WO2010089030A2 - Rotationskolben-brennkraftmaschine - Google Patents

Rotationskolben-brennkraftmaschine Download PDF

Info

Publication number
WO2010089030A2
WO2010089030A2 PCT/EP2010/000358 EP2010000358W WO2010089030A2 WO 2010089030 A2 WO2010089030 A2 WO 2010089030A2 EP 2010000358 W EP2010000358 W EP 2010000358W WO 2010089030 A2 WO2010089030 A2 WO 2010089030A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
piston
disc
internal combustion
combustion engine
working
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/000358
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2010089030A3 (de
Inventor
Helmut Porod
Original Assignee
Helmut Porod
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Helmut Porod filed Critical Helmut Porod
Priority to EP10702820A priority Critical patent/EP2394023B1/de
Publication of WO2010089030A2 publication Critical patent/WO2010089030A2/de
Publication of WO2010089030A3 publication Critical patent/WO2010089030A3/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/02—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F01C1/063—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents with coaxially-mounted members having continuously-changing circumferential spacing between them
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/04—Lubrication
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/08—Rotary pistons
    • F01C21/0809—Construction of vanes or vane holders

Definitions

  • pan, double-wing or rotary piston internal combustion engines are known, for the most part the power transmission from the piston to the working shaft by mechanical engines such as gear and planetary gear, crank mechanisms, and the control of work cycles by eccentric shafts, sliding blocks, control cam linkages and Pawls over- to take. It is also known that one or more piston pairs in an annular cylinder form variable spaces by a controlled mechanism. None of the above-mentioned engine systems known hitherto have been technically or commercially implemented. This is due not only to the usually very complex constructed mechanical power transmission and control systems, but in particular by a lack of thermal and high pressure gas tightness at the sealing boundary between the chambers of the rotating piston, the piston discs and the inner wall of the annular cylinder.
  • a working and internal combustion engine (DE-OS 1426022, 1969) is equipped with at least two in a cylinder, about a common axis rotating double-piston piston, which include located between their wings working chambers and connected via a control gear such that the one Wing piston, except its common orbital motion with the other wing piston, compared to the latter still performs an additional, the working chambers periodically increasing and decreasing relative movement.
  • the control gear relative to the planetary pinion eccentric of the eccentric drive is adjustable so that not only increases the degree of compression, but also an increase in the working chamber volume is achieved.
  • An internal combustion engine (DE-A 1965865 A, 1971) is described in one exemplary embodiment such that a ring cylinder with housing and toothed wheel are stationary. Shaft and flywheel are connected. Four double pistons as piston pair are rigidly connected to the associated piston disc. The circular motion of the pistons is generated by the shaft via the fixed gear, the planetary gear and an eccentric shaft, which are connected via sliding blocks with the piston disc, so that cylindrical spaces periodically increase and decrease.
  • the gear ratio of the planet gears to the fixed gear is 2: 1. Based on the speed of the eccentric shaft, the design corresponds to a four-stroke eight-cylinder piston engine.
  • An arc-piston internal combustion engine (DE-OS 2353807 A1, 1975) is characterized in that in each case two arc pistons located opposite each other in a ring cavity of the housing are connected to two pairs of curved pistons by two piston levers which are anchored on a pendulum shaft in a crosswise arrangement, which are twisted by turning the two piston levers form mutually four volume-changing combustion chambers in the annular cavity, each of which is delimited by two piston pistons.
  • the control of the gas exchange in the four combustion chambers is performed by rotating a slotted, on a central intake, the funnel-shaped design of the housing and sealed sealing against the funnel-shaped surface control cone.
  • a likewise known internal combustion engine (DE-OS 3038500 Al, 1982) with circular orbit of the piston pairs is divided into several zones and receives in each zone a working impulse after the four-stroke cycle.
  • a pair of pistons In each zone runs a pair of pistons, a piston of which is designed as a working piston and transmits the working pressure to the main shaft via a lever.
  • An opposed piston is equipped with a pawl and pressure spring, which takes over the support between working and counter-piston in a catch during the firing process.
  • the exhaust and intake valves are actuated by a control linkage and internally toothed gears by control cams.
  • a known internal combustion engine (DE-OS 3330125 Al, 1985) operates in a two- and four-stroke process with a rotary piston.
  • This rotary piston in a hollow cylinder with one or more fixed separation segments and with one or more piston segments on the shaft, which is mounted in the cylinder bottoms is offset by combustion pressure in a reciprocating motion.
  • the pendulum motion is thereby implemented via gears and freewheels in continuous motion.
  • the invention has for its object to present a functional, economical and technically feasible engine concept in a compact design with low production costs and new working principle, which not only improved overall efficiency compared to the now built-in motor vehicle reciprocating engine, but also a much simplified sensitive Control and regulation, which includes rotating in an annular cylinder piston pairs.
  • Another object of the present invention is to provide a high torque, long life, low speed engine that meets today's fuel and energy saving needs as well as low polluting exhaust emissions (eg, CO 2 emissions), including hydrogen powered or other alternative fuels (Natural gas, biofuels, etc.) can meet.
  • Another object is to provide with little effort a safe, effective and easy cooling of the engine and an integrated between the piston discs oil pump function for a pressure circulation lubrication.
  • the sensor-controlled RKB 50, 60 to be described in this invention with two conventional external starters or with two internal ECM 45, which are contactlessly switchable, controllable and controllable as a starter, generator and as a hybrid drive, magnetic disk and Hall sensor or position sensor, includes the particular two advantageous concept in an annular housing a common axis rotating piston discs, each with two symmetrically arranged pistons as piston pairs (Kp) directly in an upper and lower dead center (OTAJT) face each other a recurring working position for the alternately rectified rotational movement, without restriction by gear or crank gear, taking.
  • the compression and stroke ratio by the variable length of the pin 48 and / or the piston angle or piston length 1 - 4 and its diameter is determined.
  • two openings 30 are provided, which are connected to a compressed air line 32 and an electrically controllable valve 52 which can compensate for the compression pressure from the compression to the suction chamber when a piston is located between the two openings.
  • the required starter torque and the engine power eg with a rotary potentiometer on the gas pedal or other actuators
  • the variable compression Vc can be controlled.
  • the expansion chamber is another opening 31 which is closed with a check valve 54 and the chamber 29 opens at low pressure to facilitate the starting process.
  • the thereby compressed fuel-air mixture is then further rotated with both piston pairs 45 ° / 60 ° / 72 ° Kw by the starter of Kp a to the UT. If no ignition of the fuel-air mixture, the Kp b is rotated by the starter of Kp b again 90 ° / 60 ° / 36 ° Kw.
  • the alternating direction of rotation is switched by a magnetic disk 112 and with the aid of Hall sensor or position sensor 113 and control electronics, and the O position of the OT / UT is detected.
  • the spark is preferably controlled by a Hall sensor and a Hall wheel with at least two grooves directly with the Kp a, b and two single-filament coils, which are connected to a battery generated.
  • the control of an early and late ignition, as in conventional motors, via a vacuum box which is fed via the intake passage, by pressing the support plate 132, 133 take place automatically.
  • the Kp a, b can now alternately by simultaneously entrainment of the working shaft 58, gear control disc 83, 84 or the rotor 102 of the internal ECM by the oppositely acting backstop 75, 76, by 90 ° / 60 Continue turning ° / 36 ° Kw. At the same time all necessary work cycles are carried out. This process repeats until the engine is switched off.
  • the compression pressure in the chamber 27 is via an electrically controllable valve 52 for pressure control in conjunction with the accelerator pedal (e-gas) or other suitable adjusting mechanisms regulated so that both piston pairs after 90 ° / 60 o / 36 ° Kw still slightly touch the pin 48 and the idle speed is kept constant.
  • the electrically controllable valve 52 is simultaneously opened or further closed and the compression pressure in the chamber 27 and the operating power or speed of the motor reduced or increased. Also in this operating condition, the following pair of pistons will automatically stop in the OTYUT by the reaction force acting counter to the direction of rotation until the working pair of pistons contacts the stationary pair of pistons at its pin and then back up by transmitting the thermal gas pressure and the kinetic energy or momentum to the UT / OT and next At turns.
  • the speed of Kp a, b and the power of the engine by the early or late ignition via a vacuum box, which is connected to two rotatably mounted Hall sensors, regulated.
  • ECM drives as a generator and the power generated can be supplied to an energy storage.
  • a piston is located after each rotation of a pair of pistons of 135 ° / 120 ° / 108 ° Kw exactly in the position of the TDC between the exhaust and suction and the Spark plugs are arranged between two pistons in the BDC, no valves and valve control are required by a new sealing element concept, in which the piston pairs have a closed sealing boundary at 90 ° to the two piston disks and the housing wall,
  • the piston pairs At the At the Kp a, b are supported in the OT / UT by a backstop in the respective housing and with opposite action of a backstop the working shaft together with the gear control disc 83, 84 or the magnetic disk 112 and the rotor 102 with the externally excited permanent magnet 104 of the internal ECM, can be rotated, the torque alternately one of the two internal ECM with ignited fuel-air mixture and simultaneously from both internal ECM, with the ignition off via the backstop 75,
  • Hubions and the compression chamber or the compression within the constant circular segment in the cylinder of the motor housing of 180 ° Kw allows the execution of the inner housing and piston cross-section in round or square shape by the new sealing element concept is possible, with a continuous in the piston discs built-in oil pressure circulation lubrication can simultaneously perform a cooling and sealing function of the piston to the individual chambers and the housing interior.
  • 1.1 is a schematic side view of the interior of the engine with the recurring working position of the piston pairs and the division of the annular space into four chambers,
  • Fig. 2.1 shows an overall cross section through the involved in the motor principle
  • 2.2 is a partial section through the gear wheel control disk with sprocket and damper disc and the view of the device for locking and positioning of the pistons in TDC and UT,
  • Fig. 2.3, 2.4 shows the side views of the gear control disk for controlling the starter motors and the locking with two 180 ° Kw opposite circle segments and the position of the sensors in the OT,
  • Fig. 2.5- 2.7 is a partial cross-section and the isometric view of the internal ECM with the rotor (permanent magnet), stator (solenoid) and the brushless commutation of the magnetic disk by means of Hall sensors or position sensor,
  • FIG. 3.11 shows a path-time diagram (s / t diagram) of the two piston pairs to illustrate the alternately rectified rotational movement and the ratio of 2: 3 to the working shaft
  • FIG. 3.12 shows a working diagram (p / v diagram) of the sensor-controlled RKB as a naturally aspirated engine in cooperation with the pressure profile in the individual chambers versus the displacement volume (chamber volume)
  • FIG. 3.11 shows a path-time diagram (s / t diagram) of the two piston pairs to illustrate the alternately rectified rotational movement and the ratio of 2: 3 to the working shaft
  • FIG. 3.12 shows a working diagram (p / v diagram) of the sensor-controlled RKB as a naturally aspirated engine in cooperation with the pressure profile in the individual chambers versus the displacement volume (chamber volume)
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing the engine control with the ignition, the Hall sensor and Hall wheel, the locking device with solenoids, and the external starter motors via circular segments by sensors and a Zündstartschalter,
  • Fig. 4.1 shows a portion of the circuit diagram showing the motor control of the conventional external starter with the Pol Listesciens for reverse rotation
  • FIG. 6 shows the isometric view of the oil pump function integrated in the piston disks with pump disks
  • FIG. 9.1 shows a block diagram with the internal ECM arranged to the left and right of the RKB, as a function of a parallel hybrid drive.
  • the engine includes two 180 ° Kw opposite pairs of pistons with the piston 1, 2 (Kp a) and 3, 4 (Kp b), interchangeable on each of a circular piston disc fifth 6 can automatically position themselves axially at the same distance from the inner wall of the housing 17, 18. This is once by the sliding connection of the piston rod 8 in the piston pin 7 and a precise radial backlash adjustability by means of two threaded pins 12 in the threaded bore 11, with spherical and eccentric offset screw end which engages in a sliding block 9 Fig.
  • each of the four pistons has a right-angled and in another variant a circular-arc-shaped cross-section which ends in the lower region in a base 10.
  • FIG. 5.6 These cross sections are designed to four pistons 1-4 with pins 48 at the end faces.
  • These pistons simultaneously perform a valve and sealing function with the closed housing 17, 18, 19 consisting of several parts, with the four chambers 26-29 and with the piston discs.
  • the intake 35 and exhaust port 36 is arranged on the circumference Fig. 1.1 of the housing so that a valve control for sealing the openings in the recurring rotational movements of the piston pairs in the working position of the OT / UT omitted.
  • the housing 17 and 18 has a threaded bore 40, 41 for receiving a spark plug 42 in the UT.
  • Two piston disks which are mounted on the outer diameter of the hub 14 on the left and right in the housing 17, 18 by means of ball bearings 15, 16, form a claw-shaped toothing 66, 67 at the end face.
  • a backstop (freewheel) 21, 22 which is connected to the hub 14 by a feather key 25, arranged so that alternately a piston discs with a Kp a or b centric to the working shaft 58 can rotate in one direction only.
  • the working shaft 58 is supported by sliding or needle bearings 61 in the hub bore of the piston disk Fig. 2.1.
  • On both sides of this shaft with the claw-shaped toothing 66, 67, an inner clutch plate be 69, 70 with the piston discs 5, and 6, axially coupled.
  • the inner clutch disc is mounted with the ball bearings 72, 73 and 77, 78 on the outer clutch disc.
  • a backstop 75, 76 is concentrically arranged so that the inner 69, 70 via the outer clutch disc (80), (81) with the feather key 82, the working shaft rotates in the piston direction of rotation.
  • a gear wheel control disc 83, 84 with a ring gear 85, 86 for driving the piston pairs in the starting process of the engine Fig. 2.1, by means of external electric starter 139, 140, and in the internal ECM of the rotor 102 with Externally excited permanent magnets 104 and a magnetic disk 112 with the inner clutch plates 69, 70 rigidly connected.
  • the stator (E magnet) 103 of the internal ECM is attached to the housing cover 95, 96 concentrically with the working shaft.
  • the rotor is electronically rubberized or detected by three Hall sensors or position encoders 113 distributed around the stator 103 and also fastened to the housing cover. FIGS. 2.5 to 2.7.
  • a flywheel 88 in which the torque of the engine is stored and which may be in connection with a mechanical or automatic vehicle clutch and transmission.
  • an oil rotary duct 89 is provided, which can also accommodate a sensor 87 for speed detection of the working shaft.
  • a V-belt pulley 92 on the outer clutch disc 80 for driving the required attachment assemblies, e.g. Water pump, alternator, refrigerant compressor, etc. provided.
  • the working shaft is fixed and centered by two corrugated spring washers or disc springs 90 by means of two nuts 91 (or with other suitable Befest Trentsele- elements) to the housing in such a way that the outer
  • the starting process is on the one hand inventively made possible that with a positive axial coupling 66, 67, a connection of a sprocket 85, 86 via the gear control disc 83, 84 to the inner clutch disc 69, 70 and piston disc 5, 6 is produced.
  • the piston pairs a, b are thereby alternately driven by an external starter 139, 140 from any position, within the annular cylinder 19.
  • a sensor 118, 120 which is fixed to the housing cover 95, 96 at top dead center, the starters of the piston pairs a and b are switched on or off without contact via two symmetrically arranged outer circular segments 122, 123.
  • Via two symmetrically arranged inner circle segments 128, 129 is a sensor 125, 126, which is also attached to the housing cover 95, 96 at top dead center Fig. 2.1. switchable, whereby two solenoids 98, 99 can be activated, the two symmetrical operated on each side of the housing cover locks operate, whereby one of the piston pairs a, b is stopped.
  • the lock consists of a stable Bolzenbowung 100, 101 with a locking pin 97 and two stops 105, 106, which are connected to a damper disc 110, 111.
  • the gear control disk is rotatably stopped relative to the damper disk, against the damping action of a spring 115, 116 Fig. 2.2- 2.4.
  • a Hall sensor 130, 131 is provided which is rotatably mounted on a support plate 132, 133 on the outside of the housing cover 95, 96 and connected via a rod 149.
  • a vacuum controlled ignition with a spark plug and Einzelfunkenspule 144, 145 on each side of the housing for Kp a, b at an ignition after each 135 ° / 120 ° / 108 ° crank angle rotation of the working shaft represent.
  • Fig. 3.1 The sensor-controlled, electronic operation for starting and speed control of the motor, together with the position of the Kp a, b, the connected circular segments, the inductive sensors and the Hall wheel to the HaIl- sensors, is shown in Figs. 3.1- 3.10 and in Described below: Fig. 3.1
  • Kp b, a is from Kp a, b via circular segments by two solenoids that actuate a lock or by changing direction of rotation reversal of the external starter Fig. 4, 4.1 and the two internal ECM Fig. 2.5- 2.7, in OT / UT sensitively controlled, recorded.
  • Starter 1 turns Kp a by 90 ° Kw, first aspiration of fresh ignitable fuel-air mixture, Kp b in TDC. Pressure equalization by controllable throttle valve 52 in chamber 26, 27. The check valve 54 compensates for the negative pressure in chamber 28.
  • Starter 1 turns both Kp a, b directly facing each other and touching the pin with maximum contact by 45 ° Kw to the new working position (total 135 ° Kw), the Kp b is released in the OT, the Kp a stops.
  • Starter 2 continues to turn Kp b 90 ° Kw, the Kp a is held, priming and first compression of the fuel-air mixture with pressure compensation.
  • the check valve 54 compensates for the negative pressure in chamber 28.
  • Starter 2 turns Kp a, b 45 ° Kw to the 135 ° Kw of the working position. There is the first ignition of the fuel-air mixture and the first power stroke begins. Fig. 3.7
  • Both pairs of pistons continue to rotate by 45 ° Kw up to the working position due to the driving force and the moment of inertia of the Kp a, the second At takes place.
  • Fig. 3.10 Kp a and b continue to rotate by 45 ° Kw and have moved one full turn from the position of Fig. 3.2. The work cycles are repeated until the ignition is switched off or more fuel-air mixture is supplied.
  • the s / t diagram shows the interplay of the intermittently rotating and stopped Kp a, b in the ratio of 2: 3 to the working shaft and the four resulting At after a full rotation of both piston pairs.
  • Two corrugated springs 175 with three arches generate, in a deeper groove in the piston supporting, according to the invention the required contact pressure in all directions (see arrows a - h, Fig. 5.2 and Fig. 5.3).
  • two orthogonal oil scraper lubricating members 160 that overlap 183 toward the annular cylinder 19 are inserted. These lubricating elements are also pressed by a corrugated spring 175 with three arcs, radially and at 45 ° in the direction of the arrows ac.
  • the arcuate piston variant Fig. 5.5- 5.7 and Fig. 6.1, 6.6 is inventively by a cross section having a base 10 down, shown.
  • the piston groove 162 is led horizontally into the base.
  • the horizontal groove 163 in the base Fig. 6.3 is used, as in the rectangular piston variant, for receiving further, to the piston disc 90 ° crossing trapezoidal sealing elements.
  • the protruding side in both piston variants has a small clearance 164, which corresponds approximately to that of the piston to the housing, to the adjacent piston disk.
  • FIG. 6.5 With the sealing elements 166, 167 Fig. 5.1- 5.7, the sealing system is closed at the arcuate piston.
  • a corrugated spring 175 with three arc, the sealing elements 166 with chamfer and 167 in trapezoidal shape, held against the centrifugal forces and simultaneously pressed on the sealing rings 170-172 and end faces of the piston disc.
  • the compression ring segments 150, 151 have a wide opening width to allow them to overlap with the outer flat sealing elements 166 to prevent leakage due to manufacturing tolerances, thermal effects, or high gas pressure in the housing.
  • the resulting increased gas pressure during compression and combustion of the fuel-air mixture supports in all directions the sealing effect in the chambers to the pistons and piston disks of the design of the sealing system according to the invention.
  • the middle sealing ring 172 whose flanks coincide with the chamfer of the two piston discs, is rotated by a pin 180 which is attached to a piston disc.
  • a continuous oil pressure recirculation lubrication is designed, which at the same time also assumes a cooling function of the engine pistons and bearings with additional sealing function of the piston to each other and the housing.
  • an oil pump function FIG. 6 is advantageously integrated in the piston disks 5, 6.
  • an oil rotary feedthrough 89 Fig. 2.1 is provided which is sealed with two shaft seals 185 and mounted with two ball bearings 187 on the working shaft 58, - in the center of the working shaft an oil hole 190 is provided, which leads up to the piston discs and that in this bore a thread for receiving at least one check valve 192 (with flow in the screwing) provided and the working shaft is sealingly sealed at both ends frontally, - further holes 194, 195 radially Fig. 6 the pump groove segment 210,
  • An oil pump function Fig. 6 According to the invention Advantageously achieved in that the two piston discs 5, 6 as well as the engine pistons relative to the continuous rotation of the working shaft always turn after 90 ° / 60 ° / 36 ° Kw alternately once or rotate apart, on the two piston discs radial oil holes 186 are provided in connection are provided to the two pump groove segments 210, 211, between the piston discs two pump rings 215, 216 are provided, which are wider than the circular arc-shaped grooves and guided over the inner diameter in a recess 217 of the piston discs, these pump rings with two cams 218, 219 equipped are exactly in the pump groove segments 210, 211 abut on one side of the groove and which are so long that they can cover the two oil holes 212 after a rotation of 90 o / 60 ° / 36 ° Kw at the other end of the groove itself Furthermore, at least two driving pins on each pump ring
  • each piston a sealing plate 224 is dimensioned and fixed so that they once the groove 196, 203 Fig. 6.1, 6.3 in the piston and means two circular arcuate by notching 22nd 7 resulting, movable La see 225, 226 both holes 194, 195 can cover next to the piston rod 8, the capacity of the oil pump by the depth, width and radius of the pump groove segments 210, 211 can be adapted to the requirements.
  • the oil flowing through the housing Fig. 2.1 must be sealed to the outside.
  • the seal between the two housings 17, 18 and the annular cylinder 19 is effected by two flat or round sealing rings 230, which also simultaneously support the sealing of all four chambers to each other.
  • An axially acting flat sealing ring 231 seals the housing to the inner clutch disc.
  • the axial sealing of the piston disc 5, 6 to the outer clutch disc 69, 70 assumes an O-ring 232.
  • the sealing lips of the ball bearings 77, 78 take over the function of sealing the outer clutch disc and two O-rings 234, 235 to the working shaft.
  • the heat generated during the combustion process is known to be converted only to a small extent in kinetic energy.
  • the excess heat must be dissipated to the outside via a suitable cooling system.
  • both housing 17, 18 have a cavity 240 which is closed by the two housing cover 95, 96 and on each side of the housing cover two O-rings 244, 245 the space for a flowing cooling medium seal and that the annular cylinder 19 has a cavity 242 inside, through which the cooling medium can flow in the same direction.
  • the dividing wall 247 and an opposite rib 248 simultaneously serve to receive the required oil bores 204, 205.
  • Each individual piston is advantageously cooled in addition to the oil cooling by flushing the front and rear with fresh fuel-air mixture after each full revolution.
  • FIGS. 8.1, 8.2 and 9 The overall motor concept in the exterior view 50, 60, 45 is shown in FIGS. 8.1, 8.2 and 9.
  • the sensor-controlled RKB according to the invention are each mounted with two brackets 260 mounted opposite the housing in order to support the resulting motor torque.
  • the nozzle 262 in a horizontal position on the housing 17 is the connection to a carburetor of the engine.
  • the downwardly leading nozzle 265 on the housing 18 is provided for the connection of a muffler.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

1.1 Bisher ungelöste Probleme bei Brennkraftmaschinen mit zwei um eine zentrale Achse drehende Kolbenpaare, sind die wirkungsvolle Abdichtung der Kammern zueinander und die Motorsteuerung. Ziel der Erfindung ist es, diese Probleme zu lösen und zusätzlich eine effiziente Schmierung und Kühlung des Motors vorzusehen. 2.2 Zwei Kolbenpaare Fig 1.1 auf je einer Kolbenscheibe (5), (6) bilden in einem oberen und unteren Totpunkt (UT, OT) eine wiederkehrende Arbeitsposition aus. Mit je zwei Zapfen (48) an den Stirnflächen der Kolben und mit rechtwinkeligen und trapezförmigen Dichtelementen, zusammen mit Kolbenringen in der Kolbenscheibe innerhalb eines ringförmigen Zylinders, werden Kammern (26 - 29) gebildet. Durch mindestens eine gewellte Feder (175) werden die Dichtelemente eines Kolbens zu den Dichtringen der Kolbenscheibe und an die Innenfläche des ringförmigen Zylinders gedrückt. Während ein Kolbenpaar bei der sensorgesteuerten Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches stehen bleibt, wird das zweite Kolbenpaar zusammen mit der Arbeitswelle um 90°/60°/36° Kurbelwinkel weitergedreht und alle Arbeitsspiele eines Viertaktmotors ausgeführt. Nach jeweils 135°/120°/108° erfolgt ein neuer Arbeitstakt. Der Startvorgang des Motors kann sowohl durch zwei externe konventionelle Starter mittels Kreissegmente, als auch mit zwei internen elektronisch kommutierte Motoren mit Magnetscheibe und Steuer- Regelelektronik, durch Sensoren berührungslos erfolgen. Mit Lösung dieser Probleme ist dieser Motor nicht nur universell als Stand- alone, sondern auch als Hybridmotor sowie Hybrid- und Generatorantrieb einsetzbar. Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass mit dem Druckbegrenzungsventil (52) die Verdichtung geregelt werden kann.

Description

Rotationskolben-Brennkraftmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor mit innerer Verbrennung wie er in Bezug auf das Otto- und Diesel- Arbeitsverfahren bekannt ist. Abweichend von den bisher nach dem Bau- und Arbeitsprinzip bekannter Hub,- Kreis- und Drehkolbenmotoren, beschreibt die Anmeldung eine kompakte Rotationskolben-Brennkraftmaschine (RKB) gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dessen Arbeitsprihzip dadurch gekennzeichnet ist, dass für eine gleichgerichtete Drehbewegung beim Startvorgang sowie bei allen Betriebszu- ständen, zwei Kolbenpaare in der wiederkehrenden Arbeitsposition eines oberen und unteren Totpunkt (QTfUT), sich direkt gegenüberstehend, durch Zapfen vier Kammern bilden, und dass mit Kolbenringsegmente, rechtwinkelige und trapezförmigen Dichtelementen eine sich 90° kreuzende, geschlossene Dichtgrenze zum ringförmigen Zylinder, zu den Kammern und zu den Kolbenscheiben gebildet wird und dass durch Sensoren sowohl die RKB mit externe konventionelle Starter, als auch die zwei interne, mittels Magnetscheibe und Hallsensor bzw. Lagegeber elektronisch kommutierte, Starter, Generatoren, bzw. Motoren in Außenpol-bauweise (EC- Motor = ECM), in allen Betriebs- zuständen berührungslos gesteuert und geregelt sind.
3.1 Stand der Technik
Seit vielen Jahren sind u.a. Schwenk-, Doppelflügel- oder Drehkolben- Brennkraftmaschinen bekannt, die zum größten Teil die Kraftübertragung vom Kolben zur Arbeitswelle durch mechanische Triebwerke wie z.B. Zahnrad- und Planetengetriebe, Kurbeltriebe, und die Steuerung der Arbeitsspiele durch Exzenterwellen, Kulissensteine, Steuernockengestänge und Sperrklinken über- nehmen. Außerdem ist bekannt, dass ein oder mehrere Kolbenpaare in einem ringförmigen Zylinder durch eine gesteuerte Mechanik veränderliche Räume bilden. Keine der oben genannten bisher bekannten Motorsysteme sind bis heute technisch bzw. marktwirtschaftlich umgesetzt. Dies ist nicht allein auf die meistens sehr komplex aufgebauten mechanischen Kraftübertragungs- und Steuersysteme zurückzuführen, sondern in besonderem Maße durch eine fehlende thermische und unter hohem Druck wirksame Gasdichtheit an der Dichtgrenze zwischen den Räumen der sich drehenden Kolben, zu den Kolbenscheiben und zur Innenwand des ringförmigen Zylinders.
Eine Arbeits- und Brennkraftmaschine (DE-OS 1426022; 1969 ) ist mit mindestens zwei in einem Zylinder, um eine gemeinsame Achse umlaufenden Doppelflügelkolben ausgestattet, die zwischen ihren Flügeln befindliche Arbeitskammern einschließen und über ein Steuergetriebe derart miteinander ver- bunden sind, dass der eine Flügelkolben, außer seiner gemeinsamen Umlaufbewegung mit dem anderen Flügelkolben, gegenüber letzterem noch eine zusätzliche, die Arbeitskammern periodisch vergrößernde und verkleinernde Relativbewegung ausführt. Mit dem Steuergetriebe ist gegenüber dem Planetenritzel eine Exzenterscheibe des Exzentertriebes so verstellbar, dass nicht nur der Kompressionsgrad erhöht, sondern auch eine Vergrößerung des Arbeitskammervolumens erzielt wird.
Eine Verbrennungskraftmaschine (DE-OS 1965865 A; 1971) ist in einem Ausführungsbeispiel so beschrieben, dass ein Ringzylinder mit Gehäuse und Zahn- rad feststehen. Welle und Schwungscheibe sind miteinander verbunden. Vier Doppelkolben als Kolbenpaar sind mit der zugehörigen Kolbenscheibe starr verbunden. Die Kreisbewegung der Kolben wird von der Welle ausgehend über das feststehende Zahnrad, dem Planetengetriebe und einer Exzenterwelle, die über Kulissensteine mit der Kolbenscheibe verbunden sind, erzeugt, so dass sich zylindrische Räume periodisch vergrößern und verkleinern. Das Übersetzungsverhältnis der Planeten-Zahnräder zum feststehenden Zahnrad beträgt 2:1. Auf die Drehzahl der Exzenterwelle bezogen entspricht die Ausführung einem Viertakt-Achtzylinder-Gegenkolbenmotor.
Eine Bogenkolben-Brennkraftmaschine (DE-OS 2353807 Al, 1975) ist da- durch gekennzeichnet, dass jeweils zwei sich in einem Ringhohlraum des Gehäuses gegenüberliegende Bogenkolben durch zwei überkreuz auf einer Pendelwelle verankerten Kolbenhebeln zu zwei Bogenkolbenpaaren verbunden sind, die durch verdrehen der beiden Kolbenhebeln gegenseitig vier Volumen ändernde Brennkammern im Ringhohlraum bilden, die jeweils von zwei Bo- genkolben begrenzt werden. Die Steuerung des Gaswechsels in den vier Brennkammern wird durch Drehen eines mit Schlitzen versehenen, auf einem zentrischen Ansaugstutzen, der trichterförmigen Ausbildung des Gehäuses gelagerten und gegen die trichterförmigen Fläche dichtenden Steuerkegels durchgeführt.
Bei einem bekannten Drehkolben- Verbrennungsmotor (DE-OS 3046725 Al; 1982) sind in einem Ringzylinder jeweils zwei diametral gegenüberliegende Kolben an zwei aneinander anliegenden scheibenförmigen Halterungseinrichtungen befestigt. Am Umfang des Ringzylinders sind eine Anzahl von Ausläs- sen und Einlassen angeordnet, so dass zu jedem Zeitpunkt jeweils diametral gegenüberliegende Verbrennungs-, Ansaug-, Kompressions- und Ausstoßkammern gebildet werden, deren Lage sich während der Bewegung der Kolbenpaare entlang des Ringzylinders verschiebt. Der jeweils nachlaufende Kolben wird am Ende des Kompressionsvorgangs mechanisch mittels einer Klin- kenradanordnung gegen eine Rückwärtsbewegung arretiert, wobei in Kolbendrehrichtung eine Relativbewegung überlagert wird, so dass bei der Drehung des Kolbensystems volumenveränderliche Kammern gebildet werden. Zwischen den Kolbensystemen sind getrennte Getriebeeinrichtungen zur Verbindung der Kolbensysteme mit der Arbeitswelle vorgesehen. Eine ebenfalls bekannte Brennkraftmaschine (DE-OS 3038500 Al; 1982) mit kreisförmiger Umlaufbahn der Kolbenpaare ist in mehrere Zonen unterteilt und erhält in jeder Zone einen Arbeitsimpuls nach dem Viertaktverfahren. In jeder Zone läuft ein Kolbenpaar, wobei ein Kolben davon als Arbeitskolben ausge- bildet ist und über einen Hebel den Arbeitsdruck auf die Hauptwelle überträgt. Ein Gegenkolben ist mit einer Sperrklinke und Andrückfeder ausgerüstet, die in einer Raste die Abstützung zwischen Arbeits- und Gegenkolben während des Brennvorgangs übernimmt. Die Auslass- und Einlassventile werden über ein Steuergestänge und innenverzahnte Zahnräder durch Steuernocken betätigt.
Eine bekannte Verbrennungskraftmaschine (DE-OS 3330125 Al; 1985) arbeitet im Zwei- und Viertaktverfahren mit einem Schwenkkolben. Dieser Schwenkkolben in einem Hohlzylinder mit einem oder mehreren festen Trennsegmenten und mit einem oder mehreren Kolbensegmenten auf der Welle, die in den Zylinderböden gelagert ist, wird durch Verbrennungsdruck in eine hin und her pendelnde Bewegung versetzt. Die Pendelbewegung wird dabei über Zahnräder und Freiläufe in fortlaufende Bewegung umgesetzt.
In einem Oszillationskolbenmotor (Oscillating Piston Engine) (US-PS 5222463; 1993) bewegen sich acht gebogene Kolben in einem ringförmigen Brennraum (Toroid). Jeweils vier Kolben sind dabei auf einer eigenen zentralen Scheibe befestigt. Die beiden Scheiben sind wiederum mit einer von zwei Antriebswellen verbunden, die koaxial nach außen geführt sind. Die beiden Scheiben bewegen sich mit ihren je vier Kolben im Viertaktprozess oszillierend ge- genläufig, sodass jeweils zwei Kolben ein Paar bilden zwischen denen sich die vier Takte im rotierenden Toroid abspielen. Die gegenläufige Bewegung der Antriebswellen wird durch einen Kurbeltrieb in eine Drehbewegung umgesetzt. Die Kolbenstirnflächen haben eine Form die einem flachen Kegel entspricht, welche einen Kompressionsraum in den vier Kammern freihalten, wenn sich die Kolben beim Arbeitsspiel direkt gegenüberstehen. Jeder Kolben ist mit mehreren Kolbenringen ausgestattet, die eine Abdichtung zu allen ringförmig bewegenden Bauteilen gewährleisten soll.
3.2 Aufgabenstellung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein funktionsfähiges, wirtschaftlich und technisch umsetzbares Motorkonzept in kompakter Bauweise mit geringem Fertigungsaufwand und neuem Arbeitsprinzip darzustellen, das gegenüber dem heute u.a. im Kraftfahrzeug eingebauten Hubkolbenmotor nicht nur einen ver- besserten Gesamtwirkungsgrad erzielt, sondern auch eine wesentlich vereinfachte sensitive Steuerung und Regelung, der in einem ringförmigen Zylinder umlaufenden Kolbenpaare, beinhaltet. Außerdem soll eine geschlossene Dichtgrenze an den Kolben und zur Gehäusewand, mit der sich 90° kreuzenden Kolbenscheibe, dargestellt werden. Der vorliegenden Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen Motor mit hohem Drehmoment und langer Lebensdauer bei niedriger Drehzahl bereitzustellen, der die heutigen Anforderungen nach Kraftstoff- bzw. Energieeinsparung sowie geringer umweltschädlicher Abgasemissionen (z.B. CO2 - Ausstoß) auch mit Wasserstoffantrieb oder andere alternative Brennstoffe (Erdgas, Biobrennstoffe etc.), erfüllen kann. Eine weitere Aufgabe ist es, mit geringem Aufwand eine sichere, wirkungsvolle und einfache Kühlung des Motors sowie eine zwischen den Kolbenscheiben integrierte Ölpumpenfunktion für eine Druckumlaufschmierung, zur Verfügung zu stellen.
3.3 Arbeitsprinzip
Die in dieser Erfindung zu beschreibende sensorgesteuerte RKB 50, 60 mit zwei konventionelle externe Starter oder mit zwei interne ECM 45, die als Starter, Generator und als Hybridantrieb, über Magnetscheibe und Hallsensor bzw. Lagegeber berührungslos schaltbar, steuerbar und regelbar sind, beinhaltet das besonders vorteilhafte Konzept zwei sich in einem ringförmigen Gehäuse lim eine gemeinsame Achse drehende Kolbenscheiben, die mit je zwei symmetrisch angeordneten Kolben als Kolbenpaare (Kp) direkt in einem oberen und unteren Totpunkt (OTAJT) sich gegenüberstehen eine wiederkehrende Arbeitsposition für die abwechselnd gleichgerichtete Drehbewegung, ohne Ein- schränkung durch Zahnrad- oder Kurbelgetriebe, einnehmen. Mit der Ausgestaltung von zwei Zapfen an den Stirnseiten der Kolben, wird im OT eine Ansaug- und im UT eine Arbeitskammer (Vc) und an der Kolbenrückseite der Kp eine Verdichtungs- (Vh) und Expansionskammer gebildet. Die Summe der Winkelgrade von zwei Kolben mit Zapfen und Kolbenhub beträgt immer 180° Kurbelwinkel (Kw). Durch die Expansionskraft des komprimierten und gezündeten Kraftstoff-Luft-Gemisches zwischen zwei Kolben in der Arbeitskammer bleibt abwechselnd ein Kp, sich durch eine Rücklaufsperre im Gehäuse abstützend, stehen und bei einer gewählten Kolbenlänge von 45°/60°/72° Kw und der Drehbewegung von 90°/60°/36° Kw werden gleichzeitig mit dem zweiten Kp, in vier Kammern, die Arbeitsspiele eines Viertaktmotors ausgeführt und eine Arbeitswelle (Aw) mit Schwungrad, Zahnrad- Steuerscheibe bzw. der Rotor mit Permanentmagnete und Magnetscheibe des internen ECM, durch eine entgegengesetzt wirkende Rücklaufsperre mitgedreht.
Durch thermischen Druck und kinetische Energie werden dann die Kolbenpaare gemeinsam und direkt gegenüberstehend um 45°/60°/72° Kw weitergedreht und nach 135°/120°/108° Kw ein neuer Arbeitstakt (At) begonnen. Die Kolbenpaare drehen sich zur Arbeitswelle ohne Getriebe im Verhältnis 2:3/2,25:3/2,5:3 und es werden dabei 8/9/10 At erzeugt, (siehe Tabelle 1, Drehzahl Kp gewählt mit n= 1000 U/min). Tabelle 1
Figure imgf000009_0001
50 80 130 2,77 1444 I 0,69 8,31 ,08 :3
55 70 125 Z O. o OoO ! 1389 0.72 8.64 2,16 :3
3,13 1278 0,78 9,39
3,27 1222 0,82 9,82
75 30 105 3,43 1167 0,86 10,29 ,57 :3
Innerhalb eines konstanten 180° Kw umfassenden Kreissegmentes im Zylinder des Gehäuses 17, 18, 19, wird das Verdichtungs- und Hubverhältnis durch die veränderbare Länge der Zapfen 48 und/oder der Kolbenwinkel bzw. Kolbenlänge 1 - 4 und dessen Durchmesser bestimmt. In der Kompressionskammer 27 sind zwei Öffnungen 30 vorgesehen, die mit einer Druckluftleitung 32 und einem elektrisch regelbaren Ventil 52 verbunden sind, das den Kompressions- druck von der Verdichtungs- zur Ansaugkammer ausgleichen kann, wenn sich ein Kolben zwischen den beiden Öffnungen befindet. Mit Hilfe dieses Ventils kann das erforderliche Starterdrehmoment und die Motorleistung (z.B. mit einem Drehpotentiometer am Gaspedal oder anderen Stellorganen), über die veränderbare Verdichtung Vc geregelt werden. In der Expansionskammer befindet sich eine weitere Öffnung 31, die mit einem Rückschlagventil 54 verschlossen ist und bei Unterdruck die Kammer 29 öffnet, um den Startvorgang zu erleichtern. Im weiteren Verlauf wird die Motorsteuerung der folgenden Betriebszustände beschrieben:
• Motor starten und Zündvorgang • Motorsteuerung im Leerlauf
• Motorsteuerung im Teil- und Vollastbereich
3.4 Motor starten und Zündvorgang
Beim ersten Startvorgang des Motors mit einem Zündstartschalter 138 befindet sich noch kein zündfähiges Gemisch in der Ansaugkammer. Die Kolbenpaare werden aus jeder zueinander sich zufällig ergebenden Stellung heraus, mit einem oder beiden externen Startern bzw. mit der Starterfunktion des internen ECM in die Arbeitsposition des OTVUT gedreht und das Kp b sensorgesteu- ert durch eine wechselseitig wirkende Verriegelungsvorrichtung oder durch einen Polwendeschalter für die abwechselnde Umkehr der Drehrichtung des externen konventionellen Starters, oder mit dem Starter des internen ECM durch eine Steuerelektronik über Hallsensor bzw. Lagegeber, gegen eine Rücklaufsperre (Freilauf) im Gehäuse angehalten. Mit dem Starter von Kp a werden dann vier Arbeitsspiele (ansaugen, verdichten, expandieren, ausschieben) ausgeführt und ein Zündfunke für den At aktiviert.
Dies wird erfindungsgemäß bei der Verriegelungsvorrichtung dadurch möglich, dass auf jeder Seite des Gehäuses im OT ein induktiver Sensoren (oder ein Sensor mit gleicher Funktionalität) über zwei inneren Kreissegmente, welche mit den Kolbenpaaren in Verbindung stehen, berührungslos vier Hubmagnete 98, 99 Fig 4 und über zwei äußere Kreissegmente zwei externen konventionelle Starter 139, 140 so steuern, dass in Drehrichtung der Arbeitswelle das Kp a durch b und umgekehrt, über zwei Anschläge an einer Dämpferscheibe mit Dämpferfeder bei erreichen des OT oder durch Änderung der Drehrichtung mit einem Polwendeschalter Fig 4.1. im Gehäuse 17, 18 solange festgehalten wird, bis das Kp a bzw. b sich an den Zapfen 48 berühren. Das dabei verdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch wird dann mit beiden Kolbenpaaren 45°/60°/72° Kw durch den Starter des Kp a bis in den UT weitergedreht. Erfolgt keine Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches, wird das Kp b vom Starter des Kp b wieder 90°/60°/36° Kw weitergedreht. Beim Startvorgang über einen links und rechts des Motorgehäuses integrierten, internen ECM, wird durch eine Magnetscheibe 112 und mit Hilfe von Hallsensor bzw. Lagegeber 113, und einer Regelelektronik, die abwechselnde Drehrichtung geschaltet und die 0-Lage des OT/UT detektiert. Dieser Vorgang wird solange wiederholt bis der Zündstart- Schalter auf Stellung „0" gestellt wird oder der Motor selbsttätig anläuft. Ist der Motor gestartet, wird der Zündstartschalter 138 auf die Stellung „1" gedreht. Der Startvorgang des Motors wird durch das elektrisch regelbares Druckausgleichsventil 52 zwischen der Kammer 26, 27 und dem Rückschlagventil 54 in Kammer 29 wesentlich erleichtert.
3.5 Motorsteuerung im Leerlauf
Der Zündfunke wird vorzugsweise durch einen Hallsensor und einem Hallrad mit mindestens zwei Nuten direkt mit dem Kp a, b gesteuert und über zwei Einzelfunkenspulen, die an eine Batterie angeschlossen sind, erzeugt. Die Steuerung einer Früh- und Spätzündung kann, wie bei herkömmlichen Motoren, über eine Unterdruckdose, die über den Ansaugkanal gespeist wird, durch betätigen der Trägerscheibe 132, 133 automatisch erfolgen.
Ist der Motor gestartet, kann sich nun abwechselnd das Kp a, b selbsttätig, bei gleichzeitiger Mitnahme der Arbeitswelle 58, Zahnrad- Steuerscheibe 83, 84 oder des Rotors 102 des internen ECM durch die entgegengesetzt wirkende Rücklaufsperre 75, 76, um 90°/60°/36° Kw weiterdrehen. Dabei werden gleichzeitig alle erforderlichen Arbeitsspiele ausgeführt. Dieser Vorgang wie- derholt sich bis der Motor ausgeschaltet wird. Der Verdichtungsdruck in der Kammer 27 wird über ein elektrisch steuerbares Ventil 52 zur Druckregelung in Verbindung mit dem Gaspedal (E-Gas) bzw. anderen geeigneten Stellmechanismen so geregelt, dass sich beide Kolbenpaare nach 90°/60o/36° Kw maximal noch leicht an den Zapfen 48 berühren und die Leerlaufdrehzahl konstant gehalten wird. Durch die Übertragung des expandierenden thermischen Gasdruckes und der kinetischen Energie auf das zweite Kolbenpaar werden beide Kolbenpaare, direkt gegenüberstehend, 45°/60°/72° Kw weitergedreht. Das überschüssige Kraftstoff-Luft-Gemisch wird über die Druckluftleitung 32 in die Ansaugkammer 26 zurückgeführt. Das Schwungrad unterstützt in diesem Betriebszustand eine gleichmäßige Drehbewegung der Arbeitswelle.
3.6 Motorsteuerung im Teil- und Volllastbereich
Wird die Zufuhr des zündfahigen Kraftstoff-Luft-Gemisches durch betätigen des Gaspedals verändert, wird gleichzeitig das elektrisch regelbare Ventil 52 geöffnet oder weiter geschlossen und der Verdichtungsdruck in der Kammer 27 und die Arbeitsleistung bzw. Drehzahl des Motors verringert oder erhöht. Auch in diesem Betriebszustand wird das nachfolgende Kolbenpaar durch die entgegen der Drehrichtung wirkende Reaktionskraft selbsttätig im OTYUT solange stehen bleiben, bis das arbeitende Kolbenpaar das stehenden Kolbenpaar an seinem Zapfen berührt und dann durch Übertragen des thermischen Gasdruckes und der kinetischen Energie bzw. des Schwungmomentes wieder bis zum UT/OT und nächsten At mitdreht. Zusätzlich zum regelbaren Ventil 52 wird die Drehzahl der Kp a, b und die Arbeitsleistung des Motors durch die Frühoder Spätzündung über eine Unterdruckdose, die mit beiden sich drehbar gela- gerten Hallsensoren verbunden ist, geregelt.
Folgende besondere Vorteile ergeben sich für dieses Motorkonzept unter anderem dadurch: dass in einer relativ kompakten Bauweise ein großer Kurbelradius, ein hohes Drehmoment bei gleichzeitig niedriger Drehzahl und hoher Arbeitstaktfolge möglich wird, dass durch die geringe Anzahl der zusammenwirkenden Motorteile mit geringen Reibungsverlusten und dadurch mit einem erhöhten mechanische Wirkungsgrad zu rechnen ist, dass durch große Ein- und Auslasskanäle, die über den ganzen Expansionsweg beim At geöffnet bleiben und durch die Abdichtfunktion der Kolben auf beiden Seiten abgedeckt werden, der volumetrischen Wir- kungsgrad (Gütegrad) erhöht werden kann, dass mit den beiden internen ECM nicht nur ein beinahe verschleißfreies Starten des Motors, sondern auch bei laufendem Verbrennungsmotor ein paralleler Hybridantrieb 45 oder bei abgeschalteter Zündung ein rein elektrischer Antrieb möglich ist und dass der Verbrennungsmotor abwechselnd einen der beiden internen
ECM als Generator antreibt und der erzeugte Strom einem Energiespeicher zugeführt werden kann. indungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass
die Summe der Winkelgrade von einem Kolbenpaar mit Zapfen und Kolbenhub immer 180° Kw beträgt, ein Kolben sich nach jeder Drehung eines Kolbenpaares von 135°/120°/108° Kw genau in der Position des OT zwischen der Abgas- und Ansaugöffnung befindet und die Zündkerzen zwischen zwei Kolben im UT angeordnet sind, durch ein neues Dichtelementkonzept, bei der die Kolbenpaare eine sich 90° kreuzende geschlossene Dichtgrenze zu den beiden Kolbenscheiben und zur Gehäusewand aufweisen, keine Ventile und Ven- tilsteuerung erforderlich sind, beim At das Kp a, b sich im OT/UT durch eine Rücklaufsperre im jeweiligen Gehäuse abstützen und mit entgegengesetzter Wirkung einer Rücklaufsperre die Arbeitswelle zusammen mit der Zahnrad- Steuerscheibe 83, 84 oder die Magnetscheibe 112 und der Rotor 102 mit dem Fremderregten Permanentmagnet 104 des internen ECM, mitgedreht werden kann, das Drehmoment abwechselnd eines der beiden internen ECM bei gezündetem Kraftstoff-Luft-Gemisches und gleichzeitig von beiden internen ECM, bei abgeschalteter Zündung über die Rücklaufsperre 75, 76 auf die Arbeits welle übertragen werden kann, in der Kammer 27 sich zwei Öffnungen 30 befinden, die mittels einer Druckluftleitung 32 verbunden sind und dass diese Druckluftleitung ein elektrisch regelbares Ventil 52 aufweist, das den Druck in der Verdich- tungs- und Ansaugkammer ausgleichen kann, wenn sich ein Kolben zwischen den beiden Öffnungen befindet, dieses Ventil mit Hilfe eines Drehpotentiometers am Gaspedal oder anderen Stellorganen elektrisch geregelt und damit die Motorleistung über die veränderliche Verdichtung zusätzlich beeinflusst werden kann, sich in der Kammer 28 eine weitere Öffnung 31 befindet, die mit einem Rückschlagventil 54 verschlossen ist und bei Unterdruck (z.B. beim
Startvorgang) diese Kammer öffnet, mit dem Drehzahlsensor 87 ein Motormanagement ermöglicht wird, dass den Leistungsbedarf, Verbrauch und CO2 - Ausstoß über eine Lambdasonde optimal einstellen kann, eine einfache Motor Start- Stoppfunktion (nicht nur für Hybridantriebe) zur Einsparung des Kraftstoffverbrauchs Vorteilhafterweise dadurch möglich wird, dass bei stehenden Kolbenpaaren die Arbeitswelle zusammen mit der im Schwungrad 88 gespeicherten Energie sich frei weiterdrehen und der Motor unabhängig von der drehenden Arbeitswelle 58 wieder gestartet werden kann, eine Magnetscheibe 112 für jedes Kolbenpaar durch Hallsensoren bzw. Lagegeber 113, elektronisch kommutiert wird und eine Steuer- Regelelektronik die Winkelgenaue Drehrichtungsumkehr schaltet, für jedes Kolbenpaar eine Zündkerze 42 zur Verfügung steht und deren Zündung mit einem Hallrad mit mindestens zwei Nuten, einem Hallsensor und einer Einzelfunkenspule erfolgt und dass die Verstellung des Zündzeitpunktes über eine Unterdruckdose für beide Zündkerzen gleichzeitig erfolgen kann, das Motorkonzept eine Variabilität in der geometrischen Auslegung des Kolben winkeis und der Kolbenzapfen und damit des Kolbenhubes bzw.
Hubverhältnisses und des Verdichtungsraumes bzw. der Verdichtung innerhalb des konstanten Kreissegmentes im Zylinder des Motorgehäuses von 180° Kw ermöglicht, die Ausführung des inneren Gehäuse- und Kolbenquerschnittes in run- der oder eckiger Form durch das neue Dichtelementkonzept möglich wird, mit einer kontinuierlichen in den Kolbenscheiben eingebauten Öldruckumlaufschmierung gleichzeitig eine Kühl- und Abdichtfunktion der Kolben zu den einzelnen Kammern und zum Gehäuseinnenraum erfol- gen kann.
4. Ausfuhrungsbeispiel
Die Erfindung ist im Aufbau und der Arbeitsweise anhand eines in den Zeich- nungen dargestellten Ausführungsbeispiels mit dem Kolben- und Zapfenwinkel von gesamt 45° Kw und einem Kolbenhub von 90° Kw im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen: Fig. 1.1 eine schematische Seitenansicht vom Innenraum des Motors mit der wiederkehrenden Arbeitsposition der Kolbenpaare und der Aufteilung des Ringraumes in vier Kammern,
Fig. 1.2 einen Teilquerschnitt durch das ringförmige Gehäuse mit den beiden Kolbenscheiben, den Kolben und deren Lagerung im Gehäuse,
Fig. 2.1 einen Gesamtquerschnitt durch die am Motorprinzip beteiligten
Komponenten, mit dem Schmierölverlauf an einem Kolbenpaar,
Fig. 2.2 einen Teilschnitt durch die Zahnrad- Steuerscheibe mit Zahnkranz und Dämpferscheibe sowie die Ansicht der Vorrichtung zur Verriegelung und Positionierung der Kolben im OT und UT,
Fig. 2.3 , 2.4 zeigt die Seitenansichten der Zahnrad- Steuerscheibe zur Steuerung der Startermotoren und der Verriegelung mit je zwei 180° Kw gegenüberliegenden Kreissegmenten und die Position der Sensoren im OT,
Fig. 2.5- 2.7 einen Teilquerschnitt und die isometrische Ansicht des internen ECM mit dem Rotor (Permanentmagnet), Stator (Elektromagnet) und der bürstenlosen Kommutierung der Magnetscheibe mittels Hallsensoren bzw. Lagegeber,
Fig. 3.1- 3.10 die Darstellung des Arbeitsprinzips mit Sensorsteuerung über Kreissegmente, Positionsrad und Hallsensor, bei einer Umdrehung beider Kolbenpaare, am Beispiel eines Saugmotors,
Fig. 3.11 ein Weg-Zeit-Diagramm (s/t-Diagramm) der beiden Kolbenpaare zur Verdeutlichung der abwechselnd gleichgerichteten Drehbewegung und der Übersetzung von 2:3 zur Arbeitswelle, Fig. 3.12 ein Arbeitsdiagramm (p/v-Diagramm) der sensorgesteuerten RKB als Saugmotor in Zusammenwirkung der in den einzelnen Kammern entstehenden Druckverlaufes über dem Hubvolumen (Kammervolumen),
Fig. 4 einen Stromlaufplan, der die Motorsteuerung mit der Zündung, dem Hallsensor und Hallrad, der Verriegelungsvorrichtung mit Hubmagnete, sowie der externen Startermotoren über Kreissegmente durch Sensoren und einem Zündstartschalter aufzeigt,
Fig. 4.1 einen Teilbereich des Stromlaufplanes, der die Motorsteuerung der konventionellen externen Starter mit der Polwendeschaltung für Drehrichtungsumkehr aufzeigt,
Fig. 5.1- 5.7 das Dichtungskonzept der einzelnen Kolben- und Kolbenschei- ben mit Kolbenringsegmente und weiteren Dichtelementen für zwei alternative Kolben- bzw. Zylinderquerschnitte,
Fig. 6 die isometrische Ansicht, der in den Kolbenscheiben integrierten Öl- pumpenfunktion mit Pumpenscheiben,
Fig. 6.1- 6.6 die Schnitte und Unteransicht am Kolben mit den Bohrungen zur Schmierung und Kühlung derselben und der als Rückschlagventil eingesetzten Abdeckplatte,
Fig. 7 die isometrische Ansicht, des Kühlmittelverlaufes in den Gehäuseteilen mit den Ölbohrungen, die in den Gehäuserippen integriert sind,
Fig. 8.1 , 8.2 die Gesamtaußenansicht der sensorgesteuerten RKB von links und rechts, Fig. 9 die Gesamtaußenansicht der sensorgesteuerten RKB mit zwei internen ECM,
Fig. 9.1 ein Blockschaubild mit der links und rechts von der RKB ange- ordneten internen ECM, in Funktion eines parallelen Hybridantriebes.
Gemäß einer vorteilhaften Ausfuhrungsform Fig. 1.1 und Fig. 1.2 beinhaltet der Motor je zwei 180° Kw gegenüberstehende Kolbenpaare mit den Kolben 1, 2 (Kp a) und 3, 4 (Kp b), die auswechselbar auf je einer kreisrunden Kolben- Scheibe 5, 6 sich automatisch axial im gleichen Abstand zur Innenwand des Gehäuses 17, 18 positionieren können. Das wird einmal durch die gleitende Verbindung der Kolbenstange 8 im Kolbenbolzen 7 und einer genauen radialen spielfreien Einstellbarkeit, mittels zweier Gewindestifte 12 in der Gewindebohrung 11, mit kugelförmig und exzentrisch versetztem Schraubenende, welches in einem Kulissenstein 9 eingreift Fig. 5.1- 5.3 oder durch eine Schraubverbindung der Kolben 1 - 4 zur Kolbenscheibe 5, 6 mit Hilfe der Kolbenschraube 23 und einem Kolbenbolzen 24 Fig 2.5, wobei der Kolben auf der Kolbenscheibe verschiebbar ist, möglich. Durch zylindrische Federn 209, die auf eine Öl- Abstreifplatte 208, 213 seitlich wirken, wird der gleichmäßige Abstand ein- gehalten. Der Überhang der Kolben zur benachbarten Kolbenscheibe hat für die reibungsfreie Drehbewegung einen geringen radialen Spalt 164 Fig. 5.6 und jeder Kolben kann sich zur Übertragung des Drehmomentes auf breiter Basis zur Stirnfläche der jeweiligen Kolbenscheibe abstützen.
In einer Kolbenvariante hat jeder der vier Kolben einen rechtwinkligen und in einer weiteren Variante einen kreisbogenförmigen Querschnitt, der im unteren Bereich in einem Sockel 10 endet Fig. 5.6. Diese Querschnitte werden zu vier Kolben 1 - 4 mit Zapfen 48 an den Stirnflächen ausgestaltet. Diese Kolben übernehmen gleichzeitig eine Ventil- und Abdichtfunktion zu dem aus mehre- ren Teilen bestehenden geschlossenen Gehäuse 17, 18, 19, zu den vier Kammern 26-29 und zu den Kolbenscheiben. Die Ansaug- 35 und Abgasöffnung 36 ist am Umfang Fig. 1.1 des Gehäuses so angeordnet, dass eine Ventilsteuerung zur Abdichtung der Öffnungen bei den wiederkehrenden Drehbewegungen der Kolbenpaare in der Arbeitsposition des OT/UT entfällt. Das Gehäuse 17 und 18 hat im UT eine Gewindebohrung 40, 41 zur Aufnahme je einer Zündkerze 42.
Zwei Kolbenscheiben, die am äußeren Durchmesser der Nabe 14 jeweils links und rechts im Gehäuse 17, 18 mittels Kugellager 15, 16 gelagert sind, bilden stirnseitig eine klauenförmige Verzahnung 66, 67 aus. Zwischen den beiden Kugellagern und der jeweiligen Kolbenscheibe sind im Gehäuse je eine Rücklaufsperre (Freilauf) 21, 22 die mit der Nabe 14 durch eine Passfeder 25 verbunden ist, so angeordnet, dass sich abwechselnd eine Kolbenscheiben mit einem Kp a bzw. b zentrisch zur Arbeitswelle 58 in nur einer Richtung drehen können.
Das zweite Kolbenpaar wird zusammen mit der Arbeitswelle 58 durch eine entgegengesetzt wirkende Rücklaufsperre 75, 76 abwechselnd so weitergedreht, dass während einer gewählten Drehung von 90°/60°/36° Kw alle vier bekannten Arbeitsspiele (ansaugen - Kammer 26, verdichten - Kammer 27, zünden - Kammer 28 und ausstoßen - Kammer 29) eines Hubkolbenmotors, umgesetzt werden können.
Mit Änderung von Durchmesser und Länge der Zapfen 48 und Kolben 1 - 4 (Kolbenwinkel), wird auch bei gleichem Kurbelradius R die Verdichtung, das Hubverhältnis und das Kammervolumen in allen 4 Kammern beeinflusst. Die Summe der Winkelgrade von je zwei Kolben mit den Zapfen 48 zusammen mit dem Expansions- 29 bzw. Verdichtungsraum 27 beträgt dabei immer 180° Kw.
Die Arbeitswelle 58 wird durch Gleit- oder Nadellager 61 in der Nabenbohrung der Kolbenscheibe gelagert Fig. 2.1. Auf dieser Welle wird jeweils links und rechts mit der klauenförmigen Verzahnung 66, 67 eine innere Kupplungsschei- be 69, 70 mit den Kolbenscheiben 5, und 6, axial gekoppelt. Die innere Kupplungsscheibe ist mit den Kugellagern 72 ,73 und 77, 78 auf der äußeren Kupplungsscheibe gelagert. Zwischen den Kugellagern wird konzentrisch eine Rücklaufsperre 75, 76 so angeordnet, dass die innere- 69, 70 über die äußere Kupp- lungsscheibe (80), (81) mit der Passfeder 82, die Arbeitswelle in Kolbendrehrichtung mitdreht.
In der weiteren Ausgestaltung, wird eine Zahnrad- Steuerscheibe 83, 84 mit einem Zahnkranz 85, 86, für den Antrieb der Kolbenpaare beim Startvorgang des Motors Fig. 2.1, mittels externen elektrischem Starter 139, 140, und bei dem internen ECM der Rotor 102 mit Fremderregte Permanentmagnete 104 und einer Magnetscheibe 112 mit der inneren Kupplungsscheiben 69, 70 starr verbunden. Der Stator (E- Magnet) 103 des internen ECM ist konzentrisch zur Arbeitswelle an der Gehäuseabdeckung 95, 96 befestigt. Der Rotor wird durch drei, um den Stator 103 verteilte und ebenfalls an der Gehäuseabdeckung befestigte Hallsensoren bzw. Lagegeber 113, elektronisch kummutiert bzw. de- tektiert Fig. 2.5- 2.7. An einem Ende der Arbeitswelle befindet sich auf der äußeren Kupplungsscheibe 81 ein Schwungrad 88, in dem das Drehmoment des Motors gespeichert wird und das in Verbindung zu einer mechanischen oder automatischen Fahrzeugkupplung und Getriebe stehen kann. Am gegenüberliegenden Ende der Arbeitswelle ist eine Öldrehdurchführung 89 vorgesehen, die auch einen Sensor 87 zur Drehzahlerfassung der Arbeitswelle aufnehmen kann. Außerdem ist auf dieser Seite die Montage einer Keilriemenscheibe 92 auf der äußeren Kupplungsscheibe 80 zum Antrieb der erforderlichen An- bauaggregate z.B. Wasserpumpe, Lichtmaschine, Kältekompressor usw. vorgesehen.
Die Arbeitswelle wird durch zwei gewellte Federscheiben bzw. Tellerfedern 90 mittels zweier Muttern 91 (oder auch mit anderen geeigneten Befestigungsele- menten) zum Gehäuse in der Weise fixiert und zentriert, dass sich die äußere
Kupplungsscheibe 80, 81 zur inneren Kupplungsscheibe 69, 70 jeweils über die Kugellager 77, 78, und 15, 16 axial am linken und rechten Gehäuse 17, 18 abstützen kann. Dadurch wird ein Längenausgleich bei den vorhandenen Temperaturänderungen und Toleranzausgleich der einzelnen Bauteile gewährleistet. Der Startvorgang wird einerseits erfindungsgemäß dadurch ermöglicht, dass mit einer formschlüssigen axialen Kupplung 66, 67 eine Verbindung von einem Zahnkranz 85, 86 über die Zahnrad- Steuerscheibe 83, 84 zur inneren Kupplungsscheibe 69, 70 und Kolbenscheibe 5, 6 hergestellt wird. Die Kolbenpaare a, b werden dadurch von je einem externen Starter 139, 140 aus einer beliebigen Position, innerhalb des ringförmigen Zylinders 19, abwechselnd angetrie- ben. Mittels eines Sensors 118, 120, der an der Gehäuseabdeckung 95, 96 im oberen Totpunkt befestigt ist, werden über zwei symmetrisch angeordnete äußere Kreissegmente 122, 123 die Starter der Kolbenpaare a und b berührungslos ein- bzw. ausgeschaltet. Über zwei symmetrisch angeordnete innere Kreissegmente 128, 129 wird ein Sensor 125, 126, der ebenfalls an der Gehäuseab- deckung 95, 96 im oberen Totpunkt befestigt ist Fig. 2.1. schaltbar, wodurch zwei Hubmagnete 98, 99 aktivierbar sind, die zwei symmetrische auf jeder Seite der Gehäuseabdeckung angeordnete Verriegelungen betätigen, wodurch eines der Kolbenpaare a, b angehalten wird. Die Verriegelung besteht aus je einer stabilen Bolzenfuhrung 100, 101 mit einem Verriegelungsbolzen 97 sowie aus zwei Anschlägen 105, 106, die mit einer Dämpferscheibe 110, 111 verbunden sind. Die Zahnrad- Steuerscheibe wird drehbar relativ zur Dämpferscheibe, gegen die dämpfende Wirkung einer Feder 115, 116 angehalten Fig. 2.2- 2.4.
Andererseits wird durch Anwendung eines Polwendeschalter 93, 94 Fig. 4.1 beim konventionellen externen Starter oder mit der Magnetscheibe 112, dem
Hallsensor bzw. Lagegeber 113, und der Regelelektronik des internen ECM eine abwechselnde Drehrichtungsumkehr möglich, sodass die Kolbenpaare beim Startvorgang abwechselnd durch die Rücklaufsperre 21, 22 im Gehäuse
17, 18 angehalten sind und die gefederte Verriegelungsvorrichtung mit Hub- magnete entfallen kann. Mit einer links und rechts der RKB angeordneten internen ECM, sind erfindungsgemäß in Vorteilhafterweise außerdem folgende Antriebsvarianten in einem Fahrzeug Fig. 9, 9.1 möglich:
a) Alleiniger Fahrzeugantrieb durch RKB (Stand- alone). ECM nur als Startermotor. b) Antrieb mit RKB plus externer E-Motor (seriell, parallel, kombinierter Hybridantrieb) c) Antrieb mit RKB plus wechselseitigen Antrieb durch die beiden inter- nen ECM
(paralleler Hybridantrieb, Drehmomentaddition). d) Wechselseitiger Generatorantrieb der internen ECM durch die RKB nach dem Start. e) Fahrzeugantrieb durch reinen Batteriebetrieb beider interner ECM. f) Ein rückwirkender Antrieb des Schwungrades 88 durch Bremsenergie kann durch den Freilauf 75, 76, der die Arbeitswelle zu den Kolbenpaaren entkoppelt, erfolgen.
Zur Steuerung des Zündzeitpunktes Fig. 2.1 ist für jedes Kolbenpaar je ein Hallsensor 130, 131 vorgesehen, der auf einer Trägerscheibe 132, 133 an der Außenseite des Gehäuseabdeckung 95, 96 drehbar angeordnet und über einen Stab 149 verbunden ist. Damit ist es erfindungsgemäß durch die mit mindestens zwei Nuten versehenen Hallräder 135, 136 auf jeder Seite möglich, eine Unterdruck geregelte Zündung mit einer Zündkerze und Einzelfunkenspule 144, 145 auf jeder Seite des Gehäuses für Kp a, b bei einer Zündung nach jeweils 135°/120°/108° Kurbelwinkelumdrehung der Arbeitswelle darzustellen. Die sensorgesteuerte, elektronische Betriebsweise zum Starten und zur Drehzahlregelung des Motors, zusammen mit der Position der Kp a, b, der verbundenen Kreissegmente, den induktiven Sensoren und des Hallrades zu den HaIl- sensoren, ist in der Fig. 3.1- 3.10 dargestellt und im Folgenden beschrieben: Fig. 3.1
Aus einer beliebigen Position im Gehäuse der Kp a, b zueinander, werden diese vom externen Starter 139, 140 bzw. von der internen ECM nach rechts in die wiederkehrend Arbeitsposition des OT/UT gedreht.
Fig. 3.2
Das nachfolgende Kp b, a wird vom Kp a, b über Kreissegmente durch zwei Hubmagneten, die eine Verriegelung betätigen oder durch wechselnde Drehrichtungsumkehr der externen Starter Fig. 4, 4.1 bzw. der beiden internen ECM Fig. 2.5- 2.7 , in OT/UT sensitiv gesteuert, festgehalten.
Fig. 3.3
Starter 1 dreht Kp a um 90° Kw, erstes Ansaugen des frischen zündfähigen Kraftstoff-Luft-Gemisches, Kp b in OT frei. Druckausgleich durch regelbares Drosselventil 52 in Kammer 26, 27. Das Rückschlagventil 54 gleicht den Unterdruck in Kammer 28 aus.
Fig. 3.4
Starter 1 dreht beide Kp a, b direkt gegenüberstehend und an den Zapfen ma- ximal berührend um 45° Kw auf die neue Arbeitsposition (gesamt 135° Kw), das Kp b wird im OT freigestellt, das Kp a bleibt stehen.
Fig. 3.5
Starter 2 dreht Kp b um 90° Kw weiter, das Kp a wird festgehalten, Ansaugen und erstes Verdichten des Kraftstoff-Luft-Gemisches mit Druckausgleich. Das Rückschlagventil 54 gleicht den Unterdruck in Kammer 28 aus.
Fig. 3.6
Starter 2 dreht Kp a, b um 45° Kw weiter auf die 135° Kw der Arbeitsposition. Es erfolgt die erste Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches und der erste Arbeitstakt beginnt. Fig. 3.7
Durch die Expansionskraft bleibt Kp b stehen, das Arbeitsspiel Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausschieben erfolgt durch die Drehung des Kp a um 90° Kw gleichzeitig.
Fig. 3.8
Beide Kolbenpaare drehen sich durch die Antriebskraft und dem Schwungmoment des Kp a um 45° Kw bis zur Arbeitsposition weiter, der zweite At erfolgt.
Fig. 3.9
Im zweiten At wird das Kp b um 90° Kw gedreht, die kinetische Energie überträgt sich auf das Kp a. Der Motor läuft selbsttätig.
Fig. 3.10 Kp a und b drehen um 45° Kw weiter und haben sich um eine volle Umdrehung aus der Position der Fig. 3.2 weiterbewegt. Die Arbeitsspiele wiederholen sich bis die Zündung abgeschaltet oder mehr Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird.
Wenn keine weitere Zündung nach Abschaltung des Motors erfolgt, wird der Druck in Kammer 26, 27 durch das geregelte Ventil 52 ausgeglichen und beide Kolbenpaare können sich bis zum Stillstand ungehindert auf der Arbeitswelle weiterdrehen.
Fig. 3.11
Das s/t-Diagramm zeigt das Zusammenspiel der intermittierend sich drehenden und angehaltenen Kp a, b im Verhältnis von 2:3 zur Arbeitswelle und die vier entstehenden At nach einer vollen Umdrehung beider Kolbenpaare. Fig. 3.12
Im p/v- Diagramm sind die in den einzelnen Kammern erfolgten Arbeitsspiele Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausschieben mit dem Druckverlauf über den Kw von 90° (Kammervolumen VH = Vh+ Vc) zusammengefasst. Alle in den Kammern befindlichen Gase werden mit dem entsprechenden thermischen Gaszustand (Überdruck, Unterdruck) beim Drehen über einen Kw von 45° gespeichert, bis die Arbeitsposition wieder ereicht wurde und das Arbeitsspiel von Neuem beginnt. Die Reihenfolge der Kammern beginnt wieder von vorne (Kammer 29 wird zur Kammer 26 usw.).
Für die einwandfreie Funktion des erfindungsgemäßen Motorkonzeptes sind folgende Teilkonzepte innerhalb des Motors von hoher Bedeutung. Dazu zählen in vorteilhafter Ausführungsform:
• das Dichtungskonzept an Kolben, Kolbenscheiben und Gehäuse
• das Schmierkonzept und
• das Kühlkonzept des Motors
4.1 Das Dichtungskonzept des Motors
Um bei der sensorgesteuerten RKB eine Nutz- bzw. Arbeitsleistung wie bei den bekannten „Otto- bzw. Diesel" Gasmotoren zu erlangen, ist eine absolute Gasdichtheit zwischen den einzelnen Kolben, zur Kolbenscheibe und zum Gehäuse und eine ausreichende Verdichtung des Kraftstoff-Luft-Gemisches, auch bei hohen Temperaturen, erforderlich.
Dies wird erfindungsgemäß bei der rechtwinkligen Kolbenvariante Fig. 5.1- 5.4 dadurch erreicht, dass in den zwei äußeren Nuten 179 der vier Kolben, zwei rechtwinkelig gestaltete Dichtelemente 158, 159 zum Gehäuse 17, 18 und durch überlappenden Stoß 161 auch radial zum ringförmigen Zylinder 19 hin, abdichten. Das Dichtelement 158, 159 ist am unteren Ende durch Überlappung 165 so ausgestaltet, dass eine dichtende Verbindung in der Kolbennut 182 mit den trapezförmigen Dichtelementen 166, 167 zu den einzelnen Kammern und zur 90° kreuzenden Kolbenscheibe mit den Dichtringen 170, 171, 172 entsteht. Zwei gewellte Federn 175 mit drei Bogen erzeugen, in einer tieferen Nut im Kolben sich abstützend, erfindungsgemäß die erforderliche Anpresskraft in alle Richtungen (siehe Pfeile a - h, Fig. 5.2 und Fig. 5.3). In der mittleren Nut 177 des Kolbens werden zwei rechtwinklig gestaltetes Ölabstreif- Schmierelement 160, die zum ringförmigen Zylinder 19 hin überlappen 183, eingesetzt. Diese Schmierelemente werden auch durch eine gewellte Feder 175 mit drei Bogen, radial und unter 45° in Richtung der Pfeile a-c gedrückt. Bei jedem Kolben werden seitlich zwei ebene Öl-Abstreifplatten 208, 213 durch zwei zylindrische Federn 209 an die Gehäuse wand gedrückt (siehe Pfeile j, k), wodurch das überschüssige Schmieröl in der Nut 188 über die Kolbenscheibe durch die Bohrungen 168, 169 zurück zur Arbeitswelle 58 und dann aus dem Gehäuse geleitet wird.
Die kreisbogenförmige Kolbenvariante Fig. 5.5- 5.7 und Fig. 6.1, 6.6 wird erfindungsgemäß durch einen Querschnitt, der nach unten einen Sockel 10 aufweist, dargestellt. Die Kolbennut 162 wird horizontal in den Sockel weiter- geführt. Die horizontale Nut 163 im Sockel Fig. 6.3 dient, wie bei der rechtwinkligen Kolbenvariante, zur Aufnahme weiterer, sich zur Kolbenscheibe 90° kreuzender trapezförmiger Dichtelemente. Die überstehende Seite bei beiden Kolbenvarianten hat zur benachbarten Kolbenscheibe radial einen geringen Freigang 164, der etwa dem der Kolben zum Gehäuse entspricht Fig. 5.6.
Durch den Öldruck im Ölhauptstrom 199, des in der Bohrung 197 in der Mitte des Kolbens zufließenden Öles, werden gleichzeitig die Öl-Abstreifplatten 208, 213 der Ölabstreif-Schmierringsegmente 153 und die Ölabstreif- Schmierelement 160, in ihrer Dichtfunktion zusätzlich unterstützt Fig. 6.5. Mit den Dichtelementen 166, 167 Fig. 5.1- 5.7 wird das Dichtsystem auch am kreisbogenförmigen Kolben geschlossen. Zwei äußere Dichtringe 170, 171 und ein zwischen den Kolbenscheiben angeordneter Dichtring 172 mit einem überlappenden 173 oder geraden Stoß 178 an der Unterseite des Kolbens, dichten die Kammern zur 90° kreuzenden Kolbenscheibe in Richtung zum Gehäusezentrum ab. Erfindungsgemäß werden auch hier durch eine gewellte Feder 175 mit drei Bogen, die Dichtelemente 166 mit Fase und 167 in Trapezform, entgegen den Fliehkräften festgehalten und gleichzeitig auf die Dichtringe 170-172 und Stirnflächen der Kolbenscheibe gedrückt.
Die Kompressionsringsegmente 150, 151 haben eine große Öffhungsweite, damit sie sich mit den äußeren flachen Dichtelementen 166 überlappen 165 können, um die Undichtheit, die durch Fertigungstoleranzen, durch thermische Einflüsse oder hohen Gasdruck im Gehäuse entstehen könnte, zu vermeiden. Der entstehende erhöhte Gasdruck beim Verdichten und bei der Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches unterstützt in allen Richtungen die Dichtwirkung in den Kammern zu den Kolben und Kolbenscheiben der erfindungsgemäßen Gestaltung des Dichtsystems. Der mittlere Dichtring 172 dessen Flanken mit der Fase der beiden Kolbenscheiben übereinstimmen, wird von einem Stift 180, der an einer Kolbenscheibe angebracht ist, mitgedreht.
Mit zylindrischen Federn 63 Fig. 1.1. 2.1 in den Bohrungen 68, werden die
Kolbenscheiben mit den Dichtringen 170, 171 an die Innenwand der Gehäuse
17, 18 und die Pumpenscheiben 215, 216 an die Kolbenscheiben-Innenfläche gedrückt, um deren Dichtfunktion bei thermischer Ausdehnung zu unterstützen.
4.2 Das Schmierkonzept des Motors
Bei jedem Motor ist es erforderlich, für die sich bewegenden mechanischen Teile, ein zuverlässiges Schmiersystem vorzusehen. Fig. 2.1 Gemäß einer vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung wird eine kontinuierliche Öl-Druckumlaufschmierung gestaltet, die gleichzeitig auch eine Kühlfunktion der Motorkolben und -lagerungen mit zusätzlicher Abdichtfunktion der Kolben zueinander und zum Gehäuse übernimmt.
Um einen Rückfluss, entgegen der auf das Öl wirkenden Fliehkräfte, aus dem Gehäuse zu sichern und den Ölkreislauf aufrecht zu erhalten, ist in Vorteilhafterweise eine Ölpumpenfunktion Fig. 6 in den Kolbenscheiben 5, 6 integriert.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass
auf einer Seite der Arbeitswelle eine Öldrehdurchführung 89 Fig. 2.1 vorgesehen ist, die mit zwei Wellendichtringen 185 abgedichtet und mit zwei Kugellagern 187 auf der Arbeitswelle 58 gelagert wird, - im Zentrum der Arbeitswelle eine Ölbohrung 190 vorgesehen wird, die bis zu den Kolbenscheiben fuhrt und dass in dieser Bohrung ein Gewinde für die Aufnahme mindestens eines Rückschlagventils 192 (mit Durchfluss in Einschraubrichtung) vorgesehen und die Arbeitswelle an beiden Enden stirnseitig dichtend verschlossen wird, - weitere Bohrungen 194, 195 radial Fig. 6 das Pumpennutsegment 210,
211 tangierend neben der Kolbenstange 8 aus den Kolbenscheiben 5, 6 herausgeführt werden, bei einer alternativen Schraubverbindung der Kolben 1 - 4 zu der Kolbenscheibe Fig. 2.5 das Öl über eine zentrale Ölbohrung 194 über das Rückschlagventil 191 (mit Durchflussrichtung entgegen der Einschraubrichtung) durch die Kolbenschraube 23 geführt wird, in jedem einzelnen Kolben 1 - 4 die Bohrungen 194, 195 Fig. 6.1- 6.6 mit einer V-förmigen Nut 196 zu einer zentralen, vertikalen Bohrung 197, die am oberen Ende des Kolbens austritt, zusammengeführt wer- den, unter dem Ölabstreif-Schmierringsegment 153 bzw. Schmierelement 160 das Öl in der Nut 198 des Kolbens auf einer Seite über zwei Bohrungen 201 zurück zum Zentrum des Gehäuses fliesen kann und dabei die Gehäuseoberfläche im Nebenstrom 200 geschmiert wird und das Öl im Hauptstrom 199 des Ölabstreif- und Schmierringes gleichzeitig eine zu den benachbarten Kolben abdichtende und kühlende Funktion übernimmt, bei der alternativen Schraubverbindung Fig. 2.5 der Kolben zur Kolbenscheibe das Öl über den Kolbenbolzen 24 zurück zu den Bohrungen 201 und zu den Öl- Abstreifplatten 208, 213 geführt wird und an dieser
Stelle nur das zur Schmierung erforderliche ÖL austreten kann und der Hauptölstrom über die Bohrung 168, 169 zurück zur Arbeitswelle geführt wird, sich an jedem Ende des Ölabstreif- Schrnierringsegmentes 153 bzw. Schmierelementes 160 eine in den Kolben eingefügte Öl-Abstreifplatte
208, 213 befindet, die auf beiden Seiten der Gehäusewand jeweils das überschüssige Öl im Kolben, durch den Druck der Federn 209 über die V-förmige Nut 203 und die Bohrungen 201, 202 sowie der Bohrung 168, 169 Fig. 6 zurück zur Arbeitswelle 58 und aus dem Gehäuse leitet, - die beiden Gehäuse 17, 18 Fig. 2.1 je zwei Bohrungen 204, 205 aufweisen, die es ermöglichen das Öl aus dem Gehäuse herauszuführen, um den Kreislauf zu einem Ölkühler zu schließen, die beiden Kolbenscheiben 5, 6 radial und axial mehrere Bohrungen 62 aufweisen, die eine Verbindung zu den axialen Bohrungen 64, 65 der inneren Kupplungsscheiben 69, 70 für die Schmierung der Lagerung zwischen der äußeren/inneren Kupplungsscheiben ermöglichen, mit all diesen Maßnahmen alle drehenden Lagerteile mit Öl versorgt werden können.
Eine Ölpumpenfunktion Fig. 6 wird erfindungsgemäß Vorteilhafterweise dadurch erreicht, dass die beiden Kolbenscheiben 5, 6 wie auch die Motorkolben relativ zur kontinuierlichen Drehung der Arbeitswelle sich immer nach 90°/60°/36° Kw abwechselnd einmal zu- bzw. auseinander drehen, an den beiden Kolbenscheiben radiale Ölbohrungen 186 vorgesehen sind, die in Verbindung zu den zwei Pumpennutsegmenten 210, 211 stehen, zwischen den Kolbenscheiben zwei Pumpenringe 215, 216 vorgesehen werden, die breiter sind als die kreisbogenförmigen Nuten und über den Innendurchmesser in einer Vertiefung 217 der Kolbenscheiben gefuhrt werden, diese Pumpenringe mit jeweils zwei Nocken 218, 219 ausgestattet sind, die genau in den Pumpennutsegmenten 210, 211 an einer Seite der Nut anliegen und die so lang sind, dass sie die beiden Ölbohrungen 212 nach einer Drehung um 90o/60°/36° Kw am anderen Ende der Nut abdecken können, sich weiterhin an jedem Pumpenring mindestens zwei Mitnehmerbolzen
221, 222 am äußeren Durchmesser der Pumpenringe befinden, die sich übergreifend vom rechten Pumpenring in eine Nut 220 der linken Kolbenscheibe und umgekehrt einfügen und von dieser mitgedreht werden, das in den Pumpennutsegmenten 210, 211 befindliche Öl durch die re- lative Drehung der Pumpenringe und Nocken und durch das sich schließende Rückschlagventil 192, gleichzeitig in alle hierfür vorgesehenen Bohrungen 194 der Kolbenscheibe und der Motorkolben gepresst wird, durch die umgekehrte relative Drehung der Pumpenringe und Nocken eine Saugwirkung entsteht und der Rückfluss des Öles aus der zentralen Bohrung des Motorkolbens beim Ansaugvorgang dadurch verhindert wird, dass erfindungsgemäß für jeden Kolben ein Rückschlagventil 191 in der Bohrung 194 vorgesehen wird Fig. 2.5 oder unter jedem Kolben eine Abdichtplatte 224 so dimensioniert und befestigt ist, dass sie einmal die Nut 196, 203 Fig. 6.1, 6.3 im Kolben und mittels zweier kreis- bogenförmiger durch Ausklinkung 227 entstehende, bewegliche La- sehen 225, 226 beide Bohrungen 194, 195 neben der Kolbenstange 8 abdecken kann, die Förderleistung der Ölpumpe durch die Tiefe, Breite und Radius der Pumpennutsegmenten 210, 211 an die Erfordernisse angepasst werden kann.
Das durch das Gehäuse fließende Öl Fig. 2.1 muss nach außen hin abgedichtet werden. Die Abdichtung zwischen den beiden Gehäusen 17, 18 und dem ringförmigen Zylinder 19 erfolgt durch zwei flache oder runde Dichtringe 230, die auch gleichzeitig die Abdichtung aller vier Kammern zueinander unterstützen. Ein axialer wirkender flacher Dichtring 231 dichtet das Gehäuse zur inneren Kupplungsscheibe ab. Die axiale Abdichtung von der Kolbenscheibe 5, 6 zur äußeren Kupplungsscheibe 69, 70 übernimmt ein O-Ring 232. Die Dichtlippen der Kugellager 77, 78 übernehmen die Funktion der Abdichtung der äußeren Kupplungsscheibe und zwei O-Ringe 234, 235 zur Arbeitswelle.
4.3 Das Kühlkonzept des Motors
Die beim Verbrennungsprozess entstehende Wärme wird bekannterweise nur zu einem geringem Teil in Bewegungsenergie umgesetzt. Die überschüssige Wärme muss über ein geeignetes Kühlsystem nach außen abgeführt werden.
Dies wird erfindungsgemäß Fig. 7 dadurch erreicht, dass beide Gehäuse 17, 18 einen Hohlraum 240 aufweisen, der durch die beiden Gehäuseabdeckung 95, 96 geschlossen wird und auf jeder Seite der Gehäuseabdeckung je zwei O- Ringe 244, 245 den Raum für ein durchfließendes Kühlmedium abdichten und dass der ringförmige Zylinder 19 im Inneren einen Hohlraum 242 aufweist, durch den das Kühlmedium in gleicher Richtung fließen kann.
Auf jeder Seite im Hohlraum des Gehäuses und im ringförmigen Zylinder 19 ist eine als Gehäuserippe ausgeführte Trennwand 243, 247 vorgesehen, die das abgekühlte Kühlmittel gleichzeitig durch drei Einströmöffhungen 250, 251, 257 entgegen der Kolbendrehrichtung zur größeren Wärmezone an der Abgasseite fuhrt. Die Ausströmöffnungen 252, 253, 258 befinden sich nach einer vollständigen inneren Umspülung des Gehäuses und Zylinders 19 auf der gege- nüberliegenden Seite zur Trennwand 243, 247, wo das erwärmte Kühlmittel zum Wasserkühler und einem thermostatisch geregelten Kühlkreislauf zugeführt wird.
Erfindungsgemäß dient die Trennwand 247 und eine gegenüberliegende Rippe 248 gleichzeitig zur Aufnahme der erforderlichen Ölbohrungen 204, 205.
Jeder einzelne Kolben wird in Vorteilhafterweise zusätzlich zur Ölkühlung durch die Umspülung der Vorder- und Rückseite mit frischem Kraftstoff-Luft- Gemisch nach jeder vollen Umdrehung gekühlt.
4.4 Einbaulage und Leistungssteigerung des Motorkonzeptes
Das gesamte Motorkonzept in der Außenansicht 50, 60, 45 zeigen die Fig. 8.1, Fig. 8.2 und Fig. 9. In der gewählten Einbaulage kann z.B. die erfindungsgemäße sensorgesteuerte RKB mit je zwei sich gegenüber am Gehäuse ange- brachten Konsolen 260 gelagert werden, um das entstehende Motordrehmoment abzustützen. Der Stutzen 262 in horizontaler Lage am Gehäuse 17 ist die Verbindung zu einem Vergaser des Motors. Der nach unten führende Stutzen 265 am Gehäuse 18 ist für den Anschluss eines Schalldämpfers vorgesehen.
Über eine Verbindung vom Abgasstutzen 265 zum Frischgasstutzen 262 wird der Einbau einer geregelten Abgasturboaufladung gewährleistet.
Mit einer Saugrohreinspritzung und einer Kompressoraufladung im Frischgasstutzen 262 ist eine deutliche Erhöhung der Motorleistung, bei geringen Verbrauchswerten zu erwarten. Bezugszeichenliste:
Ziffer Bezeichnung Ziffer Bezeichnung Ziffer Bezeichnung |
Figure imgf000033_0001
Figure imgf000034_0001

Claims

Patentansprüche
1. Rotationskolben-Brennkraftmaschine (RKB) mit zwei Kolbenpaaren (a) (b), die jeweils auf einer Kolbenscheiben (5, 6) angebracht sind und in einem ringförmigen Zylinder (19) eines geschlossenen Gehäuses (17, 18) um eine zentrale Achse rotieren und dabei eine Arbeitswelle (58) antreiben, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (1 bis 4) der Kolbenpaare (a, b) an jeder Stirnseite jeweils einen Zapfen (48) aufweisen, dass die Kolben (1 bis 4), sowie zwei interne elektronisch kommutierte Starter, Generatoren, Motoren (ECM) (102 bis 104) in Außenpolbauweise mit einer Magnet- scheibe (112), durch Sensoren (87, 113, 118, 120, 125, 126, 130, 131) berührungslos gesteuert beziehungsweise geregelt sind und das eine 90° kreuzende Dichtgrenze vorgesehen ist, die mit Hilfe von gewellten Federn (175) sowie rechtwinkligen Dichtelementen (158, 159) und trapezförmigen Dichtelementen (166) zusammen mit Kolbenringen (170 bis 172) in den Kolbenscheiben (5, 6) innerhalb des ringförmigen Zylinders (19) in einer wieder kehrenden Arbeitsposition Kammern (26 bis 29) bilden, die Arbeitsspiele eines Viertaktmotors ausfuhren.
2. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass als Kammern in der Arbeitsposition zwischen den Stirnflächen der Kolben (1 - 4) mit den Zapfen im oberen Totpunkt (OT) eine Ansaugkammer und im unteren Totpunkt (UT) eine Arbeitskammer gebildet wird, dass an der Kolbenrückseite der Kolbenpaare (a), (b) eine Verdichtungskammer (27) und eine Expansionskammer (29) gebildet sind, und dass im oberen Totpunkt (OT) eine Ansaugöffhung (35) für den Anschluss von frischem Kraftstoff-Luft-Gemisch, sowie im unteren Totpunkt (UT) im Gehäuse (17), (18) eine Zündkerze (42) und mit Abstand eines KoI- benwinkels zum oberen Totpunkt (OT) eine Abgasöffhung (36) in der Ex- pansionskammer vorgesehen sind.
3. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass mit einem Kolbenwinkel, das heißt einem Winkelbereich
45°/60°/72°, über welchen sich ein von Kolben mit Zapfen (48) erstreckt und dem Kolbenhub (Kurbelwinkel), das heißt dem Winkelbereich 90°/60°/36° (Kw), über welchen sich ein Kolben bewegen kann von sich die Arbeitsposition nach 135°/1207108° (Kw) wiederholt, dass die Sum- me der Winkelgrade von zwei Kolben mit Zapfen (48) und dem Kolbenhub immer 180° (Kw) beträgt.
4. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Expansionskraft des komprimierten und durch die Zündkerze (42) im unteren Totpunkt (UT) zwischen zwei Kolben in der Arbeitskammer (28) gezündeten Kraftstoff-Luft-Gemisches abwechselnd ein Kolbenpaar (b) beziehungsweise (a) bewegt wird, während das zweite Kolbenpaar (a) beziehungsweise (b) durch eine Rücklaufsperre (21), (22), die im Gehäuse (17), (18) sich abstützend, zwischen dem Ku- gellager (15), (16) und der Kolbenscheibe, konzentrisch auf einer Nabe
(14) gelagert ist, maximal über den Zeitraum der Drehbewegung von 90760°/36° (Kw) stehen bleibt, und dass dabei in den Kammern (26 - 29) die Arbeitsspiele eines Viertaktmotors ausgeführt werden, und dass sich danach beide Kolbenpaare gemeinsam weiterdrehen bis ein neuer Arbeits- takt beginnt.
5. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitswelle (58) mit einem Schwungrad (88) und einer Zahnrad- Steuerscheibe (83), (84) durch eine entgegengesetzt wir- kende, zwischen der inneren Kupplungsscheibe (69), (70) und der äußeren
Kupplungsscheibe (80) (81) konzentrisch gelagerte Rücklaufsperre (75), (76) durch das sich drehende Kolbenpaar (a) beziehungsweise (b) mitge- dreht wird, oder dass die Steuerscheibe (83, 84) durch einen Rotor (102) eines ECM (102 - 104) mit Permanentmagnet (104) und einer Magnetscheibe (112) ersetzt ist, und dass auf beiden Seiten der Gehäuseabdeckung (95), (96) konzentrisch zur Arbeitswelle ein Stator insbesondere in Form eines Elektromagneten (103) befestigt ist und der Rotor mit Permanentmagnet elektrisch beziehungsweise durch die Kolbenpaare angetrieben wird.
6. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 2 bis 5, dadurch ge- kennzeichnet, dass das in der Verdichtungskammer (27) des ringförmigen
Zylinders (19) zwei Öffnungen (30) vorgesehen werden, die mittels einer Druckluftleitung (32) verbunden sind, und dass diese Druckluftleitung (32) ein elektrisch regelbares Drossel- und Rückschlagventil (52) aufweist, durch welches ein Druckgefalle von der Verdichtungs- (27) zur Ansaug- kammer (26) hin ausgleichbar ist, wenn sich ein Kolben (1 - 4) zwischen den beiden Öffnungen (30) befindet, und dass sich in der Expansionskammer (29) eine weitere Öffnung (31) befindet, die mit einem Rückschlagventil (54) verschlossen ist und bei Unterdruck diese Kammer öffnet.
7. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung und Regelung des Zündfunkens für zwei Zündkerzen (42) berührungslos über einen Sensor (130), (131) erfolgt, der auf je einer mit einem Stab (149) verbundenen Trägerscheiben (132), (133) montiert ist, wobei der Sensor (130), (131) um eine Zentralachse der Ge- häuseabdeckung (95), (96) drehbar gelagert ist, und dadurch der Zeitpunkt der Zündung einstellbar ist.
8. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer formschlüssigen axialen Kupplung (66), (67) eine starre Verbindung von einem Zahnkranz (85), (86) über die Zahnrad-
Steuerscheibe (83), (84) oder einem Rotor (102) mit Permanentmagnet (104) und einer Magnetscheibe (112) des ECM (102 - 104) ersetzt ist, zur inneren Kupplungsscheibe (69), (70) und Kolbenscheibe (5), (6) hergestellt wird und dass dadurch die Kolbenpaare (a), (b) von je einem externen Starter (139) (140), der mittels eines Sensors (118), (120), der an der Gehäuseabdeckung (95), (96) im oberen Totpunkt befestigt ist, über zwei symmetrisch angeordnete äußere Kreissegmente (122, 123) oder von je einem internen ECM (102 - 104), aus einer beliebigen Position innerhalb des ringförmigen Zylinders (19), die Kolbenpaare (a) und (b) berührungslos detektiert oder durch Hallsensoren beziehungsweise Lagegeber (113) elektronisch kommutiert, gesteuert und geregelt werden.
9. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass über zwei symmetrisch angeordnete innere Kreissegmente (128), (129) ein Sensor (125), (126), der an der Gehäuseabdeckung (95), (96) im oberen Totpunkt befestigt ist, schaltbar ist, wobei bei Schalten des Sensors (125) der Hubmagnet (98) oder ein Polwendeschalter (93) des
Kolbenpaares (b) aktiviert ist, und wobei bei Schalten des Sensors (126) der Hubmagnet (99) oder ein weiterer Polwendeschalter (94) des Kolbenpaares (a) aktiviert ist, und wobei die Hubmagnete (98), (99) zwei symmetrische Verriegelungen betätigen oder die Polwendeschalter (93, 94) oder der elektronisch kommutierte, gesteuerte und geregelte Rotor (102) des
ECM (102-104), die Drehrichtung abwechselnd umkehren, wodurch eines der Kolbenpaare (a), (b) angehalten ist.
10. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 9, dadurch ge- kennzeichnet, dass bei einer im Querschnitt kreisbogenförmigen Kolbenvariante die Kolben (1 - 4) einen Sockel (10) aufweisen und äußeren Nuten (162) der Kolben (1 - 4) mindestens zwei Kompressionsringsegmente (150), (151) mit einer Öffhungsweite, die der Breite der beiden Kolbenscheiben (5) und (6) entspricht, aufweisen, und dass bei einer im Quer- schnitt rechtwinkeligen Kolbenvariante in einer äußeren Nut (179) je zwei für die Kompression erforderliche rechtwinkelige Dichtelemente (158, 159) Dichtgrenzen zur Zylinderfläche ausbilden, wobei einer mittleren Nut (177), (198) für die Schmierung und Unterstützung der Abdichtung ein Ölabstreif-Schmierringsegment (153) beziehungsweise zwei rechtwinklige Ölabstreif-Schmierelemente (160), die sich zum zylindrischen Gehäuse (19) überlappen (183), und welche Bestandteile einer Öldruckumlauf- Schmierung sind, vorgesehen sind.
11. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit drei Bogen gestaltete gewellte Feder (175) in der horizontal verlaufenden und tieferen Nut (163), (182), (177), (179) ange- ordnet ist und sich mit den beiden äußeren Bogen in der tieferen Nut ( 163),
(182), (177), (179) abstützt, und dass mit der Federkraft der mittleren Bo- genform das trapezförmige Dichtelement (167) mit seiner Stirn- und Flankenfläche und gleichzeitig der mittlere trapezförmige Dichtring (172) und die beiden äußeren flachen Dichtelemente (166) auf die Stirnfläche der Kolbenscheiben (5), (6) gedrückt und fixiert werden, und dass die beiden
Enden der gewellten, horizontal zusammengedrückten Feder sich unter 45° entweder direkt an den Dichtelementen (166) oder an der Schnitt- beziehungsweise Innenkante zu den rechtwinkeligen Dichtelementen (158), (159) abstützen können, sodass eine Dichtwirkung in alle Richtungen (a - h), (j, k), auch bei Stillstand der Kolbenpaare (a, b), gegeben ist.
12. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Kupplungsscheibe (69), (70) zusammen mit der Zahnrad- Steuerscheibe (83), (84) oder dem Rotor (102) mit Per- manentmagnet (104) und Magnetscheibe (112) als Einheit auf der äußeren
Kupplungsscheibe (80), (81) in den Kugellagern (72), (73) und (77), (78) gelagert ist, wobei die Einheit mittels eines Gleitlagers (61) oder eines Nadellagers in der konzentrischen Bohrung der Kolbenscheiben (5), (6) zusammen mit der Arbeitswelle (58) mit geringem axialen Spiel über eine Federscheibe (90) zum Gehäuse (17), (18) abgestützt ist, und dass die äußere Kupplungsscheibe (80), (81) mit der Arbeitswelle (58) und dem Schwungrad (88) durch eine Passfeder (82) verbunden ist und bei stehen- dem Kolbenpaar (a) und/oder (b) relativ zur inneren Kupplungsscheibe in einer Richtung drehbar ist.
13. Rotationskolben-Brennkraftrnaschine nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Komponenten einer Öldruckumlaufschmierung und mindestens zwei übergreifende Mitnehmer-Bolzen (221), (222) vorgesehen sind, mittels derer durch die Bewegung der Kolbenscheiben (5), (6) und der Kolbenpaare (a), (b) zwischen den Kolbenscheiben angeordnete Pumpenringe (215), (216) antreibbar sind, die mit jeweils zwei Nocken (218) (219) ausgestattet sind, welche in Pumpennutsegmenten (210), (211 ) der Kolbenscheibe (5, 6) an einer Stirnseite der Nut anliegen und die so lang sind, dass sie Ölbohrungen (212) nach einer Drehung um 90o/60°/36° Kw am anderen Ende der Nut abgedeckt sind, und dass mit zylindrischen Federn (63) in der Kolbenscheibe (5, 6) die Abdichtfunktion der Kolben- Scheiben (5), (6) zum Gehäuse (17), (18) und den Pumpenscheiben (215),
(216) an der Innenseite der Kolbenscheiben unterstützt wird.
14. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Leistungssteigerung über eine Verbin- düng vom Abgasstutzen (262) zum Frischgasstutzen (265) eine geregelte
Abgasturboaufladung ermöglicht ist, und dass über den Frischgasstutzen (265) eine Saugrohreinspritzung und/oder eine Kompressoraufladung gewährleistet ist, und/oder dass dieser Motor eine Start-Stoppfunktion aufweist, durch welche bei stehenden Kolbenpaaren (a), (b) die Arbeitswelle (58) zusammen mit der im Schwungrad (88) gespeicherten Energie sich frei weiterdreht und der Motor unabhängig von der drehenden Arbeitswelle (58) wieder startbar ist, und/oder dass im Gehäuse (17) (18) zwischen den Zündkerzen (42) in der Arbeitskammer (28) eine Kraftstoffeinspritzdüse (43) angeordnet ist.
15. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem links und rechts zu diesem ange- ordneten internen ECM mit der Funktion als Starter, Generator und EC- Motor, die Betriebsweise der RKB als Stand-alone Antrieb betreibbar ist und mit einem externen Elektromotor ein seriell, parallel, oder kombinierter Hybridantrieb realisierbar ist, dass durch abwechselnde Zuschaltung der beiden internen ECM zu der RKB ein paralleler Hybridantrieb realisierbar ist, dass bei abgeschaltetem RKB ein alleiniger Betrieb der internen ECM realisierbar ist, und/oder dass ein rückwirkender Antrieb des Schwungrades (88) durch Bremsenergie mit dem Freilauf (75), (76), der die Arbeitswelle zu den Kolbenpaaren entkoppelt, erfolgen kann.
PCT/EP2010/000358 2009-02-04 2010-01-22 Rotationskolben-brennkraftmaschine WO2010089030A2 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP10702820A EP2394023B1 (de) 2009-02-04 2010-01-22 Rotationskolben-brennkraftmaschine

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200910008205 DE102009008205B4 (de) 2009-02-04 2009-02-04 Rotationskolben-Brennkraftmaschine
DE102009008205.0 2009-02-04

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2010089030A2 true WO2010089030A2 (de) 2010-08-12
WO2010089030A3 WO2010089030A3 (de) 2011-10-20

Family

ID=42309029

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2010/000358 WO2010089030A2 (de) 2009-02-04 2010-01-22 Rotationskolben-brennkraftmaschine

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2394023B1 (de)
DE (1) DE102009008205B4 (de)
WO (1) WO2010089030A2 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012004641A1 (de) * 2012-03-07 2013-09-12 Audi Ag Kompressor für einen aufgeladenen Verbrennungsmotor und Verfahren zum Montieren eines solchen Kompressors
WO2016201490A1 (en) * 2015-06-19 2016-12-22 Galin Anatoli Electromagnetic only vane coordination of a cat and mouse engine
CN115163200A (zh) * 2022-07-26 2022-10-11 聂再安 旋转活塞蒸汽机
CN115434820A (zh) * 2021-07-27 2022-12-06 淄柴机器有限公司 油气双燃料船用发动机的缸盖及具有该缸盖的发动机

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015075735A2 (en) * 2013-10-18 2015-05-28 Das Ajee Kamath A system of packaging of fluid and energy exchange accessories in a fluid handling machine
CN108211116B (zh) * 2018-02-07 2024-02-20 宁波越凡医疗科技有限公司 具有按摩功能的止吐手环
WO2020164679A1 (en) * 2019-02-14 2020-08-20 Branimir Vidinsky Methods and machines with reciprocating and rotating pistons with positive displacement
MX2020003281A (es) * 2020-03-23 2022-08-16 Fabian Bricio Arzubide Alvaro Motor rotativo de combustión externa.

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1426022A1 (de) 1961-05-30 1969-03-13 Kauertz Dipl Ing Eugen Arbeitskraftmaschine mit Fluegelkolben,insbesondere Brennkraftmaschine
DE1965865A1 (de) 1969-11-13 1971-05-19 Czaika Paul Peter Ringzylinder-Verbrennungskraftmaschine
DE2353807A1 (de) 1973-10-26 1975-04-30 Horst Hendel Bogenkolben-brennkraftmaschine
DE3038500A1 (de) 1980-10-11 1982-05-27 Erich 6602 Dudweiler Rietz Brennkraftmaschine mit kreisfoermiger umlaufbahn der kolbenpaare
DE3046725A1 (de) 1980-12-11 1982-07-15 Rudolf Dipl.-Ing. Santiago Keller Drehkolben-verbrennungsmotor
DE3330125A1 (de) 1983-08-20 1985-03-07 Friedrich Dipl.-Ing.(FH) 3174 Meine Hauptstein Verbrennungskraftmaschine mit schwenkkolbenverbrennungsmotor und schwenkkolbenverdichter
US5222463A (en) 1992-07-23 1993-06-29 Monti Farrell Oscillating piston engine

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE306613C (de) *
DE582181C (de) * 1930-08-06 1933-08-10 Bruno Hein Drehkolbenbrennkraftmaschine
US3268157A (en) * 1963-05-10 1966-08-23 Goetzewerke Radial packing for rotary piston machines, especially internal combustion engines
DE1945729A1 (de) * 1969-09-10 1971-03-11 Chahrouri Kamal Nagib Verbrennungsmotor
EP0494912A4 (en) * 1989-10-04 1992-08-05 Archimedes Associates, Inc. Rotary piston machine seal
WO1991010820A1 (de) * 1990-01-20 1991-07-25 Huschang Sabet Rotationskolbenverbrennungskraftmaschine
DE4428341A1 (de) * 1994-08-10 1996-02-15 Pelz Peter Drehkolben-Arbeitsmaschine
DE19526803A1 (de) * 1995-07-14 1997-01-16 Ses Minicars Kg Vorrichtung und Verfahren zur Regelung der Leistung eines Drehkolbenmotors
DE19758337A1 (de) * 1997-12-22 1999-07-01 Werner Mackenbrock Rotationsverbrennungsmotor mit ringförmigem Arbeitsbereich
US20040163620A1 (en) * 2003-02-20 2004-08-26 Lund David R. Rotating piston engine

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1426022A1 (de) 1961-05-30 1969-03-13 Kauertz Dipl Ing Eugen Arbeitskraftmaschine mit Fluegelkolben,insbesondere Brennkraftmaschine
DE1965865A1 (de) 1969-11-13 1971-05-19 Czaika Paul Peter Ringzylinder-Verbrennungskraftmaschine
DE2353807A1 (de) 1973-10-26 1975-04-30 Horst Hendel Bogenkolben-brennkraftmaschine
DE3038500A1 (de) 1980-10-11 1982-05-27 Erich 6602 Dudweiler Rietz Brennkraftmaschine mit kreisfoermiger umlaufbahn der kolbenpaare
DE3046725A1 (de) 1980-12-11 1982-07-15 Rudolf Dipl.-Ing. Santiago Keller Drehkolben-verbrennungsmotor
DE3330125A1 (de) 1983-08-20 1985-03-07 Friedrich Dipl.-Ing.(FH) 3174 Meine Hauptstein Verbrennungskraftmaschine mit schwenkkolbenverbrennungsmotor und schwenkkolbenverdichter
US5222463A (en) 1992-07-23 1993-06-29 Monti Farrell Oscillating piston engine

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012004641A1 (de) * 2012-03-07 2013-09-12 Audi Ag Kompressor für einen aufgeladenen Verbrennungsmotor und Verfahren zum Montieren eines solchen Kompressors
DE102012004641B4 (de) * 2012-03-07 2013-10-24 Audi Ag Kompressor für einen aufgeladenen Verbrennungsmotor und Verfahren zum Montieren eines solchen Kompressors
WO2016201490A1 (en) * 2015-06-19 2016-12-22 Galin Anatoli Electromagnetic only vane coordination of a cat and mouse engine
RU2684133C2 (ru) * 2015-06-19 2019-04-04 Анатолий ГАЛИН Способ согласования вращения валов роторно-лопастного двигателя-генератора, роторно-лопастной двигатель-генератор
AU2016281184B2 (en) * 2015-06-19 2019-08-15 Galin, Anatoli MR Electromagnetic only vane coordination of a cat and mouse engine
DE112016002757B4 (de) 2015-06-19 2023-07-06 Anatoli Galin Elektromagnetische Koordination der Wellenumdrehung in einer Drehschiebermaschine
CN115434820A (zh) * 2021-07-27 2022-12-06 淄柴机器有限公司 油气双燃料船用发动机的缸盖及具有该缸盖的发动机
CN115163200A (zh) * 2022-07-26 2022-10-11 聂再安 旋转活塞蒸汽机
CN115163200B (zh) * 2022-07-26 2024-04-16 聂再安 旋转活塞蒸汽机

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010089030A3 (de) 2011-10-20
EP2394023A2 (de) 2011-12-14
DE102009008205A1 (de) 2010-08-05
DE102009008205B4 (de) 2012-11-08
DE102009008205A9 (de) 2011-01-13
EP2394023B1 (de) 2013-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2394023B1 (de) Rotationskolben-brennkraftmaschine
DE69632754T2 (de) Axialkolbenmaschinen
EP1846646A1 (de) Rotor-kolben-verbrennungsmotor
WO2003098004A1 (de) Rotationsverbrennungskraftmaschine
WO1987005964A1 (en) Rotating and alternating piston machine
DE19711084A1 (de) Rotationskolbenmaschine
WO1995034750A1 (de) Verbrennungsmotor, kompressor oder pumpe
DE102007019985A1 (de) Kraft- und Arbeitsmaschine mit Rotationskolben
DE102006014425A1 (de) Brennstoffrotationskolbenmotor
DE3825365A1 (de) Drehkolbenmaschine
DE2609507A1 (de) Umlaufmotor
DE3317431A1 (de) Viertakt-drehkolbenmotor
DE102009052960B4 (de) Freikolben-Brennkraftmaschine
EP0581975A1 (de) Verrennungsmotor mit rotationsfreilaufenden Kolben
DE102016200057B4 (de) Verbrennungsmotor mit Faltbrennraum
DE202010010622U1 (de) Drehkolbenkraftmaschine mit Ventilsteuerung
DE102008050493B3 (de) Drehkolbenmotor
DE102016007565A1 (de) Schleudersegmentfunktionsprinzip einer fluidbetriebenen Kraftmaschine mit Fremdzündung, genannt Kaisermotor
WO1986005545A1 (en) Rotary piston machine with periodically variable rotation speeds
DE19948006A1 (de) Verbrennungskraftmaschine
DE102004020477A1 (de) Interner Viertakt-Verbrennungsmotor
DE102009033512B4 (de) Segmentkolbenmotor, insbesondere in der Ausgestaltung eines Vier-Takt-Verbrennungsmotors
DE69902581T2 (de) Rotierende viertakt brennkraftmachine
DE4306723C2 (de) Rotationskolben-Verbrennungsmotor
DE3615102A1 (de) Drehkolbenbrennkraftmaschine

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10702820

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010702820

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 218952

Country of ref document: IL