WO2012052518A1 - Gleichraumverbrennungsmotor - Google Patents

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WO2012052518A1
WO2012052518A1 PCT/EP2011/068353 EP2011068353W WO2012052518A1 WO 2012052518 A1 WO2012052518 A1 WO 2012052518A1 EP 2011068353 W EP2011068353 W EP 2011068353W WO 2012052518 A1 WO2012052518 A1 WO 2012052518A1
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WO
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piston
unit
combustion engine
rotor
cylinder
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PCT/EP2011/068353
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Albert Magnus Thiel
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Albert Magnus Thiel
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B13/00—Reciprocating-piston machines or engines with rotating cylinders in order to obtain the reciprocating-piston motion
    • F01B13/04—Reciprocating-piston machines or engines with rotating cylinders in order to obtain the reciprocating-piston motion with more than one cylinder
    • F01B13/06—Reciprocating-piston machines or engines with rotating cylinders in order to obtain the reciprocating-piston motion with more than one cylinder in star arrangement
    • F01B13/061—Reciprocating-piston machines or engines with rotating cylinders in order to obtain the reciprocating-piston motion with more than one cylinder in star arrangement the connection of the pistons with the actuated or actuating element being at the outer ends of the cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B57/00—Internal-combustion aspects of rotary engines in which the combusted gases displace one or more reciprocating pistons
    • F02B57/08—Engines with star-shaped cylinder arrangements
    • F02B57/10—Engines with star-shaped cylinder arrangements with combustion space in centre of star
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    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
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    • F02B2075/1804—Number of cylinders
    • F02B2075/1812—Number of cylinders three
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2275/00—Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
    • F02B2275/36—Modified dwell of piston in TDC
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]

Definitions

  • the invention relates to a constant-volume combustion engine, in particular a reciprocating engine according to the preamble of patent claim 1.
  • the invention also relates to a method for operating an internal combustion engine according to the preamble of claim 20 and a use of a reciprocating internal combustion engine according to the preambles of claims 24, 25 and 27.
  • Reciprocating engines are known in a variety of different embodiments from the prior art.
  • the document DE 32 16 007 C2 shows a cylinder-piston machine, wherein the cylinder / piston units are arranged radially to the axis of rotation of the drive shaft in the rotor and the pistons are supported on a control wall formed on a stator inner wall and upon rotation of the rotor according to Course of the cam perform a lifting movement.
  • the object of the invention is thus to develop a reciprocating engine such that the disadvantages of the prior art are avoided.
  • the invention is based on a constant-volume combustion engine, preferably a five-stroke constant-volume combustion engine, in particular a reciprocating engine for generating mechanical energy by expansion of a gas or a hot gas from the combustion of a gas and / or gas fuel mixture.
  • the motor comprises a stator unit, a drive shaft rotatably mounted centrally in the stator unit, a rotor unit fixedly connected to the drive shaft, a control cam which is arranged in the stator unit and at least one piston-cylinder unit which is arranged in the rotor unit is, wherein the piston of the at least one piston / cylinder unit is supported on the control cam via guide means and carries out thereby influenced stroke movement.
  • the piston / cylinder unit is installed in a stator and the cam is rotatably connected to the drive shaft.
  • the drive shaft is non-rotatably connected to the control cam or non-rotatably connected to the piston / cylinder unit. In both cases, using the basic idea of the present invention, the drive shaft can be driven particularly effectively.
  • the constant-volume combustion engine has a stator unit, a rotor unit, a control cam and at least one piston / cylinder unit, wherein a piston of the at least one piston / cylinder unit is supported on the control cam via guide means and can thereby be influenced Performs lifting movement.
  • control cam has a course which generates a constant position of the position of the piston in the piston / cylinder unit in at least one defined angle or angular section of the rotational movement of the rotor unit, wherein the defined angle section at least partially associated with a combustion cycle is.
  • the piston / cylinder unit can be arranged in the rotor unit.
  • the rotor unit may also be provided with the control cam. It is advantageous if the defined angle section is assigned to a combustion cycle. It is furthermore advantageous if the defined angle section is assigned to an entire or at least partial combustion cycle.
  • the constant position of the piston produces a high pressure in the combustion chamber of the piston / cylinder unit during the complete combustion of the fuel gas mixture.
  • a significant advantage of the constant velocity internal combustion engine according to the invention is the high pressure generation in the combustion chamber, whereby high forces are generated to generate a torque.
  • the volume of the combustion chamber, defined by the position of the piston in the piston / cylinder unit, is preferably kept constant after the completion of the compression stroke during the entire combustion of the fuel by the piston resting in its stroke position. Only after completion of the combustion cycle, an expansion and thus a piston movement is possible, whereby torque-generating forces are transmitted.
  • the invention is independent of the number of piston / cylinder unit. If multiple piston / cylinder units are used, it is advantageous if they have a uniform angular distance from each other. It has proven to be particularly suitable to use three piston / cylinder units. These may preferably be at an angle of 60 ° to each other.
  • the piston leaves unchanged its position in the piston / cylinder unit during the entire combustion cycle due to the curve of the control cam.
  • the constant position of the piston in the piston / cylinder unit it is also possible for the constant position of the piston in the piston / cylinder unit to take place over a shorter period of time or angular section or over a longer period or angle section. It is possible that the constant position of the piston already takes place before the combustion stroke, but preferably only a short angle section before, and ends before the completion of the combustion cycle.
  • the constant position of the piston in the piston / cylinder unit takes place shortly after the start of the combustion cycle, but beyond the combustion cycle, preferably only over a short time Angular section is maintained beyond.
  • the at least one piston / cylinder unit is arranged such that its cylinder axis tangentially spaced from the axis of rotation of the drive shaft.
  • the piston / cylinder unit can be arranged in the rotor unit or in the stator unit.
  • the tangential arrangement has been found to be very advantageous in two embodiments preferably provided to measure the power transmission for generating a torque.
  • the control cam along the cylinder axis of the piston / cylinder unit has a recession-like, in particular linear retracting course or a recess in the course.
  • Piston expansion is understood to mean the emergence of the piston from the cylinder, driven by built-up pressure of the burned fuel. Due to the return-like course, an optimized effective direction of the piston expansion forces is achieved, and thus generates a large torque on the rotor unit.
  • the stator unit comprises at least one bearing plate, which is in communication with the control cam and inlet and outlet bores for supply and discharge of the fuel and / or inlet and outlet bores to Zu and Having derivative of a coolant.
  • This embodiment can also be realized analogously when the piston / cylinder unit is arranged in the stator unit and the control cam in the rotor unit.
  • the rotor unit comprises a central rotor which is axially connected on both sides with a respective rotor disk, wherein the sealing of the rotor unit relative to the stator unit preferably takes place by means of at least one labyrinth seal in the region of at least one rotor disk.
  • the charge change of the fuel mixture takes place between the rotating components central rotor and rotor disk and the stator unit.
  • the tightness in the fuel mixture transfer from the stator in the rotor unit is performed in the interior of the control cam with the rotor disk by means of a labyrinth seal.
  • the pressure of a medium within the labyrinth seal on the side of the rotor unit is greater than the pressure of the medium entering the labyrinth seal. Due to the resulting pressure difference, the sealing of the rotor unit relative to the stator unit.
  • the function of the labyrinth seal is that the applied fluid pressure difference is smaller than the pressure difference required for gas transport via the deflection of the labyrinth.
  • the piston / cylinder unit comprises a Kolbenlauf- and a cylinder liner, an antechamber for receiving an ignition source and a combustion chamber roof, the Kolbenlauf- and the cylinder liner inlet and outlet holes for Supply and discharge of the fuel and / or a coolant area for flow with coolant between the piston and the cylinder liner, limited is provided by a coolant sealing ring below the inlet and outlet holes and a coolant cover on the antechamber.
  • the fuel or fuel gas mixture is supplied to or removed from the working space of the piston / cylinder unit by means of two adjacent bores in the piston barrel and cylinder liners. Two or more holes are advantageous for achieving the required replacement speed.
  • the alternative use of a larger-area bore can bring disadvantages for the running properties of the piston or the piston rings, since its guidance is partially interrupted on the cylinder wall.
  • the coolant area is bounded on the outer wall of the piston liner by the coolant sealing ring and the coolant cover and the inner wall of the cylinder liner.
  • the coolant is supplied to the coolant area between the coolant sealing ring and the coolant cover, wherein the coolant passes through holes in the combustion chamber roof through this and is guided in the region of the pre-chamber to the coolant cover. From there, the coolant is discharged via arranged bores in the rotor unit via the stator unit.
  • the rotor unit may preferably have its own or separate from the stator unit oil circuit for cooling.
  • the oil circuit may preferably have or be connected to a known oil cooler.
  • the stator unit may preferably have its own water cooling circuit. run to be cooled.
  • the guide means is designed as a connecting rod, which has at least one link, which is guided in at least one slotted guide.
  • the piston rod connected to the piston is connected to the connecting rod.
  • the slotted guide avoids any tilting of the piston in the cylinder during the movement of the piston along the cylinder axis.
  • the scenery may be provided with friction reducing means, e.g. Casters or a bearing, in particular a rolling bearing may be formed.
  • friction reducing means e.g. Casters or a bearing, in particular a rolling bearing may be formed.
  • control curve is divided into functional angle sections, each angle section is asymmetrical to the adjacent angle section and point-symmetrical to the center of rotation.
  • the functional angle sections correspond to the individual work cycles of a work cycle process.
  • the control cam controls the position of the piston in the piston / cylinder unit.
  • the course of the angle sections in the first work cycle process is point-symmetrical to the center of rotation of the rotor unit on the course of the angle sections in the second working cycle of the control curve transferable.
  • At least one switching valve for the charge exchange is integrated in particular in the suction operation of the engine, which is controlled by an actuator gate.
  • the constant volume internal combustion engine according to the invention can be used both in the suction and in the charging operation.
  • the fuel mixture is formed in a separately arranged mixture forming unit and fed to the piston / cylinder unit under pressure.
  • the fuel mixture is sucked in by the engine itself.
  • the required negative pressure is generated by the piston stroke, generated by the course of the control cam.
  • Via a switching valve, which is preferably integrated in the rotor disk the flow of the fuel mixture to the piston / cylinder unit is controlled by the rotational movement of the rotor unit.
  • the rotor discs permanent magnets are integrated, which generate electrical energy in the operation of the motor with arranged in the housing stator windings.
  • the permanent magnets can also generally be about the rotary part of an electric machine, for.
  • As a generator act At the stator windings it can be analog generally to stator parts of an electrical machine, eg. As a generator act. Due to the integrated electrical energy generation in the inventive reciprocating internal combustion engine additional energy-generating means can be omitted in a vehicle.
  • the invention can be used inter alia as a combined heat and power plant.
  • the rotor unit is cooled with oil.
  • the rotor unit can be cooled inside with oil.
  • the oil can be connected to an oil circuit that has a known oil cooler.
  • the stator unit is cooled on the outside with water or air. A combination of cooling the rotor unit with oil and the stator unit with water has been found to be particularly suitable.
  • the internal combustion engine can be designed in particular as a reciprocating engine for generating mechanical energy by expansion of a gas or a hot gas from the combustion of a gas or gas fuel mixture.
  • the internal combustion engine can have a stator unit, a rotor unit, a control cam and at least one piston / cylinder unit. It can be provided that a piston of the at least one piston / cylinder unit is supported on the control cam via guide means and executes a stroke movement influenced thereby.
  • the control cam has a profile which generates a constant position of the position of the piston in the piston / cylinder unit in at least one defined angle section, wherein the defined angle section is at least partially associated with a combustion cycle. It is advantageous if the defined angle section corresponds to or is associated with a combustion cycle.
  • a working cycle process has five working strokes, which result from the fact that the piston / cylinder unit moves off five angular sections on the control cam, after which a working space of the piston / cylinder unit is filled in a first angle section, after which the gas or gas fuel mixture is compressed in a second angle section, after which the compressed gas or gas fuel mixture is ignited in a third angle section, wherein the position of the piston in the piston / cylinder unit is kept constant in the third angular section, after which is moved out of the piston / cylinder unit in a fourth angle portion of the piston and then in a fifth angle portion of the burned fuel is ejected.
  • a particularly preferred method for operating an internal combustion engine in particular a Gleichraumverbrennungsmo- sector, in particular a five-stroke constant-velocity engine, further results from the individually or in combination usable features, which are disclosed above and below with reference to the device according to the invention.
  • a reciprocating internal combustion engine as a generator results from claim 24.
  • the rotary part of the generator which may be, for example, permanent magnets, integrated in the rotor unit or this is provided.
  • the stator of the generator which may be, for example, to stator windings, integrated in a housing of the Gleichraumverbrennungsmotors or the stator of the Gleichraumverbrennungsmotors or they are provided with it.
  • a vehicle may be, for example, a motor vehicle but also a commercial vehicle or another land, sea or aircraft.
  • the constant-volume combustion engine drives a generator.
  • the generator can in turn be used to operate a cogeneration plant or to charge the battery of a vehicle, in particular a motor vehicle.
  • Claim 27 further discloses a particularly advantageous use of a reciprocating internal combustion engine in conjunction with an electric motor for the combined and / or alternative driving a motor vehicle, in particular the driven wheels of a motor vehicle.
  • a problem is that their range, due to the battery power, is often severely limited. It is therefore to expand the range often installed an additional gasoline or diesel engine in the vehicle. However, these then require a corresponding structural design and increase the weight of the vehicle.
  • the constant velocity internal combustion engine according to the invention is structurally much easier to implement and also lighter than the engines known from the prior art, which are used to extend the range of electric vehicles.
  • the inventive internal combustion engine is therefore particularly well suited for combination with an electric motor.
  • the constant-volume combustion engine charges the battery of the electric motor.
  • the constant volume internal combustion engine can also provide for a direct drive of the vehicle. It is also possible to operate the constant-volume combustion engine and the electric motor simultaneously or alternatively to each other.
  • the constant velocity internal combustion engine according to the invention is particularly well suited for range extension and charge retention in electric vehicles. Furthermore, the constant volume internal combustion engine according to the invention is suitable for use in hybrid vehicles and for driving motorcycles and scooters. The constant volume internal combustion engine according to the invention is also suitable for use as a hydrogen combustion engine due to the efficiency and the elimination of valves. Furthermore, it has been found that the internal combustion engine can be used particularly well as combined heat and power plant due to the increased engine efficiency.
  • the constant volume internal combustion engine according to the invention can also be used as a diesel engine.
  • the constant-volume combustion engine can be put into operation, for example, via a conventional flywheel and a starter. Alternatively or additionally, it is also possible to use the constant-volume combustion engine fed by compressed air from a compressed air tank in operation.
  • the compressed air tank can be charged, for example during engine operation by a compressor.
  • This variant offers the advantage of a low-wear, robust starting system, which does not stress the electrical system and electrical energy storage, which may be of importance in particular when used as a range extender and for maintaining the charge in the electric vehicle.
  • the compressor can be driven by a switchable clutch either from the output shaft or the drive shaft or by an electric motor.
  • the ignition system may preferably consist of a co-rotating spark plug system and its power supply.
  • the mixture preparation can optionally take place via an external mixing chamber, an injection valve and optionally a changeover valve.
  • the mixture preparation for example, of a fuel-air mixture can be effected, for example, via a central mixture formation unit or separate for each inlet bore.
  • the inner engine cooling system can be realized in one embodiment of a rotor disk with coolant holes, Wellendichtrin- gene, co-rotating coolant flow and return separation and its structural design such that the coolant flows centrifugally assisted to the combustion chamber roof.
  • Figure 1 a main view of the invention
  • Figure 2 a control cam with a schematic representation of the working cycles within a work cycle process
  • FIG. 3 shows a perspective view of the piston / cylinder units in the guide path of the associated control cams
  • FIG. 4 shows a perspective view of the rotor unit with arranged piston / cylinder units
  • Figure 5 An illustration of the cylinder liners
  • Figure 6 A representation of the piston liners
  • Figure 7 is a schematic representation of the rotor unit in the suction operation of the engine with integrated means for generating electrical energy.
  • FIG. 1 comprises a housing 2, which is designed for arranging the functional units described in more detail in the following figures, such as stator unit (not shown), rotor unit 4 and the piston / cylinder units 5 arranged in the rotor unit.
  • stator unit not shown
  • rotor unit 4 the motor elements required for a working cycle process for generating a torque are shown, wherein the stator unit and the rotor housing of the rotor unit 4 are hidden for improved representation.
  • the piston / cylinder unit 5 is arranged in the rotor housing of the rotor unit 4 (not shown) in such a way that the cylinder axis 7 is tangentially spaced apart from the axis of rotation of a drive shaft 6 guided in the housing 2.
  • the drive shaft 6 is rotatably supported by two bearings and rotatably connected to the rotor unit.
  • the present case hidden rotor housing know the necessary for receiving the piston / cylinder units cavities and is equipped with the above-described holes for the supply and discharge of fuel and coolant.
  • the guide profile 10 controls the working cycle of the internal combustion engine 1.
  • the piston 11 arranged in the piston / cylinder unit 5 (not visible) is connected to a connecting rod 12 via a piston rod (not visible), the connecting rod 12 being supported in the guide path 10 of the control cam 9.
  • the piston movement is limited on the one hand by the control cam 9 when in the cylinder piston-displacing overpressure exists, on the other hand also forced to eject, for example, spent fuel or to perform the suction of the fuel in the suction operation.
  • the connecting rod 12 comprises corresponding guide means, which in particular prevent tilting.
  • the control cam 9 arranged in the housing 2 comprises an outer first control cam element 9A and an inner second control cam element 9B, the outer first control cam element 9A being fastened at a distance from the inner second control cam element 9B in the stator unit 3.
  • the inner first and the outer second control cam element form the guide track 10 of the control cam 9 on which the piston / cylinder unit 5 is supported on both sides during the rotational movement of the rotor unit 4.
  • the guide track 10 may alternatively be designed by a single cam element, for example, with an outer slotted guide of the connecting rod 12.
  • FIG. 2 shows a control cam 9, which is composed of an outer control cam element 9A and an inner control cam element 9B.
  • the forming guide profile 10 in the control cam 9 is the individual desired working cycles adjusted within a working cycle process of the constant-volume combustion engine 1.
  • the guide profile 10 of the control cam 9 executes a total of two working circle processes during a rotational movement of the rotor unit 4 through 360 °, wherein each working cycle process comprises a total of five individual work cycles.
  • control cam 9 represents a working cycle process with external charging of the piston / cylinder unit 5, wherein the embodiment as a naturally aspirated engine would require only a slight, also described, but not shown, adaptation of the control cam 9.
  • the work cycles are executed in a corresponding angle section in the guide curve 10 of the control cam 9 counterclockwise.
  • the guide path 10 of the control cam 9 is formed starting from the bisector 23 in the first angle section 18 for filling the piston / cylinder unit 5 with a fuel mixture.
  • the filling of the working space of the piston / cylinder unit 5 takes place in the present case by a separate charging device with a constant held piston position.
  • the course of the control cam 9 in this case corresponds in section 18 substantially to a constant radius.
  • the loading can alternatively or additionally be done by suction, which is achieved by a uniform extraction of the piston out of the cylinder, achieved by an increasing radius of the control cam 9 (not shown).
  • the angle section 19 following the first angle section 18 in the guide path 10 of the control cam 9 represents the compression of the fuel mixture in the working space the piston / cylinder unit 5.
  • the radius of the control cam 9 decreases drastically so that the piston is pressed by the control cam in the cylinder, and performs the compression.
  • the guide profile 10 of the control cam 9 leads along the cylinder axis 7 a return-jump offset, wherein the return-like offset permits an expansion of the burned fuel with resulting movement of the piston 11 in the piston / cylinder unit 5.
  • the piston is allowed along the cylinder axis 7 on the enburgsprungmém course of the control cam 9 to move out of the piston / cylinder unit 5, wherein the tangential to the rotor axis spaced arrangement of the piston / cylinder unit 5 due to the guide curve 10 in section 21 in the Control cam 9 forms an optimal power transmission for generating a torque.
  • the return-like flank of the control cam 9 in the section 21 is approximately to preferably perpendicular to the cylinder axis 7, in order to optimally transfer the thrust component of the ejected piston into a torque of the rotor unit.
  • section 22 which is provided corresponding to the section 18 for the discharge of the burned fuel.
  • the control curve for external loading and unloading is shown, wherein here also a continuous reduction of the radius of the control cam 9 for self-propelled emission of the burnt fuel is conceivable.
  • the piston 11 in the piston / cylinder unit 5 is again pressed slightly into the cylinder liner 13, whereby a slight overpressure is generated in the burned fuel mixture in order to simplify the discharge.
  • the embodiment is not limited to the illustrated angle sections and their specific course and arrangement. It is essential in the context of the present invention that a constant position of the position of the piston 11 in the piston / cylinder unit 5 is generated, wherein the constant position comprises a defined angle section 20, which is at least partially associated with a combustion cycle. As the angle sections are designed concretely before the combustion cycle and after the combustion cycle, is of secondary importance for the present invention. It is advantageous if the constant position of the piston 11 corresponds to the entire combustion cycle or at least approximately corresponds. In the exemplary embodiment, it is therefore advantageous if the position of the piston 11 in the piston / cylinder unit 5 is kept constant in the angle section 20 or exactly corresponds to the angle section 20.
  • FIG. 3 shows a perspective view of the piston / cylinder unit 5 according to FIG. 1, wherein the piston / cylinder unit 5 comprises a cylinder liner 13 in the interior of which a piston liner 25 for receiving the piston 11 is arranged.
  • the connecting rod 12 is guided in laterally arranged on the cylinder liner 13 slide guides 24.
  • the slide guides 24 is penetrated by the laterally arranged on the connecting rod 12 slide 15 and this in turn projects into the guide track 10 of the cam 9 a.
  • the link 15 is supported in the guide track 10 of the control cam 9, whereby a piston movement along the cylinder axis 7 of the piston / cylinder unit 5 is executed.
  • the link 15 may have friction-reducing means such as rollers, bearings, in particular rolling bearings or the like, or even be rotatably mounted.
  • FIG. 4 shows a perspective illustration of the rotor unit 4, wherein the rotor unit 4 comprises a center rotor 28, which axi al on both sides with a respective rotor disk 26, 27 for charge exchange 26 and coolant change 27 is in communication.
  • the central rotor 28 is rotatably connected to the rotor disk 26 for the charge exchange.
  • the rotor disk 26 for the charge exchange has holes extending parallel to the axis of rotation 6a, through which the fuel is transported to and from the individual piston / cylinder units 5.
  • the arranged in the outer edge region of the rotor disk 26 for the gas exchange holes 16 are provided for the change of charge of the fuel mixture.
  • a labyrinth seal 29 In the outer edge region of the rotor disk 26 a plurality of spaced apart grooves and springs are arranged, which (not shown) form a labyrinth seal 29 in correspondingly arranged grooves and springs of a stator for the control cam 9.
  • the stator for the control cam 9 holds the control cam 9 stationary in the housing of the engine.
  • the labyrinth seal 29 generates a largely contact-free and therefore wear-free seal between the rotating central rotor 28 on the rotor disk 26 arranged thereon and the stationary stator of the control cam 9.
  • the rotor unit 4 is rotatably connected in total with the arranged on the rotor disks 26, 27, the drive shaft 6 forming parts.
  • the rotor disk 27 for the coolant change also includes corresponding bores and channel guides to flow through a coolant circuit in a cooling area between the piston liner and the cylinder liner with coolant.
  • the coolant is conveyed by external pressurization, for example by a coolant pump. pe.
  • coolant guides near the axis are also provided in the rotor disk 26, in order to counteract the heating by the exhaust gases during the charge exchange and the resulting thermal expansion effects.
  • the slotted guide 24 for linear guidance of the connecting rod 12 is arranged in the side of the central rotor 28 arranged recess 30.
  • FIG. 5 shows a perspective view of the cylinder liners 13 of the piston / cylinder units 5.
  • a piston liner 25 is introduced for the piston 11, which is described in more detail in the following Figure 6 for improved clarity.
  • the cylinder liners 13 are fixedly arranged in the central rotor 28 of the rotor unit 4 and have in the edge region of their open ends in each case two recesses 43 arranged in a juxtaposition. In these recesses 43 of the piston 11 connected to the connecting rod 12 with its laterally arranged guide surfaces for the lifting movement of the piston 11 in the direction of the center of rotation of the rotor unit 4 dive.
  • the lateral surface of the cylinder liner 13 has two juxtaposed bores 16, 16A, which serve as an inlet / outlet bore for the fuel mixture during the charge cycle be used.
  • the position of the bores 16, 16A is adapted to the corresponding bores in the rotor unit 4, so that when the inlet and outlet bores in the stator unit 3 and the rotor unit 4 are covered, a charge change in the piston / cylinder unit 5 can be carried out. For the change of charge thus no valves are required.
  • two additional bores 33 for the coolant inlet and 33A for the coolant return are arranged in the lateral surface of the cylinder liner 13, which are used as an inlet or outlet bore for the supply of the coolant to the piston / cylinder unit 5.
  • the coolant flows around the piston liner 25 in a space which is described in more detail in Figure 6.
  • an additional coolant cover 36 is arranged, which forms an additional space for the coolant together with the arranged on the piston liner 25 combustion chamber roof 14 (see Figure 6).
  • the cylinder liners 13 have a connection 42 for an ignition source.
  • the ignition of the working gas mixture can take place in the embodiment via a co-rotating spark plug.
  • the electrode can protrude into an antechamber 37 and ignites the working gas mixture according to the Zündwinkelvorgabe from an engine control unit, not shown.
  • the transmission of the ignition energy between the transmission element and the spark plug can take place, for example, via a known slip ring or induction.
  • microwave or laser ignition may also be used.
  • the spread of the hot gas mixture may optionally take place via a Zündstrahl tone in an optionally provided cone of the prechamber 37 centric on the piston surface of the piston 11. It may be advantageous if the antechamber 37 without Squish column is designed. Such a design in conjunction with a high Zündstrahl energie empower cause optimal combustion and gas pressure dynamics.
  • the embodiment and the invention are not limited to the design of the ignition. This is merely an advantageous design option.
  • FIG. 6 shows a perspective view of piston liners 25.
  • the outer diameter of the piston liners 25 is smaller than the inner diameter of the cylinder liners 13 to receive the piston liner 25 in the cylinder liner 13.
  • the piston liners 25 each include a combustion chamber roof 14, which together with the coolant cover 36 forms a further space for the coolant flowing between the roof of the cylinder liner 13 and the piston liner 25.
  • the piston liners 25 have on their lateral surface in each case a coolant sealing ring 35, which together with the combustion chamber roof 14 form a first space for the inflowing coolant. From this space, the coolant flows through holes 44 arranged in the combustion chamber roof 14 into the second space formed above the combustion chamber roof 14 and the coolant cover 36. Due to the preferably not completely circumferential distribution of the bores 44, a preferred circulation flow of the coolant is generated.
  • two oppositely arranged recesses 43 are formed in the lateral surface, which are brought into coincidence with the recesses in the cylinder liner 13.
  • the piston liner 25 forms in assembly with the cylinder liner 13 a cylinder unit, wherein a seal-free Supply and removal of the fuel mixture into the working chamber 40 of the piston / cylinder unit with simultaneous supply and removal of coolant via seal-free bores in the cylinder liner 13 for cooling the piston / cylinder unit 5 during operation of the engine 1 takes place.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a rotor unit 4, which is arranged in a housing 2.
  • the rotor unit 4 comprises a center rotor 28, which is equipped on both sides axially with a rotor disk 27 for the coolant change and a rotor disk 26 for the charge exchange.
  • the illustrated in Figure 7 embodiment of a constant-volume combustion engine 1 is provided for the mode of the internal combustion engine 1 as a naturally-aspirated, wherein in the rotor disk for the charge exchange Einventilsystem is integrated, which is driven via an external actuator, for example a planetary gear or a rotary valve.
  • the one-valve system opens or closes the supply of the fuel mixture to the piston / cylinder unit 5 and / or releases a burnt fuel outlet channel.
  • uniformly distributed permanent magnets 39 are arranged in the edge region of the circumferential surface of the rotor disk 27 for changing the coolant, which together with stator windings 38 arranged in opposition enable the generation of electrical energy.
  • permanent magnets 39 in the rotor disk 27 instead of the permanent magnets 39 in the rotor disk 27, alternatively or additionally, permanent magnets 37 or, in general, the rotary part of an electric machine can also be integrated in the rotor disk 26 or the center rotor 28 be.
  • the stator windings 28 can generally be replaced by a stator part of the electric machine arranged in the housing 2 in order to generate electrical energy.
  • the invention is described in the embodiment with reference to an embodiment in which the piston / cylinder unit 5 is arranged in the rotor unit 4 and the control cam 9 in the stator unit 3.
  • the invention explicitly includes a reversal of this principle. It is provided that the piston / cylinder unit 5 is arranged in the stator 3. The piston / cylinder unit 5 thus does not rotate.
  • the control cam 9 is arranged in the rotor unit 4. By a movement of the piston 11 in the piston / cylinder unit 5 is thus a rotational movement or rotation of the control cam 9, which is fixed in the rotor unit 4, causes. As a result, the drive shaft 6 is then driven.

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Abstract

Die Erfindung geht von einem Gleichraumverbrennungsmotor (1) aus, insbesondere ein Hubkolbenmotor zur Erzeugung mechanischer Energie durch Expansion eines Gases oder eines Heissgases aus der Verbrennung eines Gases- oder Gas-Brennstoffgemischs, welcher eine Statoreinheit (3), eine in der Statoreinheit (3) zentrisch drehbar gelagerte Antriebswelle (6), eine Rotoreinheit (4), welche mit der Antriebswelle (6) fest verbunden ist, eine Steuerkurve (9), welche in der Statoreinheit (3) angeordnet ist umfasst und mindestens eine Kolben-Zylindereinheit (5), welche in der Rotoreinheit (4) angeordnet ist, wobei sich ein Kolben (11) der mindestens einen Kolben-/Zylindereinheit (5) an der Steuerkurve (9) über Führungsmittel abstützt und eine dadurch beeinflusste Hubbewegung ausführt. Erfindungsgemäss weist die Steuerkurve (9) einen Verlauf auf, welcher in mindestens einem definierten Winkelabschnitt (20) der Rotationsbewegung der Rotoreinheit (4) eine Konstantstellung der Position des Kolbens (11) in der Kolben-/Zylindereinheit (5) erzeugt, wobei der definierte Winkelabschnitt (20) einem Verbrennungstakt zugeordnet ist.

Description

Gleichraumverbrennungsmotor
Die Erfindung betrifft einen Gleichraumverbrennungsmotor, insbesondere ein Hubkolbenmotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff von Anspruch 20 und eine Verwendung eines Gleichraumverbrennungsmotors nach den Oberbegriffen der Ansprüche 24, 25 und 27.
Stand der Technik
Hubkolbenmotoren sind in einer Vielzahl von unterschiedlichen Ausführungsformen aus dem Stand der Technik bekannt.
So zeigt die Druckschrift DE 32 16 007 C2 eine Zylinder- Kolben-Maschine, wobei die Zylinder-/Kolbeneinheiten radial zur Drehachse der Antriebswelle im Rotor angeordnet sind und die Kolben sich an einer an einer Statorinnenwand gebildeten Steuerkurve abstützen und bei Drehbewegung des Rotors entsprechend dem Verlauf der Steuerkurve eine Hubbewegung ausführen .
Nachteilig bei dieser Ausführungsform eines Hubkolbenmotors ist das zur Erzeugung eines Drehmoments hohe Kräfte im Hubkolben erzeugt werden müssen, da die Zylinder-/Kolbenein- heiten radial zur Drehachse der Antriebswelle im Rotor angeordnet sind, und somit die Drehmoment erzeugende Kraftkomponente senkrecht auf der Hubrichtung der Zylinder-/Kolben- einheiten, und damit auf der Hubkraftrichtung steht.
In Verbindung mit den hohen Kräften zur Erzeugung eines Drehmoments treten erhebliche Umlenkungs- und Lagerkräfte auf, wodurch letztere oftmals einem hohen Verschleiß unterliegen und extreme Anforderungen an das Material gestellt werden. Auch der Wirkungsgrad derartiger Maschinen ist eher gering.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, einen Hubkolbenmotor derart weiterzubilden, dass die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.
Diese Aufgabe wird, ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Aufgabe wird bezüglich eines vorteilhaften Verfahrens zum Betrieb eines Verbrennungsmotors durch Anspruch 20 und hinsichtlich einer besonders vorteilhaften Verwendung durch die Ansprüche 24, 25 oder 27 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sowie zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung geht von einem Gleichraumverbrennungsmotor, vorzugsweise einem Fünf-Takt-Gleichraumverbrennungsmotor, insbesondere einem Hubkolbenmotor zur Erzeugung mechanischer Energie durch Expansion eines Gases oder eines Heißgases aus der Verbrennung eines Gases- und/oder Gas-Brennstoffgemisches aus. Der Motor umfasst in einer Ausführungsform eine Statoreinheit, eine in der Statoreinheit zentrisch drehbar gelagerten Antriebswelle, eine Rotoreinheit, welche mit der Antriebswelle fest verbunden ist, eine Steuerkurve, welche in der Statoreinheit angeordnet ist und mindestens eine Kolben- Zylindereinheit, welche in der Rotoreinheit angeordnet ist, wobei sich der Kolben der mindestens einen Kolben-/ Zylindereinheit an der Steuerkurve über Führungsmittel abstützt und eine dadurch beeinflusste Hubbewegung ausführt. Alternativ zu der vorbeschriebenen Ausführungsform ist auch eine Prinzipumkehr möglich. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Kolben-/Zylindereinheit in einem Stator eingebaut ist und die Steuerkurve drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist. Im Rahmen der Erfindung ist es zunächst nicht relevant, ob die Antriebswelle drehfest mit der Steuerkurve oder drehfest mit der Kolben-/Zylindereinheit verbunden ist. In beiden Fällen lässt sich unter Anwendung der grundsätzlichen Idee der vorliegenden Erfindung die Antriebswelle besonders effektiv antreiben.
Die in der nachfolgenden Beschreibung dargestellten vorzugsweise vorgesehenen Merkmale können unabhängig davon, ob die Steuerkurve oder die Kolben-/Zylindereinheit mit der Antriebswelle verbunden ist, realisiert werden. Die nachfolgende Offenbarung, eingeschlossen die Offenbarung bezüglich der Figurenbeschreibung, kann analog bei beiden Ausführungsvarianten realisiert werden.
Zur Ausführung der Erfindung ist zunächst nur vorgesehen, dass der Gleichraumverbrennungsmotor eine Statoreinheit, eine Rotoreinheit, eine Steuerkurve und mindestens eine Kolben- /Zylindereinheit aufweist, wobei sich ein Kolben der mindestens einen Kolben-/Zylindereinheit an der Steuerkurve über Führungsmittel abstützt und eine dadurch beeinflussbare Hubbewegung ausführt.
Der Kern der Erfindung liegt darin, dass die Steuerkurve einen Verlauf aufweist, welcher in mindestens einem definierten Winkel bzw. Winkelabschnitt der Rotationsbewegung der Rotoreinheit eine KonstantStellung der Position des Kolbens in der Kolben-/Zylindereinheit erzeugt, wobei der definierte Winkelabschnitt wenigstens teilweise einem Verbrennungstakt zugeordnet ist. In der Rotoreinheit kann dabei die Kolben-/Zylindereinheit angeordnet sein. Alternativ dazu kann die Rotoreinheit auch mit der Steuerkurve versehen sein. Von Vorteil ist es, wenn der definierte Winkelabschnitt einem Verbrennungstakt zugeordnet ist. Von Vorteil ist es ferner, wenn der definierte Winkelabschnitt einem gesamten oder zumindest teilweisen Verbrennungstakt zugeordnet ist.
Die KonstantStellung der Position des Kolbens erzeugt einen hohen Druck im Brennraum der Kolben-/Zylindereinheit während der kompletten Verbrennung des Brenngasgemisches. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Gleichraumverbrennungsmotors ist die hohe Druckerzeugung im Brennraum, wodurch hohe Kräfte zur Erzeugung eines Drehmoments erzeugt werden. Das Volumen des Brennraums, definiert durch die Position des Kolbens in der Kolben-/Zylindereinheit , wird dabei nach Ab- schluss des Verdichtungstaktes vorzugsweise während der gesamten Verbrennung des Brennstoffs konstant gehalten, indem der Kolben in seiner Hubstellung ruht. Erst nach Abschluss des Verbrennungstaktes wird eine Expansion und damit eine Kolbenbewegung ermöglicht, wodurch Drehmoment erzeugende Kräfte übertragen werden.
Die Erfindung ist unabhängig von der Anzahl der Kolben- /Zylindereinheit . Wenn mehrere Kolben-/Zylindereinheiten eingesetzt werden, ist es von Vorteil, wenn diese einen gleichmäßigen Winkelabstand zueinander aufweisen. Es hat sich als besonders geeignet herausgestellt, drei Kolben-/ Zylindereinheiten einzusetzen. Diese können vorzugsweise in einem Winkel von 60° zueinander stehen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei einer Drehbewegung der Rotoreinheit um 360° zwei vollständige Arbeitskreisprozesse mit vollständiger oder teilweiser Gleichraumverbrennung erfolgen. Der Verlauf der Steuerkurve, an welcher sich die Kolben-/Zylindereinheiten bei der Drehbewegung der Rotoreinheit abstützen ist derart, dass das innerhalb einer 1800 -Drehbewegung der Rotoreinheit ein vollständiger Arbeitskreisprozess durchgeführt wird, welcher vorzugsweise und im Regelfall insgesamt fünf einzelne Arbeitstakte umfasst. Im Vergleich zu einem aus dem Stand der Technik bekannten 4-Takt-Motor umfasst der Arbeitskreisprozess des erfindungsgemäßen Gleichraumverbrennungsmotors zusätzlich den Arbeitstakt einer Gleichraumverbrennung. Im Arbeitstakt der Gleichraumverbrennung wird das in einem vorhergehenden Arbeitstakt verdichtete Brennstoffgemisch mittels einer Zündquelle gezündet, während der Kolben aufgrund des Kurvenverlaufs der Steuerkurve seine Position in der Kolben- /Zylindereinheit unverändert beibehält. Eine vorteilhafte Ausbildung der Steuerkurve erlaubt, dass mehrere Arbeitskreisprozesse pro Kolben-/Zylindereinheit nacheinander im Verlauf einer vollständigen Umdrehung ausgeführt werden können, wodurch die Leistungsfähigkeit des Motors erhöht wird.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Kolben aufgrund des Kurvenverlaufs der Steuerkurve seine Position in der Kolben-/Zylindereinheit während des gesamten Verbrennungstaktes unverändert belässt. Es ist alternativ jedoch auch möglich, dass die KonstantStellung des Kolbens in der Kolben-/Zylindereinheit über einen kürzeren Zeitraum bzw. Winkelabschnitt oder über einen längeren Zeitraum bzw. Winkelabschnitt erfolgt. Es ist möglich, dass die KonstantStellung des Kolbens bereits vor dem Verbrennungstakt erfolgt, vorzugsweise jedoch nur einen kurzen Winkelabschnitt vorher, und vor Beendigung des Verbrennungstaktes endet. Des Weiteren kann in einer Variante vorgesehen sein, dass die Konstantstellung des Kolbens in der Kolben-/Zylindereinheit erst kurz nach Beginn des Verbrennungstaktes erfolgt, jedoch über den Verbrennungstakt hinaus, vorzugsweise nur über einen kurzen Winkelabschnitt darüber hinaus beibehalten wird. Es handelt sich hierbei um mögliche Varianten der Erfindung, die sich für spezifische Anwendungszwecke als geeignet herausstellen können. Grundsätzlich ist es von Vorteil, wenn die Konstantstellung wenigstens annähernd, vorzugsweise innerhalb üblicher Toleranzen genau an den gesamten Verbrennungstakt ange- passt ist.
In einer über dies bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Kolben-/Zylinder- einheit derart angeordnet ist, dass ihre Zylinderachse tangential beabstandet zur Rotationsachse der Antriebswelle verläuft .
Die Kolben-/Zylindereinheit kann dabei in der Rotoreinheit oder in der Statoreinheit angeordnet sein. Die tangentiale Anordnung hat sich bei beiden vorzugsweise vorgesehenen Ausführungsvarianten als sehr vorteilhaft herausgestellt, um die Kraftübertragung zur Erzeugung eines Drehmoments zu bemessen.
Aufgrund dieser Anordnung der Kolben-/Zylindereinheiten zum Beispiel in der Rotoreinheit kann eine verbesserte Kraftübertragung zur Erzeugung eines Drehmoments gegenüber einer Anordnung einer Kolben-/Zylindereinheit erzeugt werden, deren Zylinderachse durch den Mittelpunkt der Rotationsachse der Antriebswelle verläuft (Stand der Technik) . Dies wird dadurch realisiert, dass ein höherer Anteil der Kraftkomponente, welche durch den Zylinderhub bereitgestellt wird, bereits senkrecht auf der Richtung des Radius der Rotoreinheit steht, und damit zur Erzeugung eines Drehmoments zur Verfügung ist. Dies gilt analog auch für eine entsprechende Anordnung der Kolben- /Zylindereinheit in der Statoreinheit.
Es ist in einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass im Takt-Zeitpunkt der Kolbenexpansi- on nach der Verbrennung die Steuerkurve entlang der Zylinderachse der Kolben-/Zylindereinheit einen rücksprungartigen, insbesondere linear zurückziehenden Verlauf oder eine Vertiefung im Verlauf aufweist.
Nach dem Arbeitstakt der Gleichraumverbrennung, in welcher das Brennstoffgemisch im Arbeitsraum der Kolben-/Zylinder- einheit unter KonstantStellung der Kolbenposition verbrannt wird, erfolgt im nachfolgenden Arbeitstakt die Kolbenexpansion. Unter der Kolbenexpansion ist das Heraustreten des Kolbens aus dem Zylinder, angetrieben durch aufgebauten Druck des verbrannten Brennstoffs zu verstehen. Aufgrund des rücksprungartigen Verlaufs wird eine optimierte Wirkrichtung der Kolben-Expansionskräfte erzielt, und damit ein großes Drehmoment an der Rotoreinheit erzeugt.
Über dies ist es in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Statoreinheit mindestens ein Lagerschild umfasst, welches mit der Steuerkurve in Verbindung steht und Ein- und Auslassbohrungen zur Zu- und Ableitung des Brennstoffs und/oder Ein- und Auslassbohrungen zur Zu- und Ableitung eines Kühlmittels aufweist. Die Zu- und Ableitung des Brennstoffs bzw. des Kühlmittels zur Kolben-/Zylinder- einheit erfolgt über angeordnete Ein- und Auslassbohrungen in der Rotoreinheit, welche durch die Drehbewegung der Rotoreinheit mit den Ein- und Auslassbohrungen im Lagerschild in eine fluchtende Überdeckung gebracht werden können. Dabei wird eine positionsabhängige Automatisierung der Schalt Zeitpunkte der einzelnen Zu- und Ableitungen erreicht, ohne dass zusätzliche Ventile oder sonstige Aktuatoren notwendig sind. Diese Ausgestaltung lässt sich analog auch realisieren, wenn die Kolben-/Zylindereinheit in der Statoreinheit angeordnet ist und die Steuerkurve in der Rotoreinheit.
Es ist in einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung der Er- findung vorgesehen, dass die Rotoreinheit einen Mittelrotor umfasst, welcher axial beidseitig mit je einer Rotorscheibe in Verbindung steht, wobei die Abdichtung der Rotoreinheit gegenüber der Statoreinheit vorzugsweise mittels mindestens einer Labyrinthdichtung im Bereich mindestens einer Rotorscheibe erfolgt. Der Ladungswechsel des Brennstoffgemischs erfolgt zwischen den rotierenden Bauteilen Mittelrotor und Rotorscheibe und der Statoreinheit. Dabei ist es notwendig, die drehenden Bestandteile der Rotoreinheit und die ruhenden Bestandteile der Statoreinheit gegeneinander abzudichten, ohne dass die Durchtrittsmöglichkeit des Brennstoffgemischs durch den/die Ladungswechselkanäle behindert wird. Die Dichtheit beim Brennstoffgemischübertritt von der Statoreinheit in die Rotoreinheit wird im Innenbereich der Steuerkurve mit der Rotorscheibe mittels einer Labyrinthdichtung ausgeführt.
Der Druck eines Mediums innerhalb der Labyrinthdichtung auf der Seite der Rotoreinheit ist größer als der Druck des in die Labyrinthdichtung gegenseitig eintretenden Mediums. Aufgrund der entstehenden Druckdifferenz erfolgt die Abdichtung der Rotoreinheit gegenüber der Statoreinheit.
Die Funktion der Labyrinthdichtung ist, dass die anliegende Mediendruckdifferenz kleiner gegenüber der für den Gastransport über die Umlenkung des Labyrinths erforderlichen Druckdifferenz ist .
Über dies ist es in einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Kolben-/Zylindereinheit eine Kolbenlauf- und eine Zylinderbüchse, eine Vorkammer zur Aufnahme einer Zündquelle und ein Brennraumdach umfasst, wobei die Kolbenlauf- und die Zylinderbüchse Ein- und Auslassbohrungen zur Zu- und Ableitung des Brennstoffs aufweist und/oder ein Kühlmittelbereich zur Durchströmung mit Kühlmittel zwischen der Kolbenlauf- und der Zylinderbüchse, begrenzt von einem Kühlmitteldichtring unterhalb der Ein- und Auslassbohrungen und einer Kühlmittelabdeckung an der Vorkammer vorgesehen ist .
Das Brennstoff- bzw. Brennstoffgasgemisch wird mittels zwei nebeneinander angeordneten Bohrungen in der Kolbenlauf- und der Zylinderbüchse dem Arbeitsraum der Kolben-/Zylinderein- heit zu- bzw. abgeführt. Zwei oder mehrere Bohrungen sind für die Erzielung der erforderlichen Austauschgeschwindigkeit vorteilhaft. Die alternative Verwendung einer großflächigeren Bohrung kann Nachteile für die Laufeigenschaften des Kolbens bzw. der Kolbenringe mit sich bringen, da dessen Führung an der Zylinderwand teilweise unterbrochen wird.
Der Kühlmittelbereich wird an der Außenwand der Kolbenlaufbüchse durch den Kühlmitteldichtring und die Kühlmittelabdeckung und die Innenwand der Zylinderbüchse begrenzt. Das Kühlmittel wird dem Kühlmittelbereich zwischen dem Kühlmitteldichtring und der Kühlmittelabdeckung zugeführt, wobei das Kühlmittel über Bohrungen im Brennraumdach durch dieses hindurch tritt und im Bereich der Vorkammer bis zur Kühlmittelabdeckung geführt wird. Von dort wird das Kühlmittel über angeordnete Bohrungen in der Rotoreinheit über die Statoreinheit abgeführt.
Alternativ kann auch eine getrennte Kühlung der Rotoreinheit und der Statoreinheit vorgesehen sein. In diesem Fall müssen keine diesbezüglichen Bohrungen zwischen der Rotoreinheit und der Statoreinheit vorhanden sein. Die Rotoreinheit kann vorzugsweise über einen eigenen bzw. von der Statoreinheit getrennten Ölkreislauf zur Kühlung verfügen. Hierbei ist selbstverständlich auch ein anderes Kühlmittel möglich. Der Ölkreislauf kann dabei vorzugsweise über einen bekannten Ölkühler verfügen oder mit diesem verbunden sein. Die Statoreinheit kann vorzugsweise über einen eigenen Wasserkühlkreis- lauf gekühlt werden.
Über dies ist es in einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Führungsmittel als Pleuelbolzen ausgebildet ist, welcher mindestens eine Kulisse aufweist, die in mindestens einer Kulissenführung geführt ist. Die mit dem Kolben in Verbindung stehende Kolbenstange ist mit dem Pleuelbolzen verbunden. Die Kulissenführung vermeidet ein eventuelles Verkanten des Kolbens im Zylinder während der Bewegung des Kolbens entlang der Zylinderachse.
Die Kulisse kann mit reibungsvermindernden Mitteln, z.B. Laufrollen oder einem Lager, insbesondere einem Wälzlager ausgebildet sein.
Es ist in einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Steuerkurve in funktionale Winkelabschnitte eingeteilt ist, wobei jeder Winkelabschnitt asymmetrisch zum benachbarten Winkelabschnitt und punktsymmetrisch zum Rotationsmittelpunkt ist.
Die funktionalen Winkelabschnitte entsprechen den einzelnen Arbeitstakten eines Arbeitskreisprozesses. Zur Erzeugung der einzelnen Arbeitstakte ist der Kurvenverlauf der Steuerkurve für jeden Arbeitstakt unterschiedlich ausgebildet. Die Steuerkurve steuert dabei die Position des Kolbens in der Kolben- /Zylindereinheit . Bei einer Drehbewegung der Rotoreinheit um 360° werden vorzugsweise zwei Arbeitskreisprozesse ausgeführt. Der Verlauf der Winkelabschnitte im ersten Arbeits- kreisprozess ist dabei punktsymmetrisch zum Rotationsmittelpunkt der Rotoreinheit auf den Verlauf der Winkelabschnitte im zweiten Arbeitskreisprozess der Steuerkurve übertragbar.
Über dies ist es in einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die mit dem Mittelrotor der Rotoreinheit in Verbindung stehenden RotorScheiben auf einer ersten Seite der Rotoreinheit für ein Kühlmittelaustausch und auf einer zweiten Seite der Rotoreinheit für einen Ladungswechsel ausgebildet sind. Aufgrund der Zu- bzw. Ableitung des Kühlmittels und des Brennstoffgemischs auf unterschiedlichen Seiten des Gleichraumverbrennungsmotors kann dieser in einer kompakten Bauweise hergestellt werden. Überdies ist eine verbesserte und vereinfachte Leitungsführung ermöglicht.
Über dies ist es in einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass in der Rotoreinheit mindestens ein Schaltventil für den Ladungswechsel insbesondere im Saugbetrieb des Motors integriert ist, welches über einen Aktua- tor gesteuert wird.
Der erfindungsgemäße Gleichraumverbrennungsmotor kann sowohl im Saug- als auch im Aufladungsbetrieb verwendet werden. Bei der Verwendung des Gleichraumverbrennungsmotors im Aufladungsbetrieb wird das Brennstoffgemisch in einer separat angeordneten Gemischbildungseinheit gebildet und der Kolben- /Zylindereinheit unter Druck zugeführt. Im Saugbetrieb wird das Brennstoffgemisch durch den Motor selbst angesaugt. Der erforderliche Unterdruck wird durch den Kolbenhub, erzeugt durch den Verlauf der Steuerkurve, erzeugt. Über ein vorzugsweise in der Rotorscheibe integriertes Schaltventil wird der Strom des Brennstoffgemischs zu der Kolben-/Zylindereinheit durch die Drehbewegung der Rotoreinheit gesteuert.
Über dies ist es in einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass in den RotorScheiben Permanentmagnete integriert sind, welche im Betrieb des Motors mit im Gehäuse angeordneten Statorwicklungen elektrische Energie erzeugen. Bei den Permanentmagneten kann es sich auch allgemein um den rotatorischen Teil einer elektrischen Maschine, z. B. eines Generators, handeln. Bei den Statorwicklungen kann es sich analog allgemein um Statorteile einer elektrischen Maschine, z. B. eines Generators, handeln. Aufgrund der integrierten elektrischen Energieerzeugung im erfindungsgemäßen Gleichraumverbrennungsmotor können zusätzliche energieerzeugende Mittel in einem Fahrzeug entfallen. Die Erfindung kann unter anderem als Blockheizkraftwerk genutzt werden.
Die vorstehend bezüglich eines Gleichraumverbrennungsmotors beschriebenen Ausgestaltungen gelten insbesondere für einen Fünf-Takt-Gleichraumverbrennungsmotor , sind auf diese Definition jedoch nicht beschränkt. Die vorstehende Beschreibung soll jedoch so verstanden werden können, dass das Merkmal Gleichraumverbrennungsmotor durch das Merkmal Fünf-Takt- Gleichraumverbrennungsmotor ersetzt werden kann, wenn eine nähere Definition erforderlich ist oder die Merkmale konkretisiert werden sollen.
Von Vorteil ist es, wenn die Rotoreinheit mit Öl gekühlt wird. Die Rotoreinheit kann dabei innen mit Öl gekühlt sein. Das Öl kann an einen Ölkreislauf angeschlossen sein, der über einen bekannten Ölkühler verfügt. Von Vorteil ist es, wenn die Statoreinheit außenseitig mit Wasser oder Luft gekühlt wird. Eine Kombination der Kühlung der Rotoreinheit mit Öl und der Statoreinheit mit Wasser hat sich als besonders geeignet herausgestellt.
Ein vorteilhaftes Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors ist in Anspruch 20 dargestellt. Der Verbrennungsmotor kann dabei insbesondere als Hubkolbenmotor zur Erzeugung mechanischer Energie durch Expansion eines Gases oder eines Heißgases aus der Verbrennung eines Gas- oder Gas- Brennstoffgemischs ausgebildet sein. Der Verbrennungsmotor kann dabei über eine Statoreinheit, eine Rotoreinheit, eine Steuerkurve und mindestens eine Kolben-/Zylindereinheit verfügen. Dabei kann vorgesehen sein, dass sich ein Kolben der mindestens einen Kolben-/Zylindereinheit an der Steuerkurve über Führungsmittel abstützt und eine dadurch beeinflussbare Hubbewegung ausführt. Von Vorteil ist es dabei, wenn die Steuerkurve einen Verlauf aufweist, welcher in mindestens einem definierten Winkelabschnitt einen Konstant Stellung der Position des Kolbens in der Kolben-/Zylindereinheit erzeugt, wobei der definierte Winkelabschnitt wenigstens teilweise einem Verbrennungstakt zugeordnet ist. Von Vorteil ist es dabei, wenn der definierte Winkelabschnitt einem Verbrennungstakt entspricht bzw. zugeordnet ist.
Weiter ist es bei einem Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors von Vorteil, wenn bei einer Drehbewegung der Rotoreinheit um 360° zwei oder mehrere vollständige Arbeitskreisprozesse erfolgen, bei denen jeweils im Verbrennungstakt eine KonstantStellung der Position des Kolbens in der Kolben- /Zylindereinheit erzeugt wird.
Von Vorteil bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es außerdem, wenn ein Arbeitskreisprozess fünf Arbeitstakte aufweist, die sich dadurch ergeben, dass die Kolben-/Zylindereinheit fünf Winkelabschnitte an der Steuerkurve abfährt, wonach in einem ersten Winkelabschnitt ein Arbeitsraum der Kolben- /Zylindereinheit befüllt wird, wonach in einem zweiten Winkelabschnitt das Gas- oder Gas-Brennstoffgemisch verdichtet wird, wonach in einem dritten Winkelabschnitt das verdichtete Gas- oder Gas-Brennstoffgemisch gezündet wird, wobei im dritten Winkelabschnitt die Position des Kolbens in der Kolben- /Zylindereinheit konstant gehalten wird, wonach in einem vierten Winkelabschnitt der Kolben aus der Kolben-/ Zylindereinheit herausbewegt wird und wonach in einem fünften Winkelabschnitt der verbrannte Brennstoff ausgestoßen wird.
Ein besonders bevorzugtes Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Gleichraumverbrennungsmo- tors, insbesondere eines Fünf-Takt-Gleichraumverbrennungsmotors, ergibt sich ferner aus den einzeln oder in Kombination miteinander verwendbaren Merkmalen, die vorstehend und nachstehend anhand der erfindungsgemäßen Vorrichtung offenbart sind.
Eine vorteilhafte Verwendung eines Gleichraumverbrennungsmotors als Generator ergibt sich aus Anspruch 24. Dabei ist vorgesehen, dass der rotatorische Teil des Generators, bei dem es sich beispielsweise um Permanentmagneten handeln kann, in der Rotoreinheit integriert oder diese damit versehen ist. Ferner ist vorgesehen, dass die Statoreinheit des Generators, bei der es sich beispielsweise um Statorwicklungen handeln kann, in einem Gehäuse des Gleichraumverbrennungsmotors oder der Statoreinheit des Gleichraumverbrennungsmotors integriert oder diese damit versehen sind.
Dadurch lässt sich besonders vorteilhaft elektrische Energie erzeugen, die beispielsweise im Fahrzeug zur Ladung einer Batterie oder anderweitig verwendet werden kann. Es lässt sich mit der Energie auch besonders vorteilhaft ein Blockheizkraftwerk betreiben. Bei einem Fahrzeug kann es sich beispielsweise um ein Kraftfahrzeug aber auch um ein Nutzfahrzeug oder ein anderes Land-, See- oder Luftfahrzeug handeln.
Eine vorteilhafte Verwendung eines Gleichraumverbrennungsmotors ergibt sich ferner auch aus Anspruch 25. Dabei ist vorgesehen, dass der Gleichraumverbrennungsmotor einen Generator antreibt. Der Generator kann dann wiederum zum Betrieb eines Blockheizkraftwerks oder zum Laden der Batterie eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden.
Anspruch 27 offenbart ferner eine besonders vorteilhafte Verwendung eines Gleichraumverbrennungsmotors in Verbindung mit einem Elektromotor zum kombinierten und/oder alternativen An- treiben eines Kraftfahrzeugs, insbesondere der anzutreibenden Räder eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere bei sogenannten Elektro-Fahrzeugen besteht ein Problem darin, dass deren Reichweite, bedingt durch die Batterieleistung, oftmals stark begrenzt ist. Es ist daher zur Erweiterung der Reichweite häufig einen zusätzlichen Benzin- oder Dieselmotor im Fahrzeug eingebaut. Diese erfordern dann jedoch einen entsprechenden konstruktiven Aufbau und erhöhen das Gewicht des Fahrzeugs. Der erfindungsgemäße Gleichraumverbrennungsmotor ist konstruktiv erheblich einfacher zu realisieren und zudem leichter als die aus dem Stand der Technik bekannten Motoren, die zur Reichweitenverlängerung von Elektro-Fahrzeugen eingesetzt werden. Der erfindungsgemäße Gleichraumverbrennungsmotor eignet sich daher besonders gut zur Kombination mit einem Elektromotor. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Gleichraumverbrennungsmotor die Batterie des Elektromotors auflädt. Alternativ kann der Gleichraumverbrennungsmotor jedoch auch für einen direkten Antrieb des Fahrzeugs sorgen. Es ist zudem möglich, den Gleichraumverbrennungsmotor und den Elektromotor gleichzeitig zu betreiben oder alternativ zueinander.
Der erfindungsgemäße Gleichraumverbrennungsmotor eignet sich besonders gut zur Reichweitenverlängerung und Ladeerhaltung bei Elektro-Fahrzeugen . Ferner eignet sich der erfindungsgemäße Gleichraumverbrennungsmotor zur Verwendung bei Hybridfahrzeugen und zum Antrieb von Motorrädern und Motorrollern. Der erfindungsgemäße Gleichraumverbrennungsmotor eignet sich zudem zur Verwendung als WasserstoffVerbrennungsmotor aufgrund des Wirkungsgrades und des Entfalls von Ventilen. Ferner hat sich herausgestellt, dass sich der Gleichraumverbrennungsmotor aufgrund des erhöhten Motorwirkungsgrads besonders gut als Blockheizkraftwerk einsetzen lässt. Der erfindungsgemäße Gleichraumverbrennungsmotor kann zudem als Dieselmotor eingesetzt werden. Der Gleichraumverbrennungsmotor kann beispielsweise über eine herkömmliche Schwungscheibe und einen Starter in Betrieb genommen werden. Alternativ oder ergänzend ist es auch möglich, den Gleichraumverbrennungsmotor über Druckluft gespeist von einem Druckluftbehälter in Betrieb zu nehmen. Der Druckluftbehälter kann dabei beispielsweise während des Motorbetriebs durch einen Verdichter aufgeladen werden. Diese Variante bietet den Vorteil einer verschleißarmen, robusten Startanlage, die das elektrische Bordnetz sowie elektrische Energiespeicher nicht belastet, was insbesondere bei der Anwendung als Reichweitenverlängerer und zur Ladeerhaltung im Elektrofahr- zeug von Bedeutung sein kann. Der Verdichter kann über eine schaltbare Kupplung wahlweise von der Abtriebswelle bzw. der Antriebswelle oder von einem Elektromotor angetrieben werden.
Von Vorteil ist es, wenn das Zünden des Gas- oder Gas- Brennstoffgemischs im Arbeitsraum durch ein mitrotierendes Zündkerzensystem erfolgt. Die Zündanlage kann dabei vorzugsweise aus einem mitrotierenden Zündkerzensystem und dessen Spannungsversorgung bestehen.
Die Gemischaufbereitung kann gegebenenfalls über eine externe Mischkammer, ein Einspritzventil und wahlweise ein Umschaltventil erfolgen. Hier sind auch andere Ausgestaltungen denkbar. Die Gemischaufbereitung beispielsweise eines Kraftstoff- luftgemischs kann beispielsweise über eine zentrale oder für jede Einlassbohrung separate Gemischbildungseinheit erfolgen.
Das innere Motorkühlsystem kann in einer Ausführungsform aus einer Rotorscheibe mit Kühlmittelbohrungen, Wellendichtrin- gen, mitrotierender Kühlmittelvor- und Rücklauftrennung sowie dessen konstruktive Gestaltung derart, dass das Kühlmittel zentrifugalkraftunterstützt zum Brennraumdach strömt, realisiert werden. Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung des Ausführungsbeispiels und den Zeichnungen hervor. Dabei zeigen:
Figur 1: eine Hauptansicht des erfindungsgemäßen
Gleichraumverbrennungsmotors im Schnitt mit ausgeblendetem Rotorgehäuse;
Figur 2: eine Steuerkurve mit schematischer Darstellung der Arbeitstakte innerhalb eines Arbeitskreisprozesses;
Figur 3: eine perspektivische Darstellung der Kolben- /Zylindereinheiten im Führungsverlauf der zugehörigen Steuerkurven;
Figur 4: eine perspektivische Darstellung der Rotoreinheit mit angeordneten Kolben-/Zylinderein- heiten;
Figur 5: Eine Darstellung der Zylinderbüchsen
Figur 6 : Eine Darstellung der Kolbenlaufbüchsen
Figur 7: eine schematische Darstellung der Rotoreinheit im Saugbetrieb des Motors mit integrierten Mitteln zur elektrischen Energieerzeugung.
Der in Figur 1 dargestellte Gleichraumverbrennungsmotor 1 um- fasst ein Gehäuse 2, welches zur Anordnung der in den nachfolgenden Figuren näher beschriebenen Funktionseinheiten, wie Statoreinheit (nicht dargestellt), Rotoreinheit 4 und die in der Rotoreinheit angeordnete Kolben-/Zylindereinheiten 5 ausgelegt ist. In dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die für einen Arbeitskreisprozess erforderlichen Motorelemente zur Erzeugung eines Drehmomentes dargestellt, wobei die Statoreinheit und das Rotorgehäuse der Rotoreinheit 4 zur verbesserten Darstellung ausgeblendet sind.
Die Kolben-/Zylindereinheit 5 ist in dem Rotorgehäuse der Rotoreinheit 4 (nicht dargestellt) derart angeordnet, dass die Zylinderachse 7 im Abstand zur Rotationsachse einer in das Gehäuse 2 geführten Antriebswelle 6 tangential beabstandet verläuft. Die Antriebswelle 6 ist mittels zwei Lagern drehgelagert und mit der Rotoreinheit drehfest verbunden. Das vorliegend ausgeblendete Rotorgehäuse weißt die entsprechend für die Aufnahme der Kolben-/Zylindereinheiten notwendigen Hohlräume auf und ist mit den oben beschriebenen Bohrungen für die Zu- und Ableitung von Brennstoff und Kühlmittel ausgestattet .
In dem Gehäuse 2 sind zwei zueinander beabstandete Steuerkurven 9 angeordnet, deren Führungsverlauf 10 den Arbeitskreisprozess des Gleichraumverbrennungsmotors 1 steuert.
Zur Ausführung eines Arbeitskreisprozesses ist der in der Kolben-/Zylindereinheit 5 angeordnete Kolben 11 (nicht sichtbar) mit einem Pleuelbolzen 12 über eine Kolbenstange (nicht sichtbar) verbunden, wobei sich der Pleuelbolzen 12 im Führungsverlauf 10 der Steuerkurve 9 abstützt. Die Kolbenbewegung wird dabei einerseits durch die Steuerkurve 9 begrenzt, wenn im Zylinder ein kolbenverdrängender Überdruck vorliegt, andererseits auch forciert, um beispielsweise verbrauchten Brennstoff auszustoßen oder im Saugbetrieb das Ansaugen des Brennstoffs durchzuführen.
Für eine störungsfreie Bewegung des Kolbens 11 in der Kol- ben-/Zylindereinheit 5 entlang der Zylinderachse 7 umfasst der Pleuelbolzen 12 entsprechende Führungsmittel, die insbesondere ein Verkanten unterbinden.
Die sich an dem Pleuelbolzen 12 im Anschluss an den Führungsmitteln anschließende Kulisse 15 stützt sich während der Drehbewegung der Rotoreinheit 4 im Führungsverlauf 10 der Steuerkurve 9 ab. Entsprechend dem Abstand des Führungsverlaufs 10 der Steuerkurve 9 zur Rotationsachse der Antriebswelle 6 wird der in der Kolben-/Zylindereinheit 5 angeordnete Koben 11 entlang der Zylinderachse 7 hin- und herbewegt.
Auf der Mantelfläche der Kolben-/Zylindereinheit 5 sind im Bereich des Arbeitsraums zwei voneinander beabstandete Ein- und Auslassbohrungen 16, 16A für den Ladungswechsel des Brennstoffsgemischs angeordnet.
Die im Gehäuse 2 angeordnete Steuerkurve 9 umfasst ein äußeres erstes Steuerkurvenelement 9A und ein innenliegendes zweites Steuerkurvenelement 9B, wobei das äußere erste Steuerkurvenelement 9A beabstandet zum innenliegenden zweiten Steuerkurvenelement 9B in der Statoreinheit 3 befestigt ist. Das innere erste und das äußere zweite Steuerkurvenelement bilden den Führungsverlauf 10 der Steuerkurve 9 an welcher sich die Kolben-/Zylindereinheit 5 während der Drehbewegung der Rotoreinheit 4 beidseitig abstützt.
Der Führungsverlauf 10 kann alternativ auch durch ein einzelnes Steuerkurvenelement zum Beispiel mit einer äußeren Kulissenführung des Pleuelbolzens 12 ausgeführt sein.
In Figur 2 ist eine Steuerkurve 9 gezeigt, welche sich aus einem äußeren Steuerkurvenelement 9A und einem innenliegenden Steuerkurvenelement 9B zusammensetzt. Der sich bildende Führungsverlauf 10 in der Steuerkurve 9 ist den einzelnen er- wünschten Arbeitstakten innerhalb eines Arbeitskreisprozesses des Gleichraumverbrennungsmotors 1 angepasst. Der Führungsverlauf 10 der Steuerkurve 9 führt bei einer Drehbewegung der Rotoreinheit 4 um 360° insgesamt zwei Arbeitskreisprozesse aus, wobei jeder Arbeitskreisprozess insgesamt fünf einzelne Arbeitstakte umfasst.
Ausgehend von einer Halbierenden 23, welche die Steuerkurve 9 in zwei Arbeitskreisprozesse unterteilt, die jeweils fünf Arbeitstakte umfassen, werden im Folgenden die einzelnen Arbeitstakte beschrieben. Die dargestellte Steuerkurve 9 repräsentiert einen Arbeitskreisprozess mit externer Aufladung der Kolben-/Zylindereinheit 5, wobei die Ausgestaltung als Saugmotor lediglich eine geringfügige, nachfolgende ebenfalls beschriebene, jedoch nicht dargestellte Anpassung der Steuerkurve 9 bedingen würde.
Die Arbeitstakte werden in entsprechendem Winkelabschnitt im Führungsverlauf 10 der Steuerkurve 9 gegen den Uhrzeigersinn ausgeführt. Der Führungsverlauf 10 der Steuerkurve 9 ist ausgehend von der Halbierenden 23 im ersten Winkelabschnitt 18 zur Befüllung der Kolben-/Zylindereinheit 5 mit einem Brennstoffgemisch ausgebildet. Die Befüllung des Arbeitsraums der Kolben-/Zylindereinheit 5 erfolgt vorliegend durch eine gesonderte Ladevorrichtung bei konstant gehaltener Kolbenstellung. Der Verlauf der Steuerkurve 9 entspricht dabei im Abschnitt 18 im Wesentlichen einem konstanten Radius. Die Beladung kann alternativ oder ergänzend durch Ansaugung erfolgen, was durch ein gleichmäßiges Herausziehen des Kolbens aus dem Zylinder, erreicht durch einen ansteigenden Radius der Steuerkurve 9 erreicht wird (nicht dargestellt) .
Der dem ersten Winkelabschnitt 18 nachfolgende Winkelabschnitt 19 im Führungsverlauf 10 der Steuerkurve 9 repräsentiert die Verdichtung des Brennstoffgemischs im Arbeitsraum der Kolben-/Zylindereinheit 5. Der Radius der Steuerkurve 9 verringert sich dabei drastisch so dass der Kolben durch die Steuerkurve in den Zylinder hinein gedrückt wird, und die Verdichtung ausführt.
In dem nachfolgenden, dritten Winkelabschnitt 20 oder beim Übergang der Winkelabschnitte 19 - 20 wird das im Arbeitsraum der Kolben-/Zylindereinheit 5 verdichtete, insbesondere hochverdichtete Brennstoffgemisch mittels einer Zündquelle gezündet, wobei der in der Kolben-/Zylindereinheit 5 angeordnete Kolben 11 aufgrund des Führungsverlaufs 10 in der Steuerkurve 9 während des Arbeitstaktes 20 der Gleichraumverbrennung seine Position beibehält. Aufgrund der Verbrennung des Brennstoffgemischs unter Gleichhaltung des Raumvolumens der Brennkammer des Arbeitsraums kann ein sehr hoher Druck in der Brennkammer erzeugt werden.
In dem Winkelabschnitt 21 führt der Führungsverlauf 10 der Steuerkurve 9 entlang der Zylinderachse 7 einen rücksprungar- tigen Versatz aus, wobei der rücksprungartige Versatz eine Expansion des verbrannten Brennstoffs mit daraus resultierender Bewegung des Kolbens 11 in der Kolben-/Zylindereinheit 5 gestattet. Dem Kolben wird entlang der Zylinderachse 7 an dem rücksprungartigem Verlauf der Steuerkurve 9 erlaubt, sich aus der Kolben-/Zylindereinheit 5 heraus zu bewegen, wobei die tangential zur Rotorachse beabstandete Anordnung der Kolben- /Zylindereinheit 5 aufgrund des Führungsverlaufs 10 im Abschnitt 21 in der Steuerkurve 9 eine optimale Kraftübertragung zur Erzeugung eines Drehmoments bildet. Die rücksprung- artige Flanke der Steuerkurve 9 im Abschnitt 21 ist dabei annähernd bis bevorzugt senkrecht zur Zylinderachse 7 ausgebildet, um die Schubkraftkomponente des ausgeschobenen Kolbens optimal in ein Drehmoment der Rotoreinheit zu übertragen.
Nach dem Winkelabschnitt 21 schließt sich ein fünfter Winkel- abschnitt 22 an, welcher entsprechend dem Abschnitt 18 für die Entladung des verbrannten Brennstoffs vorgesehen ist. Wie oben beschrieben, so ist vorliegend die Steuerkurve für eine externe Be- und Entladung dargestellt, wobei auch hier ein kontinuierliches Verringern des Radius der Steuerkurve 9 zum eigengetriebenen Ausstoß des verbrannten Brennstoffs denkbar ist. Durch den entsprechenden Verlauf am Übergang des Bereichs 21 - 22 wird der Kolben 11 in der Kolben- /Zylindereinheit 5 wieder geringfügig in die Zylinderbüchse 13 gedrückt, wodurch im verbrannten Brennstoffgemisch ein geringer Überdruck erzeugt wird um die Entladung zu vereinfachen .
Der hier dargestellten Figur 2 ist zu entnehmen, dass die entsprechenden Winkelanschnitte 18 bis 22 innerhalb eines Arbeitskreisprozesses jeweils einen unterschiedlichen Führungsverlauf 10 mit benachbarten Winkelabschnitten aufweisen.
Darüber hinaus ist der Figur 2 zu entnehmen, dass der Verlauf der Winkelabschnitte 18 bis 22 des ersten Arbeitskreisprozesses mit dem entsprechendem Winkelabschnitt des zweiten Arbeitskreisprozesses punktsymmetrisch zum Rotationsmittelpunkt ist. Dadurch wird jeder Arbeitstakt im ersten Arbeitskreis- prozess im gleichen Winkelabschnitt zum punktsymmetrisch zum Rotationsmittelpunkt liegende Winkelabschnitt des zweiten Arbeitskreisprozesses ausgeführt. Bei drei angeordneten Kolben- /Zylindereinheiten 5 ergibt sich daraus eine totpunktfreie Umlaufbewegung .
Das Ausführungsbeispiel ist nicht auf die dargestellten Winkelabschnitte und deren konkreten Verlauf und Anordnung beschränkt. Wesentlich ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass eine KonstantStellung der Position des Kolbens 11 in der Kolben-/Zylindereinheit 5 erzeugt wird, wobei die Konstantstellung einen definierten Winkelabschnitt 20 umfasst, welcher wenigstens teilweise einem Verbrennungstakt zugeordnet ist. Wie die Winkelabschnitte vor dem Verbrennungstakt und nach dem Verbrennungstakt konkret gestaltet sind, ist für die Erfindung vorliegend zweitrangig. Vorteilhaft ist es, wenn die KonstantStellung des Kolbens 11 dem gesamten Verbrennungstakt entspricht bzw. wenigstens annähernd entspricht. Im Ausführungsbeispiel ist es daher von Vorteil, wenn die Position des Kolbens 11 in der Kolben-/Zylin- dereinheit 5 im Winkelabschnitt 20 konstant gehalten wird bzw. genau dem Winkelabschnitt 20 entspricht.
In Figur 3 ist eine perspektivische Darstellung der Kolben- /Zylindereinheit 5 gemäß Figur 1 gezeigt, wobei die Kolben- /Zylindereinheit 5 eine Zylinderbüchse 13 umfasst in deren Innenraum eine Kolbenlaufbüchse 25 zur Aufnahme des Kolbens 11 angeordnet ist. Im Unterschied zur Figur 1 ist der Figur 3 zu entnehmen, dass der Pleuelbolzen 12 in seitlich an der Zylinderbüchse 13 angeordneten Kulissenführungen 24 geführt ist. Die Kulissenführungen 24 wird von der seitlich am Pleuelbolzen 12 angeordneten Kulisse 15 durchgriffen und diese wiederum ragt in den Führungsverlauf 10 der Steuerkurve 9 ein. Bei einer Drehbewegung der Rotoreinheit 4 stützt sich die Kulisse 15 im Führungsverlauf 10 der Steuerkurve 9 ab, wodurch eine Kolbenbewegung entlang der Zylinderachse 7 der Kolben-/Zylindereinheit 5 ausgeführt wird. Die Kulisse 15 kann dabei über reibungsverringernde Mittel wie beispielsweise Laufrollen, Lager, insbesondere Wälzlager oder ähnliches verfügen, oder selbst drehbar gelagert ausgebildet sein.
Die in Figur 4 gezeigte Ausführungsform eines Gleichraumverbrennungsmotors 1 sieht eine Zu- und Abfuhr des Kühlmittels bzw. des Brennstoffgemisches über unterschiedliche Seiten des Gleichraumverbrennungsmotors 1 vor. In Figur 4 ist dazu eine perspektivische Darstellung der Rotoreinheit 4 gezeigt, wobei die Rotoreinheit 4 einen Mittelrotor 28 umfasst, welcher axi- al beidseitig mit je einer Rotorscheibe 26, 27 für Ladungswechsel 26 und Kühlmittelwechsel 27 in Verbindung steht.
Der Mittelrotor 28 ist drehfest mit der Rotorscheibe 26 für den Ladungswechsel verbunden. Die Rotorscheibe 26 für den Ladungswechsel weist parallel zur Rotationsachse 6a verlaufende Bohrungen auf, durch welche der Brennstofftransport zu und von den einzelnen Kolben-/Zylindereinheiten 5 erfolgt. Die im äußeren Randbereich der Rotorscheibe 26 für den Ladungswechsel angeordneten Bohrungen 16 sind für den Ladungswechsel des Brennstoffgemischs vorgesehen.
Im äußeren Randbereich der Rotorscheibe 26 sind mehrere voneinander beabstandete Nuten und Federn angeordnet, welche in entsprechend angeordneten Nuten und Federn eines Stators für die Steuerkurve 9 (nicht gezeigt) eine Labyrinthdichtung 29 bilden. Der Stator für die Steuerkurve 9 hält die Steuerkurve 9 dabei ortsfest im Gehäuse des Motors. Die Labyrinthdichtung 29 erzeugt eine weitestgehend berührungslose und damit verschleißfreie Abdichtung zwischen dem rotierenden Mittelrotor 28 an der daran angeordneten Rotorscheibe 26 und dem ruhenden Stator der Steuerkurve 9.
Aufgrund der einseitigen Verbindung zwischen der Rotorscheibe 26 mit dem Mittelrotor 28 und der andersseitigen Verbindung der Rotorscheibe 27 mit dem Mittelrotor 28 ist die Rotoreinheit 4 insgesamt drehfest mit den an den Rotorscheiben 26, 27 angeordneten, die Antriebswelle 6 bildenden Teilen verbunden.
Die Rotorscheibe 27 für den Kühlmittelwechsel umfasst ebenfalls entsprechende Bohrungen und Rinnenführungen, um einen Kühlmittelkreislauf in einem Kühlbereich zwischen der Kolbenlaufbüchse und der Zylinderbüchse mit Kühlmittel zu durchströmen. Die Kühlmittelförderung erfolgt dabei durch externe Druckbeaufschlagung, beispielsweise durch eine Kühlmittelpum- pe . In einer besonderen Ausgestaltung des Motors sind auch achsnahe Kühlmittelführungen in der Rotorscheibe 26 vorgesehen, um der Erwärmung durch die Abgase beim Ladungswechsel und den daraus resultierenden thermischen Ausdehnungseffekten entgegen zu wirken.
Die Kulissenführung 24 zur linearen Führung des Pleuelbolzens 12 ist in seitlich am Mittelrotor 28 angeordneten Ausnehmung 30 angeordnet.
Grundsätzlich ist auch die Anordnung von Ladungswechsel und Kühlmittelwechsel in einer Rotorscheibe oder im vorzugsweise einstückig ausgebildeten Mittelrotor denkbar, wenngleich die einzelne Kanalführung dabei ungleich komplexer auszuführen wäre .
In Figur 5 ist eine perspektivische Darstellung der Zylinderbüchsen 13 der Kolben-/Zylindereinheiten 5 gezeigt. In den zylindrischen Innenraum der Zylinderbüchse 13 wird eine Kolbenlaufbüchse 25 für den Kolben 11 eingeführt, welche zur verbesserten Übersicht in der nachfolgenden Figur 6 näher beschrieben wird.
Die Zylinderbüchsen 13 sind fest im Mittelrotor 28 der Rotoreinheit 4 angeordnet und weisen im Randbereich ihrer offenen Enden jeweils zwei in einer Gegenüberstellung angeordnete Aussparungen 43 auf. In diese Aussparungen 43 wird der mit dem Kolben 11 verbundene Pleuelbolzen 12 mit seinen seitlich angeordneten Führungsflächen zur Hubbewegung des Kolbens 11 in Richtung des Rotationsmittelpunktes der Rotoreinheit 4 eintauchen .
Die Mantelfläche der Zylinderbüchse 13 weist zwei nebeneinander angeordnete Bohrungen 16, 16A auf, welche als Einlass- /Auslassbohrung für das Brennstoffgemisch beim Ladungswechsel verwendet werden. Die Position der Bohrungen 16, 16A ist den entsprechenden Bohrungen in der Rotoreinheit 4 angepasst, so dass bei Überdeckung der Ein- und Auslassbohrungen in der Statoreinheit 3 und der Rotoreinheit 4 ein Ladungswechsel in der Kolben-/Zylindereinheit 5 durchgeführt werden kann. Für den Ladungswechsel sind somit keine Ventile erforderlich.
Des Weiteren sind in der Mantelfläche der Zylinderbüchse 13 je zwei weitere Bohrungen 33 für den Kühlmittelzulauf und 33A für den Kühlmittelrücklauf angeordnet, die als Ein- bzw. Auslassbohrung für die Zufuhr des Kühlmittels zur Kolben- /Zylindereinheit 5 verwendet werden. Das Kühlmittel umfließt die Kolbenlaufbüchse 25 in einem Raum, welcher in Figur 6 näher beschrieben ist.
Im Innenraum der Zylinderbüchse 13 ist eine zusätzlich Kühlmittelabdeckung 36 angeordnet, welche zusammen mit dem an der Kolbenlaufbüchse 25 angeordneten Brennraumdach 14 (siehe Figur 6) einen zusätzlichen Raum für das Kühlmittel bildet.
Die Zylinderbüchsen 13 weisen einen Anschluss 42 für eine Zündquelle auf. Die Zündung des Arbeitsgasgemischs kann im Ausführungsbeispiel über eine mitrotierende Zündkerze erfolgen. Die Elektrode kann dabei in eine Vorkammer 37 ragen und entzündet das Arbeitsgasgemisch entsprechend der Zündwinkelvorgabe aus einem nicht dargestellten Motorsteuergerät. Die Übertragung der Zündenergie zwischen Übertragungselement und Zündkerze kann beispielsweise über einen bekannten Schleifring oder Induktion erfolgen. Alternativ zur herkömmlichen Entzündung mittels Zündkerze kann auch eine Mikrowellen- oder Laserzündung angewandt werden. Die Ausbreitung des heißen Gasgemischs kann gegebenenfalls über eine Zündstrahlausbildung in einem gegebenenfalls vorgesehenen Konus der Vorkammer 37 zentrisch auf die Kolbenoberfläche des Kolbens 11 erfolgen. Es kann von Vorteil sein, wenn die Vorkammer 37 ohne Quetschspalte gestaltet ist. Eine derartige Gestaltung in Verbindung mit einer hohen Zündstrahlenergiedichte bewirken eine optimale Verbrennung und Gasdruckdynamik. Das Ausführungsbeispiel und auch die Erfindung sind jedoch nicht auf die Gestaltung der Zündung beschränkt. Es handelt sich hierbei lediglich um eine vorteilhafte Gestaltungsmöglichkeit.
In Figur 6 ist eine perspektivische Ansicht von Kolbenlaufbüchsen 25 dargestellt. Der Außendurchmesser der Kolbenlaufbüchsen 25 ist kleiner als der Innendurchmesser der Zylinderbüchsen 13, um die Kolbenlaufbüchse 25 in der Zylinderbüchse 13 aufzunehmen.
Die Kolbenlaufbüchsen 25 umfassen jeweils ein Brennraumdach 14, welches zusammen mit der Kühlmittelabdeckung 36 einen weiteren Raum für das zwischen dem Dach der Zylinderbüchse 13 und der Kolbenlaufbüchse 25 fließende Kühlmittel bildet.
Die Kolbenlaufbüchsen 25 weisen auf Ihrer Mantelfläche jeweils einen Kühlmitteldichtring 35 auf, welcher zusammen mit dem Brennraumdach 14 einen ersten Raum für das einströmende Kühlmittel bilden. Von diesem Raum aus fließt das Kühlmittel über im Brennraumdach 14 angeordnete Bohrungen 44 in den oberhalb des Brennraumdachs 14 und der Kühlmittelabdeckung 36 gebildeten zweiten Raum. Durch die vorzugsweise nicht vollständig umlaufende Verteilung der Bohrungen 44 wird eine bevorzugte Zirkulationsströmung des Kühlmittels erzeugt.
Am offenen Ende der Kolbenlaufbüchse 25 sind in der Mantelfläche jeweils zwei in Gegenüberstellung angeordnete Aussparungen 43 gebildet, welche in Überdeckung mit den Aussparungen in der Zylinderbüchse 13 gebracht werden.
Die Kolbenlaufbüchse 25 bildet im Zusammenbau mit der Zylinderbüchse 13 eine Zylindereinheit, wobei eine dichtungsfreie Zu- und Abfuhr des Brennstoffgemischs in den Arbeitsraum 40 der Kolben-/Zylindereinheit unter gleichzeitiger Zu- und Abfuhr eines Kühlmittels über dichtungsfreie Bohrungen in der Zylinderbüchse 13 zur Kühlung der Kolben-/Zylindereinheit 5 im Betrieb des Motors 1 erfolgt.
In Figur 7 ist eine schematische Darstellung einer Rotoreinheit 4 gezeigt, welche in einem Gehäuse 2 angeordnet ist.
Die Rotoreinheit 4 umfasst einen Mittelrotor 28, welcher axial beidseitig mit einer Rotorscheibe 27 für den Kühlmittelwechsel und einer Rotorscheibe 26 für den Ladungswechsel ausgestattet ist. Die in Figur 7 dargestellte Ausführungsform eines Gleichraumverbrennungsmotors 1 ist für die Betriebsart des Gleichraumverbrennungsmotors 1 als Saugmotor vorgesehen, wobei in der Rotorscheibe für den Ladungswechsel ein Einventilsystem integriert ist, welches über einen externen Aktua- tor, beispielsweise ein Planetengetriebes oder ein Rotationsventil angetrieben ist. Entsprechend der Drehbewegung der Rotoreinheit 4 öffnet bzw. schließt das Einventilsystem die Zufuhr des Brennstoffgemischs zur Kolben-/Zylindereinheit 5 und/oder gibt einen Auslasskanal für verbrannten Brennstoff frei .
In der in Figur 7 gezeigten Darstellung sind im Randbereich der Umfangsfläche der Rotorscheibe 27 für den Kühlmittelwechsel auf dem Umfang gleichmäßig verteilte Permanentmagnete 39 angeordnet, welche zusammen mit in Gegenüberstellung angeordnete Statorwicklungen 38 die Erzeugung von elektrischer Energie ermöglichen.
Anstelle der Permanentmagnete 39 in der Rotorscheibe 27 können alternativ oder ergänzend auch in der Rotorscheibe 26 o- der dem Mittelrotor 28 Permanentmagnete 37 bzw. allgemein der rotatorische Teil einer elektrischen Maschine integriert sein. Dabei können die Statorwicklungen 28 allgemein durch ein im Gehäuse 2 angeordnetes Statorteil der elektrischen Maschine ersetzt werden, um elektrische Energie zu erzeugen.
Die Erfindung ist im Ausführungsbeispiel anhand einer Ausführungsform beschrieben, in der die Kolben-/Zylindereinheit 5 in der Rotoreinheit 4 und die Steuerkurve 9 in der Statoreinheit 3 angeordnet ist. Die Erfindung umfasst explizit jedoch auch eine Umkehrung dieses Prinzips. Dabei ist vorgesehen, dass die Kolben-/ Zylindereinheit 5 in der Statoreinheit 3 angeordnet ist. Die Kolben-/Zylindereinheit 5 rotiert somit nicht. In diesem Fall ist vorgesehen, dass die Steuerkurve 9 in der Rotoreinheit 4 angeordnet ist. Durch eine Bewegung des Kolbens 11 in der Kolben-/Zylindereinheit 5 wird somit eine Drehbewegung bzw. eine Rotation der Steuerkurve 9, die in der Rotoreinheit 4 festgelegt ist, bewirkt. Dadurch wird dann die Antriebswelle 6 angetrieben. Das erfindungsgemäße Prinzip mit allen Merkmalen, so wie diese im Ausführungsbeispiel dargestellt sind, funktioniert auch in einer Ausgestaltung, bei der die Kolben-/ Zylindereinheit 5, wie in diesem Absatz beschrieben, in der Statoreinheit 3 angeordnet bzw. festgelegt ist. Das Ausführungsbeispiel ist analog daher auch zur Offenbarung dieser Ausführungsform geeignet und soll so verstanden werden .

Claims

Patentansprüche
Gleichraumverbrennungsmotor (1), insbesondere Hubkolbenmotor zur Erzeugung mechanischer Energie durch Expansion eines Gases oder eines Heißgases aus der Verbrennung eines Gases- oder Gas-Brennstoffgemischs , mit einer Statoreinheit (3), einer Rotoreinheit (4), einer Steuerkurve (9) und mindestens einer Kolben-/Zylindereinheit (5), wobei sich ein Kolben (11) der mindestens einen Kolben- /Zylindereinheit (5) an der Steuerkurve (9) über Führungsmittel abstützt und eine dadurch beeinflussbare Hubbewegung ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkurve (9) einen Verlauf aufweist, welcher in mindestens einem definierten Winkelabschnitt (20) eine Konstantstellung der Position des Kolbens (11) in der Kol- ben-/Zylindereinheit (5) erzeugt, wobei der definierte Winkelabschnitt (20) wenigstens teilweise einem Verbrennungstakt zugeordnet ist.
Gleichraumverbrennungsmotor (1) nach Anspruch 1, mit den nachfolgenden Merkmalen:
- einer in der Statoreinheit (3) zentrisch drehbar gelagerten Antriebswelle (6);
- die Rotoreinheit (4) ist mit der Antriebswelle (6) fest verbunden;
- die Steuerkurve (9) ist in der Statoreinheit (3) angeordnet; und
- die mindestens eine Kolben-/Zylindereinheit (5) ist in der Rotoreinheit (4) angeordnet.
3. Gleichraumverbrennungsmotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben-/Zylindereinheit (5) in der Statoreinheit (3) eingebaut bzw. angeordnet ist und die Steuerkurve (9) drehfest mit der Rotoreinheit (4) verbunden ist.
4. Gleichraumverbrennungsmotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der definierte Winkelabschnitt (20) einem Verbrennungstakt zugeordnet ist .
5. Gleichraumverbrennungsmotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der definierte Winkelabschnitt (20) genau einem vollständigen Verbrennungstakt zugeordnet ist.
6. Gleichraumverbrennungsmotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Drehbewegung der Rotoreinheit (4) um 360° zwei vollständige Arbeitskreisprozesse mit vollständiger oder teilweiser Gleichraumverbrennung erfolgen.
7. Gleichraumverbrennungsmotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kolben-/Zylindereinheit (5) derart - vorzugsweise in der Rotoreinheit (4) - angeordnet ist, dass ihre Zylinderachse (7) tangential beabstandet zur Rotationsachse (4) der Antriebswelle (6) verläuft.
8. Gleichraumverbrennungsmotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Takt- Zeitpunkt der Kolbenexpansion (4) nach der Verbrennung die Steuerkurve (9) entlang der Zylinderachse (7) der Kolben-/Zylindereinheit (5) einen rücksprungartigen, insbesondere linear zurückziehenden Verlauf (32) oder eine Vertiefung aufweist.
9. Gleichraumverbrennungsmotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Statoreinheit (3) mindestens ein Lagerschild umfasst, welches mit der Steuerkurve (9) in Verbindung steht und Ein- und Auslassbohrungen (16, 16A) zur Zu- und Ableitung des Brennstoffs und/-oder Ein- und Auslassbohrungen (33) zur Zu- und Ableitung eines Kühlmittels aufweist.
10. Gleichraumverbrennungsmotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoreinheit (4) einen Mittelrotor (28) umfasst, welcher axial beidseitig mit je einer Rotorscheibe (26, 27) in Verbindung steht, wobei die Abdichtung der Rotoreinheit (4) gegenüber der Statoreinheit (3) mittels mindestens einer Labyrinthdichtung (29) im Bereich mindestens einer Rotorscheibe (26, 27) erfolgt.
11. Gleichraumverbrennungsmotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kol- ben-/Zylindereinheit (5) eine Kolbenlauf- und eine Zylinderbüchse (34, 13), eine Vorkammer zur Aufnahme einer Zündquelle und ein Brennraumdach (14) umfasst, wobei die Kolbenlauf- und die Zylinderbüchse (5) Ein- und Auslassbohrungen (16, 16A) zur Zu- und Ableitung des Brennstoffs aufweist und/oder ein Kühlmittelbereich zur Durchströmung mit Kühlmittel zwischen der Kolbenlaufund der Zylinderbüchse (34, 13), begrenzt von einem Kühlmitteldichtring (35) unterhalb der Ein- Auslassbohrungen (16, 16A) und einer Kühlmittelabdeckung (36) an einer Vorkammer (37) vorgesehen ist.
12. Gleichraumverbrennungsmotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsmittel als Pleuelbolzen (12) ausgebildet ist, welcher mindestens eine Kulisse (15) aufweist, die in mindestens einer Kulissenführung (24) geführt ist.
13. Gleichraumverbrennungsmotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffgemisch mit Hilfe einer Aufladevorrichtung in den Arbeitsraum (40) gedrückt wird oder durch einen Ansaugvorgang der Kolben-Zylindereinheit selbst in den Arbeitsraum (40) gelangt.
14. Gleichraumverbrennungsmotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkurve (9) in funktionale Winkelabschnitte (18 bis 22) eingeteilt ist, wobei jeder Winkelabschnitt (18 bis 22) asymmetrisch zum benachbarten Winkelabschnitt und punktsymmetrisch zum Rotationsmittelpunkt (41) ist.
15. Gleichraumverbrennungsmotor (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Mittelrotor (28) der Rotoreinheit (4) in Verbindung stehenden Rotorscheiben (26, 27) auf einer ersten Seite der Rotoreinheit (4) für einen Kühlmittelaustausch und auf einer zweiten Sei- te der Rotoreinheit (4) für einen Ladungswechsel ausgebildet sind.
16. Gleichraumverbrennungsmotor (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rotoreinheit (4) mindestens ein Schaltventil (31) für den Ladungswechsel insbesondere im Saugbetrieb des Motors (1) integriert ist, welches über einen Aktuator gesteuert wird.
17. Gleichraumverbrennungsmotor (1) nach den Ansprüchen 10 oder 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass in den Rotorscheiben (26, 27) oder dem Mittelrotor (28) der rotatorische Teil (39) einer elektrischen Maschine integriert ist, welcher im Betrieb des Motors (1) mit im Gehäuse (2) angeordneten Statorteilen (38) der elektrischen Maschine elektrische Energie erzeugt.
18. Gleichraumverbrennungsmotor (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der rotatorische Teil der elektrischen Maschine Permanentmagnete (39) sind und die Statorteile der elektrischen Maschine Statorwicklungen (38) sind.
19. Gleichraumverbrennungsmotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, gekennzeichnet durch eine Ausgestaltung als Fünf-Takt-Gleichraumverbrennungsmotor (1) .
20. Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Hubkolbenmotors, zur Erzeugung mechanischer Energie durch Expansion eines Gases oder eines Heißgases aus der Verbrennung eines Gas- oder Gas- Brennstoffgemisches, wobei der Verbrennungsmotor eine Statoreinheit (3), eine Rotoreinheit (4), eine Steuerkurve (9) und mindestens eine Kolben-/Zylindereinheit (5) aufweist, wonach sich ein Kolben (11) der mindestens einen Kolben-/Zylindereinheit (5) an der Steuerkurve (9) über Führungsmittel abstützt und eine dadurch beein- flusste Hubbewegung ausführt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkurve einen Verlauf aufweist, welcher in mindestens einem definierten Winkelabschnitt (20) eine KonstantStellung der Position des Kolbens (11) in der Kolben-/Zylin-dereinheit (5) erzeugt, wobei der definierte Winkelabschnitt (20) wenigstens teilweise einem Verbrennungstakt zugeordnet ist.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der definierte Winkelabschnitt (20) einem Verbrennungstakt entspricht bzw. zugeordnet ist.
22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Drehbewegung der Rotoreinheit (4) um 360° zwei oder mehrere vollständige Arbeitskreisprozesse erfolgen, bei denen jeweils im Verbrennungstakt eine KonstantStellung der Position des Kolbens (11) in der Kolben-/Zylindereinheit (5) erzeugt wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass ein Arbeit skreisprozess fünf Arbeitstakte aufweist, die sich dadurch ergeben, dass die Kolben-/Zylindereinheit (5) fünf Winkelabschnitte an der Steuerkurve (9) abfährt, wonach in einem ersten Winkelabschnitt (18) ein Arbeitsraum der Kolben-/Zylinder- einheit (5) befüllt wird, wonach in einem zweiten Winkelabschnitt (19) das Gas- oder Gas-Brennstoffgemisch verdichtet wird, wonach in einem dritten Winkelabschnitt (20) das verdichtete Gas- oder Gas-Brennstoffgemisch gezündet wird, wobei im dritten Winkelabschnitt (20) die Position des Kolbens in der Kolben-/Zylindereinheit (5) konstant gehalten wird, wonach in einem vierten Winkelabschnitt (21) der Kolben aus der Kolben-/Zylinder- einheit (5) herausbewegt wird und wonach in einem fünften Winkelabschnitt (22) der verbrannte Brennstoff ausgestoßen wird.
24. Verwendung eines Gleichraumverbrennungsmotors nach Anspruch 1 als Generator, wobei der rotatorische Teil (39) des Generators in der Rotoreinheit (4) integriert oder diese damit versehen ist, und die Statorteile (38) des Generators in einem Gehäuse (2) oder der Statoreinheit (3) des Gleichraumverbrennungsmotors (1) integriert oder diese damit versehen sind.
25. Verwendung eines Gleichraumverbrennungsmotors nach Anspruch 1 zum Antreiben eines Generators.
26. Verwendung eines Gleichraumverbrennungsmotors nach einem der Ansprüche 24 und 25 zum Betrieb eines Blockheizkraftwerks oder zum Laden der Batterie eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.
27. Verwendung eines Gleichraumverbrennungsmotors nach Anspruch 1 und eines Elektromotors zum kombinierten und/- oder alternativen Antreiben der anzutreibenden Räder eines Kraftfahrzeugs.
PCT/EP2011/068353 2010-10-20 2011-10-20 Gleichraumverbrennungsmotor WO2012052518A1 (de)

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