicherweise eine Kombination aus Verbrennungsmotor und Elektromotor. Derartige Hybridantriebe, die heutzutage zunehmend an Bedeutung gewinnen, haben den Vorteil, dass beispielsweise im Stadtverkehr der schadstofffreie Elektroantrieb genutzt werden kann, während im Überlandverkehr und auf Autobahnen der Verbrennungsmotor genutzt wird.
Die bekannten Hybridantriebe basieren jedoch auf Verbrennungsmotoren, die als Hubkolbenmotoren mit linear beweglichen Kolben ausgebildet sind, wobei die Kolben beispielsweise in Reihe oder in V-Form angeordnet sind. In Kombination mit einem elektromotorischen Teil baut ein derartiger bekannter Hybrid-Antrieb sehr raumergreifend und besitzt ein hohes Gewicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schwenkkolbenmaschine der eingangs genannte Art dahingehend weiterzubilden, dass mit ihr auch die Vorteile eines Hybrid-Antriebs genutzt werden können, ohne dass die Nachteile bekannter Hybrid- Antriebe hinsichtlich der Baugröße und des Baugewichts auftreten.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich der eingangs genannten Schwenkkolbenmaschine dadurch gelöst, dass sich an den Verbrennungsmotorteil in Richtung der Drehachse ein elektromotorischer Teil anschließt, der zumindest einen Rotor aufweist, der konzentrisch zur Drehachse angeordnet ist, und der in einem sich an das Gehäuseteil des Verbrennungsmotorteils anschließenden Gehäuseteil angeordnet ist.
Mit der erfindungsgemäßen Schwenkkolbenmaschine wird somit ein Hybrid-Antrieb geschaffen, der im Unterschied zu den bekannten Hybrid-Antrieben einen wesentlich geringeren Bauraum erfordert, weil die zumindest zwei Kolben und der zumindest eine Rotor des elektromotorischen Teils um dieselbe Drehachse umlaufen, so dass der Verbrennungsmotorteil mit den zumindest zwei Kolben und der elektromotorische Teil mit dem zumindest einen Rotor in einem kompakten Gehäuse untergebracht werden können, das sich aus den beiden Gehäuseteilen des Verbrennungsmotorteils und des elektromotorischen Teils zusammensetzt. Die beiden Gehäuseteile können mit ihren „Offenseiten" vorzugsweise mittelbar aneinander geflanscht sein. Bei den herkömmlichen Hybrid-Antrieben, deren Verbrennungsmotorteil ein Hubkolbenmotor mit linear beweglichen Kolben aufweist, ist eine derartige kompakte Anordnung der beiden Antriebsteile dagegen nicht möglich, weil die lineare Kolbenbewegung und die rotierende Bewegung des elektromotorischen Teils wesensunterschiedliche Gehäusegeometrien erfordern.
Die erfindungsgemäße Schwenkkolbenmaschine ermöglicht eine umweltfreundliche Nutzung, indem beispielsweise im Stadtverkehr der Antrieb durch den elektromotorischen Teil und bei Überland- oder Autobahnfahrten durch den Verbrennungsmotorteil bewerkstelligt wird. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Gehäuse des Verbrennungsmotorteils im Wesentlichen halbkugelförmig und das Gehäuse des elektromotorischen Teils im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet.
Diese Maßnahme führt zu einer besonders kompakten Bauweise der erfindungsgemäßen Schwenkkolbenmaschine, da ein halbkugelförmiges Gehäuse an den Verbrennungsmotorteil der Schwenkkolbenmaschine optimal angepasst ist, während eine zylinderförmige Ausgestaltung des Gehäuses des elektromotorischen Teils an den elektromotorischen Teil optimal angepasst ist.
In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung sind die Kolben bezüglich der Drehachse so angeordnet, dass die Drehachse durch die Arbeitskammer verläuft.
Diese Maßnahme stellt eine vorteilhafte Weiterbildung der bekannten Schwenkkolbenmaschine gemäß WO 03/067033 Al dar, bei der die Arbeitskammer außerhalb der Drehachse angeordnet ist, das heißt die beiden Kolben der bekannten Schwenkkolbenmaschine stehen in ihrer OT-Stellung, in der das Volumen der Arbeitskammer minimal ist, senkrecht zur Drehachse. Dem gegenüber hat die vorstehend genannte Maßnahme den Vorteil, dass die auf die Kolben beim Umlaufen um die Drehachse wirkenden Fliehkräfte wegen der geringeren Beabstandung der Kolben von der Drehachse geringer sind und außerdem in Richtung des Auseinanderschwenkens der beiden Kolben wirken, das heißt die Fliehkräfte unterstützen den Arbeitstakt des Expandierens.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist konzentrisch zur Drehachse eine Welle angeordnet, die drehfest mit dem ersten und zumindest zweiten Kolben verbunden ist, und um die herum der Rotor des elektromotorischen Teils angeordnet ist.
Diese Maßnahme trägt ebenfalls vorteilhaft zu einer besonders kompakten Bauweise der erfindungsgemäßen Schwenkkolbenmaschine als Hybrid-Antrieb bei, da die mit dem ersten und zumindest zweiten Kolben drehfest verbundene Welle gleichzeitig die Welle bzw. das Lager des Rotors des elektromotorischen Teils übernimmt. Eine separate Lagerung des Rotors des elektromotorischen Teils ist somit nicht erforderlich, wodurch nicht nur eine kompakte Bauweise erreicht wird, sondern auch die Anzahl an Teilen der erfindungsgemäßen Schwenkkolbenmaschine gering gehalten wird.
In diesem Zusammenhang ist es weiterhin bevorzugt, wenn der elektromotorische Teil zumindest einen Elektromotor/-generator aufweist, dessen Rotor über einen Freilauf mit der Welle verbunden ist, so dass der Rotor auch bei stillstehender Welle um die Drehachse umlaufen kann.
Durch diese Maßnahme wird der Vorteil erzielt, dass die erfindungsgemäße Schwenkkolbenmaschine auch ausschließlich als
Elektroantrieb arbeiten kann, das heißt ohne dass der Verbrennungsmotorteil in Betrieb ist. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Schwenkkolbenmaschine in einem Kraftfahrzeug kann dieses bei entsprechender Auslegung des Elektromotors beispielsweise im Stadtverkehr allein durch den Elektromotor angetrieben werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist parallel zur Drehachse und von dieser beabstandet eine Antriebs-/Abtriebswelle angeordnet, die über eine Getriebeanordnung mit dem Rotor des elektromotorischen Teils verbunden ist.
Die Getriebeanordnung kann beispielsweise aus einer Zahnradanordnung bestehen, indem an dem Rotor des elektromotorischen Teils eine Verzahnung vorgesehen, und auf der Antriebs-/ Abtriebswelle eine entsprechende Verzahnung oder ein Zahnrad angeordnet ist, so dass die Verzahnung der Antriebs-/Abtriebswelle mit der entsprechenden Verzahnung des Rotors des elektromotorischen Teils kämmt. An Stelle einer Zahnradanordnung kann die Getriebeanordnung auch einen Profilzahn- Riemenantrieb oder dergleichen aufweisen. Die Anordnung der Antriebs-/Abtriebswelle parallel im Abstand zur Drehachse hat den Vorteil, dass die Antriebs-/Abtriebswelle nicht mit Teilen des Verbrennungsmotorteils wie Einlass- und Auslassstutzen sowie Zündkerzen, Einspritzdüsen und dergleichen kollidiert, so dass diese Teile vorteilhafterweise an der Stirnseite des Verbrennungsmotorteils in Verlängerung der Drehachse angeordnet werden können.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung steht die Antriebs-/ Abtriebswelle über eine weitere Getriebeanordnung mit der Welle, mit der die Kolben drehfest verbunden sind, und über eine Kupplung in Wirkverbindung, die zwischen Freilauf und Kraftschluss umschaltschaltbar ist.
Hierdurch werden mit geringem konstruktivem Aufwand weitere Betriebsarten ermöglicht, nämlich bei laufendem Verbrennungsmotorteil kann durch Umschalten der Kupplung auf Kraftschluss gleichzeitig der elektromotorische Teil angetrieben werden, um über den Elektromotor/-generator Strom zu erzeugen, beispielsweise um elektrische Aggregate zu speisen oder die Fahrzeugbatterie zu laden. Die Kupplung wird auf Freilauf geschaltet, wenn nur der elektromotorische Antrieb genutzt werden soll, ohne dass der Verbrennungsmotorteil in Betrieb ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der elektromotorische Teil einen Anlasser/Generator auf.
Der Anlasser/Generator ist vorzugsweise zusätzlich zu dem oben genannten Elektro- motor/-generator im elektromotorischen Teil der Schwenkkolbenmaschine vorgesehen und gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Rotor des Anlassers/Generators drehfest mit der Welle, mit der die Kolben drehfest verbunden sind, verbunden.
Zum Starten des Verbrennungsmotorteils der erfindungsgemäßen Schwenkkolbenmaschine wird der Anlasser/Generator mit Spannung beaufschlagt und wirft über die dabei in Rotation um die Drehachse versetzte Welle den Verbrennungsmotorteil der Schwenkkolbenmaschine an. Sobald der Verbrennungsmotorteil dann in Betrieb ist, wird der Anlasser/Generator bei laufendem Verbrennungsmotorteil permanent als Generator zur Stromerzeugung über die Welle angetrieben.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Verbrennungsmotorteil zumindest einen dritten und vierten verschwenkbaren Kolben auf, die um die Drehachse umlaufen können und eine zweite Arbeitskammer bilden.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass der Verbrennungsmotorteil eine höhere Gesamtleistung bereitstellen kann, als wenn nur zwei Kolben vorgesehen sind.
Dabei ist es bevorzugt, wenn der zumindest dritte und vierte Kolben in Richtung der Drehachse auf einer dem ersten und zweiten Kolben gegenüberliegenden Seite des elektromotorischen Teils angeordnet sind und um eine zweite Schwenkachse verschwenkbar sind.
Bei dieser Ausgestaltung ist somit der elektromotorische Teil in Sandwich-Bauweise zwischen den beiden Kolbenpaaren des Verbrennungsmotorteils aufgenommen, was eine insgesamt besonders kompakte Bauweise ermöglicht.
Vorzugsweise sind der zumindest dritte und vierte Kolben in einem halbkugelförmigen Gehäuseteil angeordnet.
Das gesamte Gehäuse der erfindungsgemäßen Schwenkkolbenmaschine weist in dieser Ausgestaltung vorzugsweise somit drei Gehäuseteile auf, die stirnseitig halbkugelförmig und im mittleren Bereich zylindrisch ausgebildet sind. Dies führt gegenüber der Schwenkkolbenmaschine gemäß WO 03/067033 Al, die ein insgesamt kugelförmiges Gehäuse aufweist, zu einer nur geringfügig größeren Bauweise mit dem Vorteil, dass die Schwenkkolbenmaschine auf platzsparende Weise mit einem elektromotorischen Teil als Hybrid-Antrieb ausgestaltet ist. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind der erste und zweite und der zumindest dritte und vierte Kolben in einem Kolbenkäfig gelagert, der in einem mittleren Bereich die Welle aufweist.
Diese Ausgestaltung führt weiterhin zu einer wenige Teile erfordernden Ausgestaltung der Schwenkkolbenmaschine als Hybrid-Antrieb, da der Kolbenkäfig an seinen beiden Enden die Kolben in entsprechenden Bohrungen bezüglich der Drehachse drehfest aufnimmt und mittig die Welle (Systemwelle) aufweist, die auch den elektromotorischen Teil trägt.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Welle eine trennbare Kupplung auf, so dass der zumindest dritte und vierte Kolben bei getrennter Kupplung nicht um die Drehachse umläuft, während der erste und zweite Kolben um die Drehachse umläuft.
Mit dieser Maßnahme wird der weitere Vorteil geschaffen, dass der Verbrennungsmotorteil wahlweise als Zwei-Kolben-Motor oder als Vier-Kolben-Motor betrieben werden kann.
Insgesamt wird durch die erfindungsgemäße Schwenkkolbenmaschine auf kleinst- möglichem Raum ein sogenannter Voll-Hybrid geschaffen, der gegenüber den herkömmlichen Hybriden neben der Raumersparnis auch eine Gewichtsersparnis ermöglicht.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird mit Bezug auf diese hiernach näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine Schwenkkolbenmaschine als Hybrid-Antrieb in einem perspektivischen Längsschnitt in einer Ebene entlang der Drehachse der drehbeweglichen Teile; und
Figur 2 die Schwenkkolbenmaschine in Figur 1 in einem perspektivischen
Längsschnitt entlang einer Ebene, die bezüglich der Schnittebene in Figur 1 um etwa 90° um die Drehachse gedreht ist.
In Figuren 1 und 2 ist eine mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 versehene Schwenkkolbenmaschine dargestellt.
Die Schwenkkolbenmaschine 10 ist als Hybrid-Antrieb mit einem Verbrennungsmotorteil und einem elektromotorischen Teil ausgestaltet.
Die Schwenkkolbenmaschine 10 weist ein Gehäuse 12 auf, das durch ein erstes Gehäuseteil 14, ein mittleres zweites Gehäuseteil 16 und ein drittes Gehäuseteil 18 gebildet ist. Das erste Gehäuseteil 14 ist im Wesentlichen halbkugelförmig ausgebildet und weist ein erstes Gehäuseelement 14 a und ein zweites Gehäuseelement 14b auf, wobei letzteres als stirnseitiger Gehäusedeckel ausgebildet ist. In gleicher Weise ist das dritte Gehäuseteil 18 durch ein erstes Gehäuseelement 18a und ein zweites Gehäuseelement 18b gebildet, wobei letzteres wiederum als stirnseitiger Gehäusedeckel ausgebildet ist.
Die Gehäuseteile 14, 16 und 18 sind lösbar miteinander verbunden, vorzugsweise durch Schrauben.
Nachfolgend wird zunächst der Verbrennungsmotorteil der Schwenkkolbenmaschine 10 beschrieben. Der Verbrennungsmotorteil der Schwenkkolbenmaschine 10 weist insgesamt vier Kolben auf, und zwar einen ersten Kolben 20, einen zweiten Kolben 22, einen dritten Kolben 24 und einen vierten Kolben 26. Der erste Kolben 20 und der zweite Kolben 22 sind in dem ersten Gehäuseteil 14 und der dritte Kolben 24 und der vierte Kolben 26 in dem dritten Gehäuseteil 18 angeordnet.
Die Kolben 20 bis 26 können in ihrem jeweiligen Gehäuseteil 14 bzw. 18 um eine gemeinsame gehäusefeste Drehachse 28, die als geometrische Achse zu verstehen ist, umlaufen. Wie später noch beschrieben wird, ist es jedoch ebenso möglich, dass die Umlaufbewegung der Kolben 20 und 22 von der Umlaufbewegung der Kolben 24 und 26 entkoppelt werden kann, das heißt die Schwenkkolbenmaschine 10 kann so betrieben werden, dass nur die Kolben 20 und 22 oder nur die Kolben 24 und 26 um die Drehachse 28 umlaufen, oder alle vier Kolben 20 bis 26 können gleichzeitig um die Drehachse 28 umlaufen.
Beim Umlaufen um die Drehachse 28 führen die Kolben 20 und 22 in dem Gehäuseteil 14 um eine erste Schwenkachse 30, die senkrecht auf der Drehachse 28 steht, hin- und hergehende Schwenkbewegungen aus, wobei die Schwenkbewegungen des ersten Kolbens 20 und des zweiten Kolbens 22 gegensinnig zueinander sind.
Der dritte Kolben 24 und der vierte Kolben 26 führen in dem Gehäuseteil 18 beim Umlaufen um die Drehachse 28 Schwenkbewegungen um eine zweite Schwenkachse 32 aus, die senkrecht zur Drehachse 28 und außerdem senkrecht zur ersten Schwenkachse 30 verläuft. Die Schwenkbewegungen des dritten Kolbens 24 und des vierten Kolbens 26 um die Schwenkachse 32 sind wiederum gegensinnig zueinander.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel führen somit die Kolben 20 und 22 Schwenkbewegungen aus, deren momentane Schwenkrichtung in einer Ebene erfolgt, die senkrecht zur entsprechenden Ebene ist, in der die momentane Schwenkrichtung des dritten und vierten Kolbens 24, 26 liegt. Diese um 90° versetzte Anordnung der Kolben 20 und 22 relativ zu den Kolben 24 und 26 ist jedoch nicht zwingend, son- dem alle vier Kolben 20 bis 26 können auch so angeordnet werden, dass die Schwenkachsen 30 und 32 parallel zueinander verlaufen und die momentane Schwenkrichtung der Kolben 20 bis 26 stets in der gleichen Ebene liegt.
Der erste Kolben 20 weist eine erste Endfläche 34 und der zweite Kolben 22 eine zweite Endfläche 36 auf, die einander zugewandt sind und zusammen in Schwenkrichtung der Kolben 20 und 22 eine erste Arbeitskammer 38 begrenzen. Bei der hin- und hergehenden Schwenkbewegung der Kolben 20 und 22 verkleinert und vergrößert sich die Arbeitskammer 38 entsprechend. Die Arbeitskammer 38 dient als Brennraum für ein Luft-Brennstoff-Gemisch, wobei in der Arbeitskammer 38 durch die hin- und hergehende Schwenkbewegung der Kolben 20 und 22 die Takte des Einlassens und Verdichtens von Luft-Brennstoff-Gemisch, des Zündens des komprimierten Luft- Brennstoff-Gemisches, des Expandierens und Ausstoßens des verbrannten Luft- Brennstoff-Gemisches stattfinden. In Figur 2 ist die Arbeitskammer 38 in ihrem maximalen Volumen dargestellt, das heißt die Kolben 20 und 22 befinden sich in der sogenannten Unteren-Totpunkt-Stellung (UT-Stellung).
Der Arbeitskammer 38 ist eine Zünd- oder Glühkerze 40 zum Zünden des Luft- Brennstoff-Gemisches, eine Einspritzdüse 42 zum Einspritzen des Brennstoffes, ein Einlassstutzen 44 zum Einlassen von Verbrennungsluft und ein Auslassstutzen 46 zum Ausstoßen des verbrannten Luft-Brennstoff-Gemisches zugeordnet. Die Zündbzw. Glühkerze 40, die Einspritzdüse 42, der Einlassstutzen 44 und der Auslassstutzen 46 sind an dem stirnseitigen Gehäusedeckel 14b angeordnet.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Endflächen 34 und 36 kreisförmig ausgebildet, und die Arbeitskammer 38 weist die Form eines Rohrbogens konzentrisch zur ersten Schwenkachse 30 auf.
In entsprechender Weise weist der dritte Kolben 24 eine dritte Endfläche 48 und der vierte Kolben 26 eine vierte Endfläche 50 auf, die in Schwenkrichtung der Kolben 24 und 26 eine zweite Arbeitskammer 52 begrenzen. Der zweiten Arbeitskammer 52 ist ebenfalls in entsprechender Weise eine Zünd- oder Glühkerze 54, eine Einspritzdüse 56, ein Einlassstutzen 58 und ein Auslassstutzen 60 zugeordnet, die an dem stirnseitigen Gehäusedeckel 18b angeordnet sind. Die zweite Arbeitskammer 52 dient wie die Arbeitskammer 38 ebenfalls als Brennraum.
In der Zeichnung ist die Arbeitskammer 52 in ihrem maximalen Volumen dargestellt, das heißt die Kolben 24 und 26 befinden sich in ihrer UT-Stellung. Dies bedeutet, dass sich die Arbeitskammern 28 und 52 gleichsinnig zueinander vergrößern bzw. verkleinern, wenn die Kolben 20 und 22 bzw. 24 und 26 um die Drehachse 28 umlaufen und dabei ihre Schwenkbewegungen ausführen. Die gleichsinnige Vergrößerung und Verkleinerung der Arbeitskammern 38 und 52 ist bevorzugt, während auch eine gegensinnige Verkleinerung und Vergrößerung der Arbeitskammern 38 und 52 durch eine entsprechende andere Anordnung der Kolben 20 bis 26 vorgesehen sein kann.
Die Kolben 20 und 22 bzw. 24 und 26 sind jeweils so angeordnet, dass die Arbeitskammern 38 bzw. 52 auf der Drehachse 28 liegen bzw. die Drehachse 28 durch die Arbeitskammern 38 bzw. 52 hindurchgeht.
Um die Schwenkbewegung der Kolben 20 und 22 um die Schwenkachse 30 und der Kolben 24 und 26 um die Schwenkachse 32 aus deren Umlaufbewegung um die Drehachse 28 abzuleiten, ist ein entsprechender Steuermechanismus vorgesehen. Zu diesem Zweck weist der Kolben 20 ein Lauforgan 62, der Kolben 22 ein Lauforgan 64, der Kolben 24 ein Lauforgan 66 und der Kolben 26 ein Lauforgan 68 auf.
Da die Lauforgane 62 bis 68 untereinander baugleich sind, wird nachfolgend lediglich das Lauforgan 62 näher beschrieben, wobei diese Beschreibung in entsprechender Weise auch für die anderen Lauforgane 64 bis 68 zutrifft. Das Lauforgan 62 ist als Laufrolle ausgebildet, die über einen Achszapfen 70 mit dem Kolben 20 verbunden, vorzugsweise lösbar verbunden ist. Die Laufrolle ist über ein Präzisions-Nadellager 72 auf dem Achszapfen 70 drehbar gelagert.
An Stelle der Ausbildung des Lauforgans 62 als Laufrolle kann das Lauforgan 62 auch in Form einer Vollkugel ausgebildet sein, die frei drehbar in einer entsprechenden Kugelpfanne auf der Rückseite des Kolbens 20 gelagert sein kann.
Das Lauforgan 62 und das Lauforgan 64 laufen in einer Steuerkurve, die einen gewellten Verlauf mit Wellentälern und Wellenbergen aufweist, und die an einem Kurvenglied 74 ausgebildet ist. Ein entsprechendes Kurvenglied 76 mit Steuerkurve ist für die Laufglieder 66 und 68 der Kolben 24 und 26 vorgesehen. Die Kurvenglieder 74 und 76 sind auf der Innenseite der Gehäuseteile 14 bzw. 18 angeordnet. An Stelle zusätzlicher Kurvenglieder 74 und 76 kann die entsprechende Steuerkurve auch als Nut in die Gehäuseteile 14 bzw. 18 eingebracht sein.
Zur Erhöhung der Leistung des Verbrennungsmotorteils können die der Arbeitskammer 38 bzw. 52 abgewandten rückseitigen Kammern (nicht dargestellt) als Vordruckräume dienen, in denen die Verbrennungsluft vorkomprimiert und dann unter erhöhtem Druck in die Arbeitskammer 38 bzw. 52 eingeleitet wird.
Nachfolgend wird nun der elektromotorische Teil der Schwenkkolbenmaschine 10 näher beschrieben.
Der elektromotorische Teil ist in dem zweiten Gehäuseteil 16 aufgenommen, das im Wesentlichen eine zylindrische Geometrie aufweist. Der elektromotorische Teil schließt sich an den durch die Kolben 20 und 22 gebildeten Teil des Verbrennungsmotorteils der Schwenkkolbenmaschine 10 in Richtung der Drehachse 28 unmittelbar an, und an den elektromotorischen Teil in dem Gehäuse 16 schließt sich dann unmittelbar der weitere Teil des Verbrennungsmotorteils mit den Kolben 24 und 26 an. Der elektromotorische Teil weist einen Elektromotor/-generator 80 auf. Der Elektro- motor/-generator kann, wie später noch beschrieben wird, wahlweise als elektromotorischer Antrieb oder als Elektrogenerator zur Stromerzeugung betrieben werden.
Der elektromotorische Teil weist weiterhin einen elektrischen Anlasser/Generator 82 auf, der wahlweise als Anlasser für den Verbrennungsmotorteil und wahlweise als (weiterer) Elektrogenerator zur Stromerzeugung betrieben werden kann.
Der Elektromotor/-generator weist einen Rotor 84 und einen Stator 86 auf. Der Rotor 84 des Elektromotors/-generators 80 ist über einen Freilauf 88 mit einer Welle 90 verbunden, so dass der Rotor 84 auch bei stillstehender Welle 90 um die Drehachse 28 umlaufen kann.
Die Welle 90 ist Teil eines Kolbenkäfigs 92, der neben der Welle 90 stirnseitig jeweils ein Kolbenaufnahmeelement 94 für die Kolben 20 und 22 bzw. ein Kolbenaufnahmeelement 96 für die Kolben 24 und 26 aufweist. Über die Kolbenaufnahmeelemente 94 und 96 sind die Kolben 20, 22 bzw. 24, 26 drehfest mit der Welle 90 verbunden. In dem Kolbenaufnahmeelement 94 ist eine Bohrung 98 vorhanden, in der die Kolben 20 und 22 den Schwenkbewegungen entsprechend gleitend, jedoch mit entsprechender Abdichtung, gelagert sind. Die Bohrung 98 ist entsprechend der geometrischen Form der Endflächen 34 und 36 im Querschnitt bzw. kreisförmig ausgebildet.
In dem Kolbenaufnahmeelement 96 ist eine entsprechende Bohrung 100 für die gleitende Lagerung der Kolben 24 und 26 vorhanden. Die Wandungen Bohrungen 98 und 100 begrenzen die Arbeitskammer 38 bzw. 52 in deren jeweiliger Umfangsrich- tung. Über die Aufnahme der Kolben 20 und 22 in der Bohrung 98 und der Kolben 24, 26 in der Bohrung 100 sind die Kolben 20 bis 26 drehfest mit der Welle 90 verbunden. Der Kolbenkäfig 92 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus Gründen der einfacheren Montage zweiteilig ausgebildet, indem das Kolbenaufnahmeelement 94 mit dem Kolbenaufnahmeelement 96 bzw. der Welle 90 über eine drehfeste Steckverbindung 102 verbunden ist.
Der Anlasser/Generator 82 weist ebenfalls einen Rotor 104 und einen Stator 106 auf, wobei im Unterschied zu dem Rotor 84 des Elektromotors/-generators 80 der Rotor 104 vorzugsweise drehfest mit der Welle 90 verbunden ist.
Die Statoren 86 und 106 sind bezüglich des mittleren Gehäuseteils 16 gehäusefest.
Die Schwenkkolbenmaschine 10 weist weiterhin eine Antriebs-/ Abtriebswelle 108 auf.
Die Antriebs-/Abtriebswelle 108 ist parallel zur Drehachse 28 mit seitlichem Abstand zu dieser angeordnet, wie insbesondere aus Figur 2 hervorgeht.
Die Antriebs-/Abtriebswelle 108 ist über eine erste Getriebeanordnung 110 mit dem Rotor 84 des Elektromotors/-generators verbunden. Dazu weist der Rotor 84 eine Außenverzahnung 112 und die Antriebs-/Abtriebswelle 108 ein mit der Außenverzahnung 112 kämmendes Zahnrad 114 auf.
Die Antriebs-/Abtriebswelle 108 ist über eine weitere Getriebeanordnung 116 mit der Welle 90 verbunden. Dazu weist das mit der Welle 90 verbundene Kolbenaufnahmeelement 94 eine Außenverzahnung 118 auf, die mit einem Zahnrad 120 auf der Antriebs-/ Abtriebswelle 108 kämmend in Eingriff steht.
Die Getriebeanordnungen 110 bzw. 116 können an Stelle von Zahnradgetrieben auch durch Riemen- oder Kettenantriebe realisiert sein. Die Antriebs-/ Abtriebswelle 108 kann jedoch von der Welle 90 entkoppelt werden, so dass bei drehender Antriebs-/Abtriebswelle 108 keine Übertragung der Drehbewegung auf die Welle 90 und damit die Kolben 20 bis 26 erfolgt. Dazu ist eine Kupplung 122 auf der Antriebs-/Abtriebswelle 108 vorgesehen, die zwischen Freilauf und Kraft- schluss umschaltbar ist und mit der das Zahnrad 120 verbunden ist. Wenn die Kupplung 122 auf Kraftschluss geschaltet ist, führt eine Drehung der Antriebs-/Ab- triebswelle 108 auch zu einer Drehung des Zahnrades und damit der Kolben 20 bis 26 um die Drehachse 28.
Nachfolgend werden die Funktionsweise der Schwenkkolbenmaschine 10 und ihre möglichen Betriebsarten beschrieben.
Zum Starten des Verbrennungsmotorteils der Schwenkkolbenmaschine 10 wird der Anlasser/Generator 82 entsprechend aktiviert. Eine Drehung des Rotors 104 des Anlassers/Generators 82 versetzt die Welle 90 in Drehung um die Drehachse 28, wodurch über den Kolbenkäfig 92 die Kolben 20 bis 26 in Umlaufbewegung um die Drehachse 28 versetzt werden. In den Arbeitskammern 38 und 52 laufen dann die Arbeitstakte des Verbrennungsmotors, nämlich Einlassen, Verdichten, Zünden, Expandieren und Ausstoßen ab. Die Schwenkkolbenmaschine 10 arbeitet dann als Brennkraftmaschine.
Über die Getriebeanordnung 116 wird die Umlaufbewegung der Kolben 20 bis 26 um die Drehachse 28 in eine entsprechende Drehung der Antriebs-/Abtriebswelle 108 umgesetzt. Während dieses Betriebes ist die Kupplung 122 auf Kraftschluss geschaltet, und die Antriebs-/ Abtriebswelle 108 treibt über die Getriebeanordnung 110 den Rotor 84 des Elektromotors/-generators 80 an. Der Elektromotor/-generator arbeitet nun als Generator zur Stromerzeugung, beispielsweise zum Versorgen elektrischer Aggregate und zum Aufladen der Batterie des Fahrzeuges, in dem die Schwenkkolbenmaschine 10 verwendet wird. Der Rotor 104 des Anlassers/Generators 82 läuft stets mit der Welle 90 um die Drehachse 28 um, so dass der Anlasser/Generator 82 während des Betriebs der Schwenkkolbenmaschine 10 als Brennkraftmaschine ebenfalls als Generator zur Stromerzeugung arbeitet.
Des Weiteren kann die Schwenkkolbenmaschine 10 auch ausschließlich als Elektro- antrieb betrieben werden.
Dazu wird der Elektromotor/-generator 80 mit Spannung beaufschlagt, so dass der Rotor 84 des Elektromotor/-generators 80 um die Drehachse 28 umläuft. Da der Rotor 84 über den Freilauf 88 drehbar mit der Welle 90 verbunden ist, wird die Welle 90 durch die Rotation des Rotors 84 nicht in Drehung um die Drehachse 28 versetzt. Die Drehbewegung des Rotors 84 um die Drehachse 28 wird über die Getriebeanordnung 110 auf die Antriebswelle 108 übertragen, während die Kupplung 122 auf Freilauf geschaltet ist, so dass das Zahnrad 120 stillsteht und keine Umlaufbewegung der Kolben 20 bis 26 um die Drehachse 28 erzeugt.
Bei der Schwenkkolbenmaschine 10 kann zusätzlich vorgesehen sein, dass in einem weiteren Betriebsmodus, bei dem die Schwenkkolbenmaschine 10 als Brennkraftmaschine arbeitet, nur die Kolben 20 und 22 um die Drehachse 28 umlaufen und die Antriebsenergie erzeugen, während die Kolben 24 und 26 stillstehen. Dies kann durch eine weitere Kupplung im Bereich der Welle 90 realisiert werden, die beispielsweise geöffnet und geschlossen werden kann, um den Kraftschluss in der Welle 90 zu unterbrechen. Auf diese Weise kann die Schwenkkolbenmaschine wahlweise als 2- oder 4-Kolbenmotor betrieben werden.

Claims

Patentansprüche
1. Schwenkkolbenmaschine, mit einem Verbrennungsmotorteil, der ein Gehäuseteil (14) aufweist, in dem ein erster und zumindest ein zweiter Kolben (20, 22) angeordnet sind, die gemeinsam in dem Gehäuseteil (14) um eine gehäusefeste Drehachse (28) umlaufen können, und die beim Umlaufen um die Drehachse (28) um eine senkrecht zur Drehachse (28) verlaufende Schwenkachse (30) zueinander gegensinnige hin- und hergehende Schwenkbewegungen ausführen, wobei der erste Kolben (20) eine erste Endfläche (34) und der zumindest zweite Kolben (22) eine der ersten Endfläche (34) zugewandte zweite Endfläche (36) aufweist, wobei die Endflächen (34, 36)in Schwenkrichtung der Kolben (20, 22) eine Arbeitskammer (38) begrenzen, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Verbrennungsmotorteil in Richtung der Drehachse (28) ein elektromotorischer Teil anschließt, der zumindest einen Rotor (84, 104) aufweist, der konzentrisch zur Drehachse (28) angeordnet ist, und der in einem sich an das Gehäuseteil (14) des Verbrennungsmotorteils anschließenden Gehäuseteil (16) angeordnet ist.
2. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (14) des Verbrennungsmotorteils im wesentlichen halbkugelförmig und das Gehäuseteil (16) des elektromotorischen Teils im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist.
3. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (20, 22) bezüglich der Drehachse (28) so angeordnet sind, dass die Drehachse (28) durch die Arbeitskammer (38) verläuft.
4. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass konzentrisch zur Drehachse (28)eine Welle angeordnet (90) ist, die drehfest mit dem ersten und zumindest zweiten Kolben (20, 22) verbun- den ist, und um die herum der zumindest eine Rotor (84, 104) des elektromotorischen Teils angeordnet ist.
5. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromotorische Teil zumindest einen Elektromotor/-generator (80) aufweist, dessen Rotor (84) über einen Freilauf mit der Welle verbunden (90) ist, so dass der Rotor (84) auch bei stillstehender Welle (90) um die Drehachse (28) umlaufen kann.
6. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Drehachse (28) und von dieser beabstandet eine An- triebs-/Abtriebswelle (108) angeordnet ist, die über eine Getriebeanordnung (110) mit dem Rotor (84, 104) des elektromotorischen Teils verbunden ist.
7. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebs-/Abtriebswelle (108) über eine weitere Getriebeanordnung (116) mit der Welle (90), mit der die Kolben (20, 22) drehfest verbunden sind, und über eine Kupplung (122) in Wirkverbindung steht, die zwischen Freilauf und Kraftschluss umschaltbar ist.
8. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromotorische Teil einen Anlassgenarator (82) aufweist.
9. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 4 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (104) des Anlassgenerators (82) drehfest mit der Welle (90), mit der die Kolben (20, 22) drehfest verbunden sind, verbunden ist.
10. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotorteil zumindest einen dritten und vierten verschwenkbaren Kolben (24, 26) aufweist, die um die Drehachse (28) umlaufen können und eine zweite Arbeitskammer (52) bilden.
11. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest dritte und vierte Kolben (24, 26) in Richtung der Drehachse (28) auf einer dem ersten und zweiten Kolben (20, 22) gegenüberliegenden Seite des elektromotorischen Teils angeordnet sind und um eine zweite Schwenkachse (32) verschwenkbar sind.
12. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest dritte und vierte Kolben (24, 26) in einem weiteren halbkugelförmigen Gehäuseteil (18) angeordnet sind.
13. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 4 und einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite und der zumindest dritte und vierte Kolben (20 - 26) in einem Kolbenkäfig (92) gelagert sind, der in einem mittleren Bereich die Welle (90) aufweist.
14. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (90) eine trennbare Kupplung aufweist, so dass der zumindest dritte und vierte Kolben (24, 26) bei getrennter Kupplung nicht um die Drehachse (28) umläuft, während der erste und zweite Kolben (20, 22) um die Drehachse (28) umlaufen.
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