WO2017118542A1 - Verbrennungsmotor - Google Patents

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WO2017118542A1
WO2017118542A1 PCT/EP2016/080769 EP2016080769W WO2017118542A1 WO 2017118542 A1 WO2017118542 A1 WO 2017118542A1 EP 2016080769 W EP2016080769 W EP 2016080769W WO 2017118542 A1 WO2017118542 A1 WO 2017118542A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
combustion engine
internal combustion
working space
housing
wall elements
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/080769
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heinrich Menge
Original Assignee
Heinrich Menge
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heinrich Menge filed Critical Heinrich Menge
Publication of WO2017118542A1 publication Critical patent/WO2017118542A1/de

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Classifications

    • 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
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/32—Engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding main groups
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F01B19/00—Positive-displacement machines or engines of flexible-wall type
    • F01B19/02—Positive-displacement machines or engines of flexible-wall type with plate-like flexible members
    • 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
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/36—Engines with parts of combustion- or working-chamber walls resiliently yielding under pressure

Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine with a housing and a working space according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a method for operating such an internal combustion engine.
  • Combustion engines were significantly influenced by the application in the automobile and have reached as drive motors a high degree of technical maturity.
  • four-stroke piston engines are used today, which are designed as self-igniting reciprocating piston engines according to the diesel principle or as spark-ignition internal combustion engines according to the Otto principle.
  • two-stroke engines are known, which are characterized by a compact design.
  • Two-stroke engines are typically lubricated by oil, which is added to the fuel, thereby polluting the environment more than four-stroke engines.
  • two-stroke engines are often used in lawnmowers or chainsaws.
  • Current internal combustion engines are usually operated at a speed between 500 and 8000 revolutions per minute.
  • Electric motors are known from the prior art. Electric motors are in contrast to internal combustion engines ih- Rated power over a wide speed range continuously available and have even at very low speeds over a high torque, so that they can start even under load with high torques. Furthermore, electric motors have the option of recuperation for battery charging. Overall, the efficiency of electric motors is well above the efficiency of known internal combustion engines.
  • a weak point of previous drive concepts of motor vehicles with electric motor are the batteries.
  • the range of electric vehicles is usually much lower than that of comparable motor vehicles with internal combustion engine, on the other hand, charging the batteries takes longer than refueling and the performance of the battery can be greatly reduced at low ambient temperatures. Therefore, in motor vehicles with an electric motor continue to use internal combustion engines as a so-called Range Extender that allow for an empty battery onward drive at least until the next charging station.
  • both piston engines and rotary piston as the Wankel engine in use with the Wankel engine is characterized in that the piston already perform a rotational movement and this does not have to be mechanically complicated converted into a rotary motion.
  • Petrol engines generally have a lower efficiency than comparable diesel engines, which result from the throttle losses in the intake tract and a substantially stoichiometric combustion mixture.
  • the use of exhaust gas turbochargers and an associated reduction of friction by smaller displacement and in particular we- niger cylinder with the same power progress, but there is an effort to further improve the efficiency of internal combustion engines. Therefore, so-called lean-burn engines have been developed in recent years, which are operated substantially with a superstoichiometric combustion air ratio.
  • it should be noted in such lean-burn engines that there are no unburned hydrocarbons in the exhaust gas in these engines, which can be used for the reduction of nitrogen oxides. Therefore, the exhaust aftertreatment of such lean-burn engines is particularly expensive.
  • a combustion engine with folding combustion chamber in which a folding combustion chamber consists of four wall elements which are hingedly connected to a foldable frame.
  • a spark plug is arranged to ignite the mixture in the folding combustor.
  • a joint cylinder is known, which may be part of an internal combustion engine.
  • the joint cylinder has four uniform and identical joint plates, which are connected to each other with the same distance, parallel joint eyes and concentric joint holes, with the joint plates move between two guide walls, which are designed as a cylinder cover and limit a working space.
  • a disadvantage of such a solution is that it is difficult in such a solution to allow an effective gas exchange in the combustion chamber.
  • a lean operation is difficult, since a combustion mixture is substantially uniformly distributed in the combustion chamber and must be present at the spark plug, ie in the region of a combustion chamber wall, ignitable mixture.
  • the object of the invention is to further develop an internal combustion engine such that it has higher fuel efficiency, lower weight (which may also contribute to increased fuel efficiency of a motor vehicle) over internal combustion engines known from the prior art and the disadvantages known from the prior art overcome.
  • an internal combustion engine having a housing and a working space, wherein the working space is each end limited by an end plate, wherein the working space is limited in the axial direction by movable between the end plates wall elements, wherein the wall elements are hinged together in which a working medium in the working space can be compacted by a folding movement of the wall elements, the working space in each case being provided with at least one inlet valve for supplying supply of the working space with fresh air and at least one outlet valve for discharging the combustion gases are allocated from the working space, and wherein the inlet valve or the inlet valves in the first end plate is arranged / and the outlet valve or the outlet valves in the opposite second end plate is / are arranged.
  • the charge change of the internal combustion engine can be improved in an advantageous manner compared with the engines known from the prior art, and thus a better filling of the working space with fresh air can be achieved.
  • the gas exchange process of the engine according to the invention is solved so that it does not require any pre-compression and alone on the mutually matched valve timing of inlet valve (s) and exhaust valve (s) and the resulting negative pressure or overpressure in the working space and in an intake of the engine can control. This results in significantly lower charge exchange losses than in known reciprocating engines.
  • the intake valve or valves and the exhaust valve or valves are opened and closed via electromagnetic actuators.
  • Electromagnetic actuators make it possible to achieve a very accurate and timely control of the valves without an additional mechanical valve train. As a result, on the one hand weight can be saved, on the other hand, a very precisely controllable charge exchange of the gas in the working space can be realized.
  • the inlet valve or the inlet valves and the outlet valve or the outlet valves are arranged in alignment with each other.
  • At least one further, unregulated valve preferably a flutter valve
  • a flutter valve is arranged in an intake tract of the internal combustion engine.
  • the flutter valve is structurally designed so that the flutter valve closes in time after the intake valve or intake valves.
  • a recharge in the intake between the inlet valve and the flutter valve is achieved when tracking the fresh air into the working space, whereby the filling of the combustion chamber with fresh gas can be further improved.
  • a mixture formation tube is arranged in the working space.
  • a layer charge in the working space can be achieved in a targeted manner, whereby a cloud of ignitable mixture in the mixture formation tube is separated from air in the remaining working space of the internal combustion engine and thus in particular in the partial load operation of the combustion engine.
  • combustion engine a very efficient combustion of the fuel is possible.
  • the mixture formation tube has a round or oval shape.
  • a particularly good flow through the mixture formation tube can be achieved, whereby flow losses are reduced when flowing through the mixture formation tube and a simple charge exchange in the mixture formation tube is possible.
  • the mixture formation tube is slotted.
  • the shape of the wall elements can be adjusted so that the wall elements in the point of maximum compression substantially abut the mixture formation tube and thus reduce the working space maximum.
  • a particularly high compression and / or a particularly small harmful volume can be achieved, which has a positive effect on the formation of emissions in the working space.
  • the outer contour of the mixture-forming tube can also be adapted in order to enable the most possible gap-free abutment of the wall elements on the mixture formation tube.
  • the mixture formation tube consists of a ceramic material or has a ceramic coating on its inside.
  • a thermal insulation of the mixture formation tube is possible
  • a ceramic material has a high strength, especially at high temperatures, so that high combustion temperatures without damaging the mixture formation tube are possible.
  • a preferably ceramic mixture formation tube can serve as a heating element for a combustion chamber in the interior of the mixture formation tube and promote the evaporation of fuel, whereby an even leaner combustion mixture is possible during operation and in the cold start phase, an advantageous mixture preparation can be achieved.
  • the heating of the mixture formation tube can take place, for example, via an electrical resistance heater in the mixture formation tube.
  • a mixture formation tube heated by the combustion process can also serve to promote the vaporization of the fuel in subsequent combustion cycles and thus to improve the efficiency of the combustion process.
  • a heat exchange between the mixture-forming space and the external space can be reduced by a ceramic mixture formation tube or a ceramic coating of the mixture formation tube, whereby the waste heat losses can be reduced via the wall elements.
  • an inflow of fresh air is promoted if the heat exchange between the mixture formation space and the remaining working space is reduced by insulation on the mixture formation tube.
  • the mixture formation tube tapers at least on one side, preferably on both sides of an edge region towards the center.
  • the mixture formation pipe can act as a nozzle when introducing fresh air, whereby the flow velocity through the mixture formation pipe can be increased.
  • the gas exchange in the mixture formation tube can be further improved.
  • the mixture can flow more easily into the region of the working space outside of the mixture formation tube due to the cross section of the mixture formation tube which widens from the middle to the edge region, whereby the flow and throttling losses can be reduced.
  • the mixture formation tube is preferably attached via the guide tubes in the housing of the internal combustion engine. Alternatively, it is possible for the mixture formation tube to be attached to the end plates via fasteners.
  • the inlet valve or the inlet valves and the outlet valve or the outlet valves are arranged coaxially to the mixture formation tube. It is advantageous if in each case one intake and exhaust valve, the mixture formation tube is round and in each case two intake and exhaust valves, the mixture formation tube is oval. Thus, in each case the largest possible part of the cross section of the mixture formation tube can be released through the respective valves, whereby the gas exchange in the mixture formation tube is improved.
  • an injection nozzle for introducing the fuel into the working space is arranged on the working space.
  • the mixture formation takes place only in the combustion chamber, as a layer charge during combustion is preferred by the structural design.
  • a stratified charge is to be understood in this context, a mixture formation when an ignitable mixture at the time of ignition is in the immediate vicinity of the spark plug and the remaining fresh air is substantially separated from it in the remaining working space of the internal combustion engine.
  • a gasoline-air mixture locally requires a very exact composition within defined ignition limits in order to be ignitable at all. Due to the positioning of the injection nozzle and the air guidance into the working space, a defined layer charge can be achieved here.
  • the injection nozzle with the inlet valve or valves (s) may be arranged on a common end plate.
  • the assembly work of the internal combustion engine can be reduced, for example, by making the end plate as a prefabricated module.
  • the injection nozzle is arranged laterally on the working space.
  • the fuel can be arranged transversely to the direction of flow of the air between the inlet valve and the outlet valve, as a result of which a targeted mixing of the air is achieved
  • Fuel can be achieved with the air. It is particularly advantageous if the injection nozzle penetrates a lateral surface of the mixture formation tube and injects the fuel in the space enclosed by the mixture formation tube space. As a result, a layer charge can be achieved in a targeted manner in the part of the working space enclosed by the mixture formation tube, which is also referred to below as the mixture formation space.
  • the injection nozzle can be supplied with fuel through the guide tube.
  • a cooling device in particular a coolant channel may be provided to cool the injector and to protect against thermal overload.
  • the proposed internal combustion engine is preferably designed as a spark-ignited internal combustion engine.
  • an ignition element for spark ignition of the fuel in the working space is provided at the working space of the internal combustion engine.
  • the ignition element penetrates into the mixture-forming space, so that the fuel is ignited in the mixture-forming space can be.
  • an effective layer charge in the working space is possible, wherein the ignitable combustion mixture of fuel and air is located substantially in the mixture formation tube and the working space outside of the mixture formation space is substantially filled with air.
  • the ignition element penetrates through a lateral surface of the mixture formation tube into the mixture formation space and is arranged at least in sections within a guide tube of the internal combustion engine.
  • the ignition element in particular a spark plug or an ignition electrode, can be protected from the temperatures and pressures in the working space.
  • a simple electrical connection of the ignition element through the guide tube is possible in this way.
  • a cooling device in particular a coolant channel may be provided in the guide tube, with which the ignition element can be cooled and protected against thermal overload.
  • a slide pin of the internal combustion engine forms a negative pole of the ignition element.
  • the ignition element can be made very slim or compact, since no additional negative pole is to be provided on the ignition element itself.
  • the ignition element can also be arranged on one of the end plates of the internal combustion engine.
  • the assembly work can be reduced by the end plate is designed with the ignition element as an assembly.
  • the ignition element comprises a laser for generating an ignition pulse. This can be done generate ignition pulses virtually at arbitrary locations of the working space, so that no ignition element is necessary directly in the working space.
  • the internal combustion engine can be designed as a self-igniting internal combustion engine, so that no ignition element is necessary.
  • the air or the combustion mixture in the working space is compressed so far until the combustion mixture, preferably in the mixture formation space, ignites independently.
  • translational means which implement a folding movement of the wall elements at least indirectly in a rotational movement of a drive pulley or a drive shaft.
  • the translational means comprise one or more plunger elements which are hinged to the wall elements.
  • plunger elements By plunger elements a simple translation of the folding movement of the wall elements in a translational movement of the plunger elements is possible. It is particularly preferred if the plunger elements are in engagement with a Häexzenterbahn the drive pulley.
  • the translational movement of the plunger elements can be converted into a rotational movement of the drive pulley or the drive shaft, which due to the geometric dimensions compared to a conventional piston engine at the same power a significantly higher torque can be generated.
  • the movement of the plunger elements can also be transmitted to one or more drive shafts, which are preferably designed as eccentric shafts.
  • Rollers are preferably arranged on the tappet elements which abroll along the working eccentric path of the drive pulley. len. As a result, the friction losses between the plunger elements and the drive disk can be reduced and a substantially wear-free power transmission to the drive disk can be realized.
  • the plunger elements are guided on one or more slide pins.
  • the sliding pins may have a longitudinally extending bore for cooling through which a cooling medium, in particular a cooling liquid, can be conveyed.
  • the sliding pins have sliding bolt springs with which the sliding pins are mounted in fastening elements.
  • a drive disk is arranged between the end plates.
  • a drive pulley between the two end plates, a particularly compact design of the internal combustion engine is possible.
  • weight can be saved because, in contrast to a piston engine, no crankshaft is necessary.
  • This can, in contrast to a piston engine, be dispensed with a correspondingly complex engine block or a crankcase, whereby the internal combustion engine is much lighter than comparable piston engines.
  • the drive pulley is designed as a hollow disc. Through a hollow disc, a guide and / or elements for power transmission, in particular the plunger elements, can be arranged between the two halves of the hollow disk. As a result, the drive mechanism can be protected from contamination or damage from the outside.
  • the drive disc has a working eccentric track and a starter eccentric track.
  • a starter eccentric track By means of an additional starter eccentric track, precise guidance of the tappet elements, in particular of the rollers of the tappet elements, is possible, so that the tappet elements can not tilt out of their starting position.
  • the translational movement of the plunger can be transferred to the drive pulley and converted into a rotational movement.
  • the drive disc is mounted by means of rolling bearings on the housing of the internal combustion engine.
  • an oil circuit is provided for the lubrication and / or cooling of the wall elements.
  • An oil circuit allows easy lubrication between the wall elements and the end plates. Furthermore, a cooling of the wall elements can take place through the oil circuit, so that no further cooling circuit for the internal combustion engine is necessary. Thus, compared to a conventional piston engine weight can be saved and it is a very compact version of the internal combustion engine possible.
  • the oil circuit comprises spray nozzles.
  • Spray nozzles allow targeted introduction of lubricants in the most exposed areas. So can in the wall elements
  • Lubricant channels may be formed, which emerge at one of the joints facing the end of the wall elements and thus allow a targeted supply of lubricant to the joints.
  • the wall elements may also be designed as hollow elements, wherein a cavity is formed between a plate facing the working space and a plate facing away from the working space, which allows a fluidic connection with the joints.
  • sealing elements At the end faces of the joints may also be provided sealing elements which prevent uncontrolled leakage of the lubricant into the working space.
  • further openings may be provided at the respective axial ends of the wall elements, with which a discharge of lubricant from the joints is made possible on the side facing away from the working space of the internal combustion engine of the wall elements.
  • lubricant can be delivered through the joints, thereby reducing the risk of "seizing" at the juncture between wall elements and joints, whereby the delivery of the lubricant can be enhanced by the pressure pulsation in the space between the wall elements and the housing increases in the housing limited by the wall elements working space and thus pushes the lubricant introduced from the spray nozzles in the lubricant channels. so that the amount of circulating oil of the oil circuit can be kept low.
  • the oil circuit comprises a heat exchanger.
  • the heat absorbed by the oil can be better dissipated to the environment and thus the cooling can be improved by the oil. Further, it can be prevented by a heat exchanger that the oil ages or coking prematurely, and thus its lubricating properties are reduced or lost.
  • sealing elements are provided on the wall elements, via which the wall elements seal the working space with respect to the end plates.
  • the sealing elements are designed as sealing strips, wherein the sealing strips are received in recesses on the longitudinal sides of the wall panels.
  • the sealing strips are preferably arranged overlapping.
  • expansion joints for thermal compensation may be provided on the sealing strips, the gas flowing through the expansion joint being held up at the next row.
  • a heat dissipation from the wall element to the end element can take place via the sealing strips, wherein this heat dissipation is also improved by a plurality of rows of sealing strips.
  • magnets are arranged on at least one outer surface of the drive disc, which can interact with rotatably connected to the housing stators in operative connection. This allows the drive pulley to be used to generate electrical power.
  • the proposed internal combustion engine can be used in particular as Range Extender for a motor vehicle with an electric motor or as a generator. It is particularly preferred if the magnets are arranged distributed on both outer surfaces of the drive pulley uniformly over the circumference of the drive pulley. Thus, the power of the generator can be increased with the same size.
  • the housing or permanently attached to the housing attachments, in particular an intake or exhaust tract of the engine are mounted in an engine mount.
  • the motor mount on a frame, wherein damping elements are arranged at a contact point between the frame and the housing or attached to the housing attachments.
  • a decoupling of the internal combustion engine from a vehicle structure in a motor vehicle can be effected by the damping elements, so that vibrations of the motor vehicle are not transmitted unattenuated to the internal combustion engine and thus lead to damage of the internal combustion engine.
  • the housing of the internal combustion engine is designed to be divisible. As a result, both the production of the housing and the assembly of the internal combustion engine can be facilitated. It is particularly advantageous if the housing is composed of two housing halves, wherein a division of the housing along an axis of symmetry of the housing is provided.
  • the working space of the internal combustion engine is connected to an exhaust gas tract, wherein means are provided in the exhaust tract to accelerate an exhaust gas flowing out of the working space into the exhaust gas tract.
  • the gas exchange in the working space in particular in the mixture formation space, can be further improved.
  • the flow velocity can be increased, whereby a suction arises, which pulls exhaust gas from the working space into the exhaust tract.
  • the exhaust gas downstream of the exhaust valve has a widening cross section and thus the exhaust back pressure in the exhaust passage can be further reduced.
  • a suction fan is arranged in the exhaust tract, which sucks exhaust gas from the working space of the internal combustion engine and conveys it into the environment through the exhaust duct. This can also facilitate the outflow of exhaust gas from the working space and thus improve the gas exchange in the working space.
  • the magnets and the stators are assigned to an electrical generator. It is advantageously provided that the electric generator is a battery fed. As a result, an emergency generator can be formed in a simple manner, wherein the internal combustion engine according to the invention is characterized by a much lower weight compared to a piston engine of the same power.
  • the electric generator is connected to an electric drive motor, in particular to an electric drive motor of a motor vehicle. This allows the generator to provide electrical power when the battery of the motor vehicle is empty and thus as a range extender for a
  • a current control is preferably provided on the generator, so that the electric drive motors of the motor vehicle can be fed directly from the engine with the generator and no additional mechanical drive train between the engine and a driven wheel of the motor vehicle is necessary.
  • the electric generator can be used as a starter and / or alternator for the internal combustion engine. This eliminates the need for an additional starter or an additional alternator on the engine, which costs and weight can be saved.
  • the direction of rotation of the internal combustion engine can be predetermined by an appropriate energization of the stators, so that rotation against the desired direction of rotation due to an unfavorable angular position of the plunger on the working eccentric path is reliably avoided.
  • a compressor in the intake tract of the internal combustion engine is arranged.
  • the compressor is preferably designed as an electrically driven compressor in order to improve the filling of the working space with fresh air and thus to achieve a higher power of the internal combustion engine.
  • the compressor is mechanically coupled by the internal combustion engine, in particular via a mechanical connection to the drive wheel.
  • the invention further relates to a method for operating an internal combustion engine with a housing and a working space, wherein the working space is each end limited by an end plate, wherein the working space is limited in the axial direction by movable between the end plates wall elements, wherein the wall elements articulated with each other, wherein a working medium in the working space of the internal combustion engine by a folding movement of the wall elements is compressible, wherein the working space at least one inlet valve for supplying the working space with fresh air and at least one outlet valve for discharging the combustion gases from the working space are assigned, and wherein the intake valve or valves are / are arranged in the first end plate and the exhaust valve or valves are / are disposed in the opposite end plate at which the intake valve or valves are open when the exhaust v open or opened exhaust valves is opened or opened.
  • the internal combustion engine according to the invention is preferably provided as a ran- ge extender for a motor vehicle with electric motor, generator set, as a combined heat and power plant or as a drive motor for a boat.
  • the waste heat generated during power generation can be used for heating the premises or for heating water in the hot water supply.
  • When used as a generator can be formed by the formation of the generator directly on the drive pulley of the engine in comparison to a generator with a piston engine short and light driveline, whereby the efficiency and efficiency increase and at the same time the weight of the engine or the generator can be kept low.
  • the internal combustion engine according to the invention is provided as a drive for a ship.
  • the engine can be done by the engine compared to other internal combustion engines with the same power high torque direct and efficient mechanical propulsion of a propeller.
  • a major disadvantage of existing marine propulsion engines with piston engine is that the piston engine has a high, contiguous space inside the ship, which is not available as a cargo space.
  • Fig. 1 is a first sectional view of an inventive
  • FIG. 2 is a further sectional view of a combustion engine according to the invention with folding combustion chamber;
  • FIG. 4 shows a housing of an internal combustion engine according to the invention with inlet and outlet valves of the working space; 5 shows a composite housing of the internal combustion engine according to the invention and an exploded view of a drive disk of the internal combustion engine.
  • Fig. 6 is an illustration of the internal combustion engine with housing together and arranged on the housing drive pulley
  • FIG. 7 shows the internal combustion engine from FIG. 6, wherein the internal combustion engine is mounted in an engine mount
  • FIG. 8 shows a further sectional illustration through a combustion engine with folded combustion chamber according to the invention, wherein the folding combustion chamber is shown in the state of maximum compression;
  • FIG. 9 shows the internal combustion engine from FIG. 8, wherein the folding combustion chamber is in the state of maximum expansion.
  • 11 is a sealing concept for a combustion engine according to the invention combustion engine.
  • FIG. 13 shows a sealing concept for the guide tubes of an internal combustion engine according to the invention; a concept for compensating a thermal length compensation of sealing strips of the internal combustion engine; a detailed representation of the seal on the Gelenkach sen; a further detail of the seal on the hinge axes; a detailed view of a hinge axis in the side view; a detailed view of a hinge axis in a plan view of an end face; a first embodiment of the arrangement of magnets on the drive pulley of the internal combustion engine; a further embodiment of the arrangement of the magnets on the drive pulley; an arrangement of the stators corresponding to the arrangement of the magnets shown in FIG.
  • FIG. 19 shows an arrangement of the stators corresponding to the arrangement of the magnets shown in FIG. 20 on the housing of the internal combustion engine; and
  • Fig. 23 shows an alternative embodiment of the internal combustion engine with a modified eccentric path, whereby a 4-stroke principle can be realized.
  • the internal combustion engine 1 comprises a working space 2, which is bounded by four wall elements 3, two bridge elements 4 and two plunger elements 5, which are connected to one another at their longitudinal sides by means of joints 6.
  • the two bridge elements 4 and the two plunger elements 5 are arranged opposite each other.
  • the working space 2 is formed as a Faltbrennhunt which is bounded at its end faces by two end plates 7a, 7b, not shown in FIG. 1, of a housing 8.
  • the wall elements 3, the bridge elements 4 and the plunger elements 5 are movably arranged between the end plates 7a, 7b, so that a closed working space 2 results in the form of a folding combustion chamber.
  • a working medium in the working space 2 of the internal combustion engine 1 can be compressed by a folding movement of the wall elements 3.
  • the working space 2 is shown in the state of maximum compression, with the working space 2 tapers to a substantially oval, tubular cross section in the middle of the working space 2.
  • a mixture formation tube 53 is arranged, which is in each case spaced from the end plates 7a, 7b, to allow outflow of the gas from a mixture forming space surrounded by the mixture formation tube 53 in the remaining working space 2.
  • the wall elements 3 are connected via joints 6 with plunger elements 5.
  • the plunger elements 5 are each guided on a sliding pin 9, which is mounted by means of a sliding pin spring 10 on a fastening element 12.
  • two plunger elements 5 are provided, which are offset by 180 ° to each other.
  • the plunger elements 5 are Rol- len 14 arranged, with which the plunger elements 5 are guided between a Starterexzenterbahn 15 and a shown in Fig. 3 Pakistansexzenterbahn 71 and thus can implement the translational movement of the plunger elements 5 in a rotational movement.
  • two guide tubes 11 are provided, which penetrate through the working space 2 and through a lateral surface of the mixture formation tube 53 into the mixture formation space.
  • the guide tubes 11 are fixed to fastening elements 12.
  • an injection nozzle 22 is arranged, which penetrates the mixture formation tube 53 and is connected at its end remote from the mixture formation tube 53 to a fuel line 23.
  • an ignition element 24 is arranged, which at one of the injection nozzle 22 opposite point of the mixture formation tube 53 penetrates the lateral surface thereof and thus ignite a combustion mixture in the mixture formation space.
  • the ignition element 24 is connected via an ignition cable 25 with a voltage source, not shown, via which an ignition pulse to the ignition element 24 can be triggered.
  • FIGS. 1 and 2 each show a front view of the internal combustion engine 1 according to the invention, wherein a view of the intake valves 20 is shown in the front view.
  • the intake valves 20 a, 20 b are integrated in the end plate 7 a so as to be aligned with the mixture formation pipe 53.
  • guide tube supports 65 are arranged, which can be fixed to the housing 8 of the internal combustion engine 1 via connecting elements 47, preferably via screws.
  • Fig. 3 is a section along a drive pulley 16 of the internal combustion engine 1 is shown.
  • an eccentric track 62 is formed, via which the plunger elements 5 can roll and the translational movement of the plunger elements 5 can convert into a rotational movement of the drive pulley 16.
  • the eccentric track 62 comprises a starter eccentric track 15 and a working eccentric track 71, between which the rollers 14 of the plunger elements 5 are guided. Further, in Fig. 3 for orientation, the mixture formation pipe 53, the intake valves 20 and the injection nozzle 22 and the ignition element 24 are shown.
  • the housing 8 of the internal combustion engine 1 is shown.
  • the working space 2 is closed at the respective end faces by the end plates 7a, 7b, wherein the end plates 7a, 7b are integrated into the housing 8.
  • the end plates 7a, 7b may also be designed as separate components, in particular as assemblies of an intake tract 17 or an exhaust gas tract 18.
  • the tappet elements 5 are guided with the hollow tappets 13 on the slide pin 9 and have rollers 14 which can roll along the eccentric track 62.
  • the inlet tract 17 comprises a housing section in which at least one inlet valve 20 is arranged.
  • an unregulated valve 75 preferably a flutter valve, can be provided, which seals with a closed inlet valve 20 on a shaft of the inlet valve 20 and thus prevents a backflow of the fresh air in the upstream of the unregulated valve 75 portion of the intake passage 17.
  • the exhaust gas tract 18 is located on an end face of the housing 8 opposite the inlet tract 17.
  • the exhaust gas tract 18 comprises at least one Exhaust valve 21, which opens or closes a connection from the working space 2 to an exhaust passage 42.
  • the inlet valve 20 and the outlet valve 21 can each be actuated via an electromagnetic control element 43, preferably a lifting magnet.
  • the housing 8 comprises two housing halves 8 a, 8 b, which are preferably divided at a plane of symmetry of the working space 2.
  • An uncontrolled valve 79 for example a spring-loaded valve or a flutter valve, is provided on a housing half 8a, 8b, preferably on the inlet half 17 facing the housing half 8a, to allow an inflow of ambient air into the housing 8, when the working space. 2 contracted and otherwise a negative pressure in the housing 8 would arise.
  • the two housing halves 8a, 8b can be fixed together by means of connecting elements 47, preferably by means of screws, whereby a frictional connection between the housing halves 8a, 8b is formed.
  • the housing 8 comprises a guide housing 46 for guiding the drive disk 16.
  • FIG. 5 the housing of FIG. 4 with the drive pulley 16 is shown.
  • the drive pulley 16 is designed as a hollow disc and comprises two disc halves 45.
  • the drive pulley 16 is rotatably mounted on the housing 8 by means of rolling bearings 48, preferably by means of ball bearings or roller bearings.
  • Fig. 6 is a sectional view of an assembled internal combustion engine 1 is shown. Based on the illustration, the mode of operation of the internal combustion engine 1 will be illustrated below with reference to a complete work cycle.
  • the drive pulley 16 of the internal combustion engine 1 is rotated by a starter 70 integrated in the drive pulley 16, which surrounds the magnets 72 and the stators 73, wherein the tappet elements 5 connected by the hollow tappets 13 overlap those with the Starterezzenterbahn 15 and the Häsexzenterbahn 71 connected rollers 14 are set in motion.
  • the inlet valves 20 and outlet valves 21 can still be opened largely uncontrolled with respect to each other, or in particular be completely opened until the drive pulley 16 has reached a predetermined minimum speed.
  • the inlet valves 20 and the outlet valves 21 are closed and fuel is injected via the injection nozzles 22 into the working space 2, preferably into the mixing chamber.
  • the description of the cycle process begins in the following with the opening of the exhaust valves 21.
  • the exhaust gas from the working chamber 2 flows through the exhaust valves 21 in the exhaust duct 18 and from there into an exhaust pipe 42. After opening the exhaust valves 21 are still open exhaust valves 21st the inlet valves 20 are opened, whereby a suction arises due to the outflow of the exhaust gas, which promotes the inflow of fresh air through the inlet valves 20 into the working space 2.
  • the inventive design of the working space 2 with opposite inlet and outlet valves 20, 21 can be the Using exhaust gas energy via the suction effect simply and efficiently.
  • the exhaust valves 21 After the exhaust valves 21 have been closed via the electromagnetic control elements 43, recharging of the fresh air flowing into the working chamber 2 takes place via the still open intake valves 20.
  • the gas exchange preferably takes place in the region of the maximum expansion of the working space 2. By unthrottled inflow of fresh air takes place in contrast to charged piston engines no heating of the fresh air, creating a better filling of the working space 2 and thus a higher efficiency is achieved.
  • the compression of the fresh air in the working space 2 begins.
  • fuel is metered into the mixture-forming space by means of the injection nozzle 22.
  • the combustion mixture thus formed in the mixture-forming space is treated by the further compression of the moving towards the center wall elements 3 to an ignitable combustion mixture.
  • the ignitable combustion mixture is held until it is ignited by the ignition element 24 essentially in the mixing chamber and is surrounded by fresh air in the remaining working space 2.
  • the ignition of the combustion mixture initiated by means of the ignition element 24 results in an explosive, strong expansion of the gas in the mixture formation space, accompanied by a strong pressure and temperature increase in the entire working space 2 in the rest of the working space 2, whereby the pressure in the working space 2 is increased, the working space 2 expands and presses the wall elements 3, the bridge elements 4 and the plunger elements 5 to the outside.
  • An increase in efficiency compared to conventional internal combustion engines is achieved in that the working space limit is not directly applied to the hot explosion gas, but the combustion takes place substantially in the middle of the working space 2, in particular in the mixture formation space, and thereby less energy is dissipated via the wall elements 3 in a cooling circuit or the environment.
  • the internal combustion engine 1 is designed as a two-stroke stratified charge engine, wherein the inlet valves 20 are supplemented by additional flutter valves 75, which are located in the inlet section 17 upstream of the inlet valves 20 and so after closing the inlet valves 20 via the still fresh air still nachlade bin in the inlet duct 17th takes place between the flutter valves 75 and the intake valves 20.
  • additional flutter valves 75 which are located in the inlet section 17 upstream of the inlet valves 20 and so after closing the inlet valves 20 via the still fresh air still nachlade bin in the inlet duct 17th takes place between the flutter valves 75 and the intake valves 20.
  • a chamber 77 in the inlet tract 17 can be connected via an opening in the end plate 7a to an interior 78 of the housing 8, which lies outside the working space 2 of the internal combustion engine 1 and thus outside the working space boundary.
  • an uncontrolled valve 52 preferably a spring-loaded valve or a flutter valve is provided in the passage, which allows a flow of fresh air from the housing 8 into the chamber 77 in the open state.
  • the air in the chamber 77 can be pre-compressed and thus flow into the working space 2 when the inlet valve 20 is opened.
  • the four wall elements 3 are formed at their inner sides facing the mixture formation tube 53 so as to give an optimal combustion chamber shape.
  • the heat-resistant and preferably made of a ceramic material mixture formation tube 53 ensures a stable concentration of the combustion mixture in the region of the ignition element 24.
  • the fuel injection in the mixture formation cause spatial and the compression that the ignitable combustion mixture is located substantially in the region of the ignition element 24, so that even very small amounts of fuel can be transformed into an ignitable mixture cloud and ignited.
  • the mixture formation process is facilitated by the heat transfer and vaporization of the fuel on the walls of the mixture forming tube 53, preferably ceramic or ceramic coated.
  • the geometry of the spray cone and the number and size of the injection holes of the injection nozzle 22 are selected so that it comes to a very fine atomization of the fuel in the mixture formation space and a corresponding mixing with the fresh air in the mixture formation space.
  • the mixture formation pipe 53 causes the hot expansion gases to heat the surrounding fresh air, but not the wall elements 3 to a similar degree. For this, the mixture formation pipe 53 causes the hot combustion gases from the mixture formation space to not directly contact the wall members 3, so that only a comparatively low or no cooling of the internal combustion engine 1 is necessary.
  • the housing 8 of the internal combustion engine 1 is formed on its side facing the working space 2 so that there is a suitable distance to the wall elements 3 in the expanded state of the working space 2, whereby pressure differences resulting from the movement of the wall elements 3, optimal for Use pressure increase of the fresh air over the passage in the chamber 77.
  • the valve 79 closes as soon as the housing in the environment increased pressure prevails and it opens the valve 52 to allow an influx of air from the housing 8 into the chamber 77.
  • bearings 48 for supporting the drive pulley 16 are arranged on an outer surface of the housing 8 bearings 48 for supporting the drive pulley 16 are arranged.
  • the drive pulley 16 in the form of an eccentric housing is provided on its outer surfaces 83 with magnets 72, which are preferably distributed uniformly over the circumference of the respective outer surfaces 83 of the drive pulley 16.
  • the magnets 72 opposite stators 73 are provided on the housing 8.
  • a rotation of the drive disk 16 can be induced by a corresponding activation, so that these stators 73 can be used as starters for the internal combustion engine 1. Furthermore, a stabilization of the rotational speed of the internal combustion engine 1, in particular an idling speed, is possible via the stators 73 and the magnets 72, so that the internal combustion engine 1 can be operated at a comparatively low rotational speed and an additional flywheel for speed stabilization can be dispensed with.
  • the arrangement of the magnets 72 is shown in FIGS. 19 and 20.
  • the magnets 72 may both, as shown in Fig. 19, be arranged on a diameter at the periphery of the drive pulley 16 and, as shown in Fig.
  • the outer, larger diameter is preferably provided for the generation of electricity during operation of the internal combustion engine 1, while the starter function is realized on the inner diameter.
  • FIGS. 21 and 22 show stators 73, which are respectively fitted to the magnet arrangements in FIGS. 19 and 20.
  • Another advantage of the internal combustion engine 1 according to the invention is that the wall elements 3 decelerate themselves during the expansion when the four wall elements 3 have taken the form of a rhombus, whereby the rollers 14 are relieved in the working eccentric 71.
  • the storage of the drive pulley 16 via the roller bearings 48 can be relieved by opposing force of the rollers 14 on the working eccentric 71.
  • the shape of the eccentric track 61, 62 can be the internal combustion engine 1 either, as shown in Fig. 1 and Fig. 2, as a two-stroke engine or, as shown in Fig. 23, operate as a four-stroke engine.
  • the four-stroke process take place with a complete rotation of the drive pulley 16 by 360 ° four cycles with a combustion-induced expansion stroke.
  • four cycles ie two combustion-induced expansion cycles, also take place.
  • FIG. 7 shows the internal combustion engine 1 from FIG. 6 supplemented by an oil circuit and an engine mount 19.
  • the oil circuit comprises a drain pipe 51, a reservoir
  • the drain pipe 51 connects the housing 8 of the internal combustion engine 1 with the heat exchanger 59 and with a heat exchanger 59 downstream of the reservoir 54. From the reservoir 54, the oil by means of the oil pump 55th via the oil supply line 56 back into the housing 8 of the internal combustion engine 1 promoted.
  • oil spray nozzles 57 are provided in the oil circuit, which are fed via the oil supply line 56 by means of the oil pump 55.
  • the motor mounting 19 comprises a frame 81 and damping elements 84, wherein at a contact point between the frame 81 and the housing 8 of the internal combustion engine 1 or attached to the housing 8 attachments 17, 18, in particular with the housing 8 connected parts of the intake tract 17 and / or the exhaust tract 18, the damping elements 84 are arranged to enable a mechanical decoupling of the internal combustion engine 1 and a motor vehicle in which the internal combustion engine 1 is installed.
  • FIG. 8 shows a further section through an internal combustion engine 1 according to the invention.
  • the wall elements 3, the bridge elements 4 and the plunger elements 5 have guide grooves 36 with bulges 41.
  • the working space 2 is sealed by sealing elements against the end plates 7a, 7b, wherein the sealing elements are preferably formed as sealing strips 35 in the end faces of the wall elements 3.
  • the sealing strips 35 are arranged in the guide grooves 36, wherein between the sealing strips 35, as shown in Fig. 10 and Fig. 11, expansion joints 39 are provided, which allow a thermal length compensation of the sealing strips 35.
  • a joint sealing strip 40 is provided in the region of the bulge 41, which is arranged overlapping with the sealing strips 35 and thus reduces a gas passage through the expansion joint 39.
  • the sealing strips 35 are, as shown in FIG. 14, connected to one another by spring elements 38, the spring elements 38 pressing the sealing strips 35 into the guide grooves 36 of the wall elements 3.
  • the spring elements 38 are received via rollers 50 in recesses of the sealing strips 35.
  • springs 37 are provided, which press a composite of the sealing strips 35 and the joint sealing strips 40 sealingly against the end plates 7a, 7b and are also pressed by the gas pressure in the working space 2 to the sealing strips 35 and joint sealing strips 40, that the expansion joints 39 of Sealing strips 35 are substantially sealed.
  • FIG. 8 shows oil spraying nozzles 57 of the oil circuit.
  • the oil spray nozzles 57 are arranged so that they can additionally spray the end plates 7a, 7b with oil to cool the end plates 7a, 7b.
  • the lubrication of the plunger elements 5 including the hollow plunger 13 via the ⁇ lsprühdüsen 57 takes place.
  • the wall elements 3 and the bridge elements 4 and the plunger elements 5 are connected to each other via hinge axes 27 of the joints 6, between the hinge axes 27 and the respective, wall, bridge or plunger elements 3, 4, 5 are provided in Fig. 12 ring seals 28 shown
  • FIG. 9 shows a further section through the working space 2 of the internal combustion engine 1 at maximum expansion of the working space 2.
  • the guide tubes 11 and the fuel line 23 and the ignition cable 25 are shown. Further, in Fig. 9, the housing 8 of the internal combustion engine 1 and the slide pin 9 for guiding the hollow tappet 13 are shown.
  • Fig. 12 the seal in the region of the slide pin 9 and the plunger elements 5 is shown.
  • the working space 2 is sealed by means of sealing elements which are located on the end faces of the wall elements 3, the tappet elements 5, the bridge elements 4 as well as joint axes 27 of the joints 6.
  • the hinge axes 27 are provided at their end faces with sliding ring seals 28, which provide by means of springs 29 shown in Fig. 17 for a seal to the end plates 7a, 7b and are provided in the direction of the hinge axes 27 with interlocking sealing segments 30 which ensure the seal within the bearings 31.
  • Between the hinge axes 27 guide grooves 36 are formed with bulges 41, in which the sealing strips 35 and the joint sealing strips 40 are arranged.
  • Fig. 13 the corresponding seal on the bridge elements 4 in the region of the guide tubes 11 is shown.
  • the joint axes 27 of the joints 6 are also sealed with sliding ring seals 28 in the plain bearings 31, and between the two hinge axes 27 is a guide groove 36 with a bulge 41 for receiving the sealing strips 35 and the joint sealing strips 40 and the associated springs 37, 38 are provided.
  • FIGS. 15 and 16 detailed representations of a joint axis 27 with a ring seal 28 are shown.
  • the hinge axes 27 are provided at their end faces with displaceable annular seals 28 which provide by means of springs 29 for sealing to the end plates 7a, 7b.
  • a sealing strip 35 is connected, which may alternatively be formed integrally with the annular seal 28.
  • sealing segments 30 are formed, which facilitate alignment of the ring seal 28 to the hinge axis 27 and provide additional sealing within the plain bearing 31.
  • a Ringdichtungsnut 34 is formed.
  • a Gelenkachsennut 32 for receiving an Achsdichtance 33 is formed in order to improve the sealing effect in the region of the hinge axis 27. The Achsdichtological 33 is received with their ends in the Ringdichtnuten 34 of the annular seal 28. Further, as shown in FIG.
  • webs 44 which serve to support the springs 29 on the annular seals 28, are formed on the articulation axis 27.
  • 30 gaps are formed between the webs 44 and the sealing segments in the manner of a labyrinth seal, whereby the sealing effect is increased in this area.
  • FIGS. 23a to 23d An alternative exemplary embodiment of an internal combustion engine 1 according to the invention is shown in FIGS. 23a to 23d, wherein the eccentric path 61 is designed such that the internal combustion engine 1 operates on a 4-stroke principle.
  • Fig. 23a the internal combustion engine 1 is shown in an initial position of the drive pulley 16. In the starting position, the plunger elements 5 are each at their center of the working space 2 facing dead center.
  • Fig. 23b is a rotation of Drive pulley 16 is shown at 45 ° clockwise relative to the starting position. In this case, the working space 2 reaches its maximum expansion.
  • Fig. 23c further rotation by 45 ° clockwise, ie by 90 ° with respect to the initial position, the plunger element 5 reaches its from

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einem Gehäuse (8) und mit einem Arbeitsraum (2), wobei der Arbeitsraum (2) stirnseitig jeweils durch eine Endplatte (7a, 7b) begrenzt ist, wobei der Arbeitsraum (2) in axialer Richtung jeweils durch zwischen den Endplatten (7a, 7b) beweglich angeordnete Wandelemente (3) begrenzt ist, wobei die Wandelemente (3) gelenkig miteinander verbunden sind, wobei ein Arbeitsmedium in dem Arbeitsraum (2) des Verbrennungsmotors (1) durch eine Faltbewegung der Wandelemente (3) verdichtbar ist, wobei dem Arbeitsraum (2) jeweils mindestens ein Einlassventil (20) zur Versorgung des Arbeitsraums (2) mit Frischluft und mindestens ein Auslassventil (21) zur Abfuhr der Verbrennungsgase aus dem Arbeitsraum (2) zugeordnet sind, und wobei das Einlassventil (20) oder die Einlassventile (20a, 20b) in der ersten Endplatte (7a) angeordnet ist/sind und das Auslassventil (21) oder die Auslassventile in der gegenüberliegenden Endplatte (7b) angeordnet ist/sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Verbrennungsmotors (1) sowie die Verwendung eines solchen Verbrennungsmotors (1).

Description

Verbrennungsmotor
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einem Gehäuse und einem Arbeitsraum gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Verbrennungsmotors .
Verbrennungsmotoren wurden maßgeblich durch die Anwendung im Automobil geprägt und haben als Antriebsmotoren einen hohen technischen Reifegrad erreicht. Dabei kommen heute im Wesentlichen Viertakt -Hubkolbenmotoren zum Einsatz, welche als selbstzündende Hubkolbenmotoren nach dem Diesel-Prinzip oder als fremdgezündete Hubkolbenmotoren nach dem Otto-Prinzip ausgeführt sind. Alternativ sind Zweitakt-Motoren bekannt, welche sich durch eine kompakte Bauweise auszeichnen. Zweitakt-Motoren sind in der Regel durch Öl geschmiert, welches dem Kraftstoff beigemischt wird, wodurch sie die Umwelt stärker als Viertakt-Motoren belasten. Zweitakt-Motoren finden beispielsweise häufig in Rasenmähern oder Kettensägen ihren Einsatz . Derzeitige Verbrennungsmotoren werden in der Regel mit einer Drehzahl zwischen 500 und 8000 Umdrehungen pro Minute betrieben. Bauartbedingt ist es jedoch nicht möglich, dass diese Motoren über das gesamte Drehzahlband ein entsprechend hohes und im Wesentlichen gleichmäßiges Drehmoment zur Verfügung stellen. Zudem sind Verbrennungsmotoren im Verbrauch meist auf entsprechende Lastpunkte optimiert, so dass der Verbrauch in anderen Lastbereichen suboptimal und erhöht ist.
Ferner sind aus dem Stand der Technik Elektromotoren bekannt. Elektromotoren stellen im Gegensatz zu Verbrennungsmotoren ih- re Nennleistung über einen weiten Drehzahlbereich stufenlos zur Verfügung und verfügen bereits bei sehr geringen Drehzahlen über ein hohes Drehmoment, so dass sie selbst unter Last mit hohen Drehmomenten anlaufen können. Ferner verfügen Elektromotoren über die Möglichkeit der Rekuperation zur Batterieaufladung. Insgesamt liegt der Wirkungsgrad von Elektromotoren deutlich über dem Wirkungsgrad bekannter Verbrennungsmotoren. Ein Schwachpunkt bisheriger Antriebskonzepte von Kraftfahrzeugen mit Elektromotor sind die Batterien. Zum einen ist die Reichweite von Elektrofahrzeugen meist deutlich geringer als die von vergleichbaren Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor, zum anderen dauert das Aufladen der Batterien länger als das Tanken von Kraftstoff und die Leistung der Batterie lässt bei niedrigen Umgebungstemperaturen stark nach. Deshalb sind bei Kraftfahrzeugen mit Elektromotor weiterhin Verbrennungsmotoren als sogenannte Range -Extender im Einsatz, die bei leerer Batterie eine Weiterfahrt zumindest bis zur nächsten Ladestation ermöglichen .
Hierzu sind sowohl Kolbenmotoren als auch Rotationskolben wie der Wankel-Motor im Einsatz, wobei sich der Wankel-Motor dadurch auszeichnet, dass die Kolben bereits eine Rotationsbewegung ausführen und diese nicht aufwendig mechanisch in eine Drehbewegung umgesetzt werden muss.
Otto-Motoren weisen in der Regel eine schlechtere Effizienz als vergleichbare Dieselmotoren auf, welche durch die Drosselverluste im Ansaugtrakt und ein im Wesentlichen stöchiometri- sches Verbrennungsgemisch resultieren. Zwar wurden auch im Bereich der Viertakt-Kolbenmotoren nach dem Otto-Prinzip in den letzten Jahren durch eine Benzin-Direkteinspritzung, den Einsatz von Abgasturboladern und einer damit verbundenen Reduzierung der Reibung durch kleinere Hubräume und insbesondere we- niger Zylinder bei gleicher Leistung Fortschritte erzielt, jedoch besteht das Bestreben, die Effizienz von Verbrennungsmotoren weiter zu verbessern. Daher sind in den letzten Jahren sogenannte Magermotoren entwickelt worden, welche im Wesentlichen mit einem überstöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis betrieben werden. Jedoch ist bei solchen Magermotoren zu beachten, dass bei diesen Motoren keine unverbrannten Kohlenwasserstoffe im Abgas vorliegen, welche zur Reduktion von Stickoxiden genutzt werden können. Daher ist die Abgasnachbehandlung solcher Magermotoren besonders aufwendig.
Eine weitere Kraftstoffeinsparung wäre durch eine ungedrossel- te Schichtladung beim Otto-Motor möglich. Dies scheitert aber bislang vor allem daran, dass es nicht gelingt, an einem lokal begrenzten und definierten Bereich des Brennraums ein zündfähiges Gemisch bei relativ scharfer Abgrenzung dieser Gemischwolke von Frischluft im Brennraum zu haben und diese Gemischwolke zünden zu können. In diesem Bereich erreichen Motorenentwickler durch den Einsatz von neuen Zündmethoden, wie der Laserzündung, neue Freiheitsgrade, jedoch wurden solche Motoren bislang nicht zur Serienreife entwickelt.
Darüber hinaus sind Verbrennungsmotoren mit einem sogenannten Faltbrennraum bekannt. Aus der DE 195 31 906 AI ist ein Verbrennungsmotor mit Faltbrennkammer bekannt, bei dem eine Falt- brennkammer aus vier Wandelementen besteht, welche scharnierartig zu einem faltbaren Rahmen verbunden sind. Dabei erfolgt ein Gaswechsel im Faltbrennraum durch Spalte zwischen den Wandplatten, welche sich aufgrund geometrisch definierter Verhältnisse zu festgelegten Zeiträumen öffnen und schließen. Darüber hinaus ist in einer Endplatte, welche eine Stirnseite der Faltbrennkammer begrenzt, eine Zündkerze angeordnet, um das Gemisch in der Faltbrennkammer zu entzünden. Aus der DE 41 11 571 AI ist ein Gelenkzylinder bekannt, welcher Teil eines Verbrennungsmotors sein kann. Dabei weist der Gelenkzylinder vier gleichmäßige und formgleiche Gelenklaschen auf, welche mit im gleichen Abstand angeordneten, parallelen Gelenkaugen und konzentrischen Gelenkbohrungen miteinander verbunden sind, wobei sich die Gelenklaschen zwischen zwei Führungswänden bewegen, welche als Zylinderdeckel ausgebildet sind und einen Arbeitsraum begrenzen.
Nachteilig an einer solchen Lösung ist jedoch, dass es bei einer solchen Lösung schwierig ist, einen effektiven Gaswechsel im Brennraum zu ermöglichen. Insbesondere ist ein Magerbetrieb schwierig, da ein Verbrennungsgemisch im Wesentlichen gleichverteilt im Brennraum vorliegt und an der Zündkerze, also im Bereich einer Brennraumwand, zündfähiges Gemisch vorliegen muss .
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verbrennungsmotor derart weiterzubilden, dass er gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Verbrennungsmotoren eine höhere Kraftstoffeffizienz , ein geringeres Gewicht (was ebenfalls zu einer erhöhten Kraftstoffeffizienz eines Kraftfahrzeuges beitragen kann) und die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu überwinden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verbrennungsmotor mit einem Gehäuse und einem Arbeitsraum gelöst, wobei der Arbeitsraum stirnseitig jeweils durch eine Endplatte begrenzt ist, wobei der Arbeitsraum in axialer Richtung jeweils durch zwischen den Endplatten beweglich angeordnete Wandelemente begrenzt ist, wobei die Wandelemente gelenkig miteinander verbunden sind, wobei ein Arbeitsmedium in dem Arbeitsraum durch eine Faltbewegung der Wandelemente verdichtbar ist, wobei dem Arbeitsraum jeweils mindestens ein Einlassventil zur Versor- gung des Arbeitsraums mit Frischluft und mindestens ein Auslassventil zur Abfuhr der Verbrennungsgase aus dem Arbeitsraum zugeordnet sind, und wobei das Einlassventil oder die Einlassventile in der ersten Endplatte angeordnet ist/sind und das Auslassventil oder die Auslassventile in der gegenüberliegenden zweiten Endplatte angeordnet ist/sind.
Dadurch kann auf vorteilhafte Weise der Ladungswechsel des Verbrennungsmotors gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Motoren verbessert werden und somit eine bessere Füllung des Arbeitsraums mit Frischluft erreicht werden.
Der Gaswechselvorgang des erfindungsgemäßen Motors ist so gelöst, dass dieser ohne jegliche Vorverdichtung auskommt und sich allein über die wechselseitig abgestimmten Ventilsteuerzeiten von Einlassventil (en) und Auslassventil (en) und dem sich daraus ergebenen Unterdruck bzw. Überdruck im Arbeitsraum und in einem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors steuern lässt. Dadurch ergeben sich wesentlich geringere Ladungswechselverluste als bei bekannten Hubkolbenmotoren.
Vorzugsweise werden das Einlassventil oder die Einlassventile und das Auslassventil oder die Auslassventile über elektromagnetische Steller geöffnet und geschlossen. Durch elektromagnetische Steller ist eine sehr genaue und zeitliche exakte An- steuerung der Ventile ohne einen zusätzlichen mechanischen Ventiltrieb möglich. Dadurch kann zum einen Gewicht eingespart werden, zum anderen kann ein sehr exakt steuerbarer Ladungs- wechsel des Gases im Arbeitsraum realisiert werden.
Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass das Einlassventil oder die Einlassventile und das Auslassventil oder die Auslassventile fluchtend zueinander angeordnet sind. Durch eine fluch- tende Anordnung ist eine besonders günstige Durchströmung des Arbeitsraums bei einem Ladungswechsel möglich, wobei Umlenkverluste reduziert werden können und es zu einer besonders guten Füllung des Arbeitsraums mit Frischluft bzw. einer besonders guten Ausspülung der Verbrennungsgase aus dem Arbeitsraum kommt .
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in einem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors zusätzlich zu dem mindestens einen Einlassventil mindestens ein weiteres, ungeregeltes Ventil, vorzugsweise ein Flatterventil, angeordnet ist. Dadurch kann eine zusätzliche Abdichtung des Arbeitsraums gegenüber dem Einlasstrakt erreicht werden. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn das Flatterventil konstruktiv so ausgelegt ist, dass sich das Flatterventil zeitlich nach dem Einlassventil oder den Einlassventilen schließt. Dadurch wird beim Nachführen der Frischluft in den Arbeitsraum eine Nachladung im Ansaugtrakt zwischen dem Einlassventil und dem Flatterventil erzielt, wodurch die Füllung des Brennraums mit Frischgas weiter verbessert werden kann.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verbrennungsmotors möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Verbrennungsmotors ist vorgesehen, dass in dem Arbeitsraum ein Gemischbildungsrohr angeordnet ist. Durch ein Gemischbildungsrohr kann gezielt eine Schichtladung im Arbeitsraum erzielt werden, wobei eine Wolke von zündfähigem Gemisch im Gemischbildungsrohr von Luft im übrigen Arbeitsraum des Verbrennungsmotors getrennt ist und somit insbesondere im Teillastbetrieb des Ver- brennungsmotors eine sehr effiziente Verbrennung des Kraftstoffs möglich ist.
Dabei ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Gemischbildungsrohr eine runde oder ovale Form aufweist. Durch eine runde oder ovale Form lässt sich eine besonders gute Durchströmung des Gemischbildungsrohrs erreichen, wodurch Strömungsverluste beim Durchströmen des Gemischbildungsrohrs reduziert werden und ein einfacher Ladungswechsel im Gemischbildungsrohr möglich ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Gemischbildungsrohr geschlitzt ausgeführt ist. Dadurch ist eine einfache und schnelle Expansion der Verbrennungsgase aus dem Gemischbildungsrohr in den Arbeitsraum möglich. Dabei kann die Form der Wandelemente so angepasst werden, dass die Wandelemente im Punkt der maximalen Verdichtung im Wesentlichen an dem Gemischbildungsrohr anliegen und somit den Arbeitsraum maximal verkleinern. Dadurch kann eine besonders hohe Kompression und/oder ein besonders kleines Schadvolumen erreicht werden, was sich positiv auf die Emissionsbildung im Arbeitsraum auswirkt. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Außenkontur des Gemischbildungsrohrs angepasst werden, um ein möglichst spaltfreies Anliegen der Wandelemente an dem Gemischbildungsrohr zu ermöglichen.
Ferner kann es für verschiedene Ausführungsformen vorteilhaft sein, wenn das Gemischbildungsrohr aus einem keramischen Werkstoff besteht oder an seiner Innenseite eine keramische Be- schichtung aufweist. Dadurch ist zum einen eine thermische Isolation des Gemischbildungsrohres möglich, zum anderen weist ein keramischer Werkstoff gerade bei hohen Temperaturen eine hohe Festigkeit auf, so dass hohe Verbrennungstemperaturen ohne Schädigung des Gemischbildungsrohres möglich sind. Ferner kann ein vorzugsweise keramisches Gemischbildungsrohr als Heizelement für einen Brennraum im Inneren des Gemischbildungsrohres dienen sowie die Verdampfung von Kraftstoff begünstigen, wodurch im Betrieb ein noch magereres Verbrennungsgemisch möglich ist und in der Kaltstartphase eine vorteilhafte Gemischaufbereitung erreicht werden kann. Das Heizen des Gemischbildungsrohrs kann beispielsweise über eine elektrische Widerstandsheizung im Gemischbildungsrohr erfolgen. Ferner kann auch ein durch den Verbrennungsprozess erhitztes Gemischbildungsrohr dazu dienen, in nachfolgenden Verbrennungszyklen die Verdampfung des Kraftstoffs zu begünstigen und somit die Effizienz des Verbrennungsprozesses zu verbessern. Zudem kann durch ein keramisches Gemischbildungsrohr oder eine keramische Beschichtung des Gemischbildungsrohrs ein Wärmeaustausch zwischen dem Gemischbildungsraum und dem außenliegenden Raum reduziert werden, wodurch die Abwärmeverluste über die Wandelemente verringert werden können. Zudem wird ein Einströmen von Frischluft begünstigt, wenn der Wärmeaustausch zwischen Ge- mischbildungsraum und übrigem Arbeitsraum durch eine Isolation auf dem Gemischbildungsrohr verringert wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Gemischbildungs- rohrs ist vorgesehen, dass sich das Gemischbildungsrohr zumindest auf einer Seite, vorzugsweise auf beiden Seiten von einem Randbereich zur Mitte hin verjüngt. Dadurch kann das Gemischbildungsrohr beim Einleiten von Frischluft als Düse wirken, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit durch das Gemischbildungsrohr erhöht werden kann. Somit kann der Gaswechsel im Gemischbildungsrohr nochmals verbessert werden. Ferner kann das Gemisch nach der Einleitung der Verbrennung durch den sich von der Mitte zum Randbereich hin erweiternden Querschnitt des Gemischbildungsrohrs leichter in den außerhalb des Gemischbildungsrohrs liegenden Bereich des Arbeitsraums einströmen, wodurch die Strömungs- und Drosselungsverluste reduziert werden können. Das Gemischbildungsrohr wird vorzugsweise über die Führungsrohre in dem Gehäuse des Verbrennungsmotors befestigt. Alternativ ist es möglich, dass das Gemischbildungsrohr über Befestigungselemente an den Endplatten befestigt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Einlassventil oder die Einlassventile und das Auslassventil oder die Auslassventile koaxial zum Gemischbildungsrohr angeordnet sind. Dabei ist es vorteilhaft, wenn bei jeweils einem Einlass- und Auslassventil das Gemischbildungsrohr rund und bei jeweils zwei Einlass- und Auslassventilen das Gemischbildungsrohr oval ist. Somit kann jeweils ein möglichst großer Teil des Querschnitts des Gemischbildungsrohrs durch die jeweiligen Ventile freigegeben werden, wodurch der Gaswechsel im Gemischbildungsrohr verbessert wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Verbrennungsmotors ist vorgesehen, dass an dem Arbeitsraum eine Einspritzdüse zum Einbringen des Kraftstoffs in den Arbeitsraum angeordnet ist. Für den erfindungsgemäßen Motor ist es besonders vorteilhaft, wenn die Gemischbildung erst im Brennraum erfolgt, da durch den konstruktiven Aufbau eine Schichtladung bei der Verbrennung bevorzugt wird. Unter einer Schichtladung ist in diesem Zusammenhang eine Gemischbildung zu verstehen, wenn sich ein zündfähiges Gemisch zum Zeitpunkt der Zündung in unmittelbarer Nähe der Zündkerze befindet und sich die restliche Frischluft im Wesentlichen davon getrennt im restlichen Arbeitsraum des Verbrennungsmotors befindet. Ein Benzin-Luft- Gemisch erfordert lokal eine sehr exakte Zusammensetzung innerhalb definierter Zündgrenzen, um überhaupt zündfähig zu sein. Durch die Positionierung der Einspritzdüse und die Luft- führung in den Arbeitsraum kann hier eine definierte Schichtladung erzielt werden.
Dabei kann die Einspritzdüse mit dem oder den Einlassventil (en) auf einer gemeinsamen Endplatte angeordnet sein. Dadurch kann der Montageaufwand des Verbrennungsmotors reduziert werden, indem beispielswiese die Endplatte als vorgefertigtes Modul hergestellt wird.
Alternativ ist vorgesehen, dass die Einspritzdüse seitlich am Arbeitsraum angeordnet ist. Durch eine Anordnung seitlich am Arbeitsraum kann der Kraftstoff quer zur Durchströmungsrichtung der Luft zwischen dem Einlassventil und dem Auslassventil angeordnet werden, wodurch eine gezielte Vermischung des
Kraftstoffes mit der Luft erreicht werden kann. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn die Einspritzdüse eine Mantelfläche des Gemischbildungsrohrs durchdringt und den Kraftstoff in den vom Gemischbildungsrohr ummantelten Raum einspritzt. Dadurch kann gezielt in dem vom Gemischbildungsrohr ummantelten Teil des Arbeitsraums, der im Folgenden auch als Gemischbildungs- raum bezeichnet wird, eine Schichtladung erzielt werden. Dabei kann die Einspritzdüse durch das Führungsrohr mit Kraftstoff versorgt werden. Zusätzlich kann in dem Führungsrohr eine Kühlvorrichtung, insbesondere ein Kühlmittelkanal vorgesehen sein, um die Einspritzdüse zu kühlen und vor einer thermischen Überlastung zu schützen.
Der vorgeschlagene Verbrennungsmotor ist vorzugsweise als fremdgezündeter Verbrennungsmotor ausgebildet. Dazu ist an dem Arbeitsraum des Verbrennungsmotors ein Zündelement zur Fremdzündung des Kraftstoffes im Arbeitsraum vorgesehen. Besonders bevorzugt dringt das Zündelement in den Gemischbildungsraum ein, so dass der Kraftstoff im Gemischbildungsraum gezündet werden kann. Dadurch ist eine effektive Schichtladung in dem Arbeitsraum möglich, wobei sich das zündfähige Verbrennungsgemisch aus Kraftstoff und Luft im Wesentlichen im Gemischbildungsrohr befindet und der Arbeitsraum außerhalb des Gemischbildungsraums im Wesentlichen mit Luft gefüllt ist.
Vorzugsweise dringt das Zündelement durch eine Mantelfläche des Gemischbildungsrohrs in den Gemischbildungsraum ein und ist zumindest abschnittsweise innerhalb eines Führungsrohrs des Verbrennungsmotors angeordnet. Dadurch kann das Zündelement, insbesondere eine Zündkerze oder eine Zündelektrode, vor den Temperaturen und Drücken im Arbeitsraum geschützt werden. Zudem ist auf diese Weise ein einfacher elektrischer Anschluss des Zündelements durch das Führungsrohr möglich. Auch für das Zündelement kann in dem Führungsrohr eine Kühlvorrichtung, insbesondere ein Kühlmittelkanal vorgesehen sein, mit welchem das Zündelement gekühlt und vor einer thermischen Überlastung geschützt werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Gleitbolzen des Verbrennungsmotors einen Minuspol des Zündelements ausbildet. Somit kann das Zündelement besonders schlank bzw. kompakt ausgeführt werden, da an dem Zündelement selbst kein zusätzlicher Minuspol vorzusehen ist.
Alternativ zu einer Anordnung der Zündelektrode seitlich am Arbeitsraum kann das Zündelement auch an einer der Endplatten des Verbrennungsmotors angeordnet sein. Dadurch kann unter Umständen der Montageaufwand reduziert werden, indem die Endplatte mit dem Zündelement als Baugruppe ausgestaltet ist.
Alternativ ist vorgesehen, dass das Zündelement einen Laser zur Erzeugung eines Zündimpulses umfasst. Dadurch lassen sich quasi an beliebigen Orten des Arbeitsraums Zündimpulse erzeugen, so dass kein Zündelement direkt im Arbeitsraum notwendig ist .
Alternativ kann der Verbrennungsmotor als selbstzündender Verbrennungsmotor ausgeführt werden, so dass kein Zündelement notwendig ist. Dabei wird die Luft bzw. das Verbrennungsgemisch im Arbeitsraum so weit verdichtet, bis sich das Verbrennungsgemisch, vorzugsweise im Gemischbildungsraum, selbstständig zündet .
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Verbrennungsmotors ist vorgesehen, dass Translationsmittel vorgesehen sind, welche eine Klappbewegung der Wandelemente zumindest mittelbar in eine Drehbewegung einer Antriebsscheibe oder einer Antriebswelle umsetzen. Vorzugsweise umfassen die Translationsmittel ein oder mehrere Stößelelemente, welche mit den Wandelementen gelenkig verbunden sind. Durch Stößelelemente ist eine einfache Übersetzung der Faltbewegung der Wandelemente in eine translatorische Bewegung der Stößelelemente möglich. Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die Stößelelemente mit einer Arbeitsexzenterbahn der Antriebsscheibe in Eingriff stehen. Somit lässt sich die Translationsbewegung der Stößelelemente in eine Drehbewegung der Antriebsscheibe oder der Antriebswelle umsetzen, wobei aufgrund der geometrischen Abmessungen gegenüber einem konventionellen Kolbenmotor bei gleicher Leistung ein deutlich höheres Drehmoment erzeugt werden kann. Alternativ kann die Bewegung der Stößelelemente auch auf eine oder mehrere Antriebswellen, welche vorzugsweise als Exzenterwellen ausgebildet sind, übertragen werden.
Bevorzugt sind an den Stößelelementen Rollen angeordnet, welche entlang der Arbeitsexzenterbahn der Antriebsscheibe abrol- len. Dadurch können die Reibungsverluste zwischen den Stößel - elementen und der Antriebsscheibe reduziert werden und eine im Wesentlichen verschleißfreie Kraftübertragung auf die Antriebsscheibe realisiert werden.
Vorzugsweise sind die Stößelelemente auf einem oder mehreren Gleitbolzen geführt. Dadurch ist eine exakte Führung der Stößelelemente möglich, so dass die Gefahr eines Verkanten oder Kippen der Stößel vermieden wird. Dadurch kann die Reibung bei der Bewegung der Stößel reduziert werden und somit die Effizienz des Verbrennungsmotors gesteigert werden. Die Gleitbolzen können zur Kühlung eine in Längsrichtung verlaufende Bohrung aufweisen, durch die sich ein Kühlmedium, insbesondere eine Kühlflüssigkeit, fördern lässt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung ist vorgesehen, dass die Gleitbolzen Gleitbolzenfedern aufweisen, mit welchen die Gleitbolzen in Befestigungselementen gelagert sind. Dadurch lässt sich ein thermischer Längenausgleich an den Gleitbolzen realisieren, so dass es bei einer ungleichmäßigen Erwärmung zwischen dem Gehäuse und den Gleitbolzen nicht zu einem Verklemmen der Gleitbolzen kommt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass zwischen den Endplatten eine Antriebsscheibe angeordnet ist. Durch eine Antriebsscheibe zwischen den beiden Endplatten ist eine besonders kompakte Ausführung des Verbrennungsmotors möglich. Dadurch kann Gewicht eingespart werden, da im Gegensatz zu einem Kolbenmotor keine Kurbelwelle notwendig ist. Dazu kann, im Gegensatz zu einem Kolbenmotor, auf einen entsprechend aufwendigen Motorblock oder ein Kurbelgehäuse verzichtet werden, wodurch der Verbrennungsmotor deutlich leichter als vergleichbare Kolbenmotoren ist. Gemäß einer vorteilhaf en Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Antriebsscheibe als Hohlscheibe ausgeführt ist. Durch eine Hohlscheibe können eine Führung und/oder Elemente zur Kraftübertragung, insbesondere die Stößelelemente, zwischen den beiden Hälften der Hohlscheibe angeordnet werden. Dadurch kann die Antriebsmechanik vor Verschmutzungen oder Beschädigungen von außen geschützt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Antriebsscheibe eine Arbeitsexzenterbahn und eine Starterexzenterbahn aufweist. Durch eine zusätzliche Starterexzenterbahn ist eine exakte Führung der Stößelelemente, insbesondere der Rollen der Stößelelemente, möglich, so dass die Stößelelemente nicht aus ihrer Ausgangslage kippen können. Über die Arbeitsexzenterbahn kann die translatorische Bewegung der Stößel auf die Antriebsscheibe übertragen und in eine Drehbewegung umgesetzt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Antriebsscheibe mittels Wälzlagern auf dem Gehäuse des Verbrennungsmotors gelagert ist. Dadurch ist eine einfache und kostengünstige Lagerung der Antriebsscheibe möglich.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass zur Schmierung und/oder Kühlung der Wandelemente ein Ölkreislauf vorgesehen ist. Durch einen Ölkreislauf ist eine einfache Schmierung zwischen den Wandelementen und den Endplatten möglich. Ferner kann durch den Ölkreislauf eine Kühlung der Wandelemente erfolgen, so dass kein weiterer Kühlkreislauf für den Verbrennungsmotor notwendig ist. Somit kann gegenüber einem konventionellen Kolbenmotor Gewicht eingespart werden und es ist eine sehr kompakte Ausführung des Verbrennungsmotors möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Ölkreislauf Sprühdüsen umfasst. Durch Sprühdüsen ist eine gezielte Einbringung von Schmiermitteln an den besonders belasteten Stellen möglich. So können in den Wandelementen
Schmiermittelkanäle ausgebildet sein, welche an einem den Gelenken zugewandten Ende der Wandelemente austreten und somit eine gezielte Schmiermittelversorgung der Gelenke ermöglichen. Alternativ können die Wandelemente auch als Hohlelemente ausgebildet sein, wobei zwischen einer dem Arbeitsraum zugewandten Platte und einer dem Arbeitsraum abgewandten Platte ein Hohlraum ausgebildet ist, welcher eine fluidische Verbindung mit den Gelenken ermöglicht. An den Stirnseiten der Gelenke können ferner Dichtelemente vorgesehen sein, welche ein unkontrolliertes Austreten des Schmiermittels in den Arbeitsraum verhindern. Ferner können an den jeweils axialen Enden der Wandelemente weitere Öffnungen vorgesehen sein, mit denen ein Austritt von Schmiermittel aus den Gelenken auf die dem Arbeitsraum des Verbrennungsmotors abgewandte Seite der Wandelemente ermöglicht wird. Somit kann eine Schmiermittelförderung durch die Gelenke erfolgen, wodurch die Gefahr eines „Fressens" an der Verbindungsstelle zwischen Wandelementen und Gelenken verringert wird. Die Förderung des Schmiermittels kann dabei durch die Druckpulsation in dem Raum zwischen den Wandelementen und dem Gehäuse verstärkt werden, wobei der Druck im Gehäuse bei einer Vergrößerung des durch die Wandelemente begrenzten Arbeitsraums steigt und somit das von den Sprühdüsen eingebrachte Schmiermittel in die Schmiermittelkanäle drückt . Ferner kann durch die Sprühdüsen eine Kühlung an den thermisch besonders belasteten Stellen des Verbrennungsmotors erfolgen, so dass die Menge des zirkulierenden Öls des Ölkreislaufs gering gehalten werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Ölkreislauf einen Wärmetauscher umfasst. Dadurch kann die von dem Öl aufgenommene Wärme besser an die Umgebung abgeführt werden und somit die Kühlung durch das Öl verbessert werden. Ferner kann durch einen Wärmetauscher verhindert werden, dass das Öl vorzeitig altert oder verkokt, und somit seine Schmiereigenschaften vermindert sind oder verloren gehen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass an den Wandelementen Dichtelemente vorgesehen sind, über welche die Wandelemente den Arbeitsraum gegenüber den Endplatten abdichten. Dadurch können die Verluste durch aus dem Arbeits - räum ausströmendes Gas verringert werden. Vorzugsweise sind die Dichtelemente als Dichtleisten ausgebildet, wobei die Dichtleisten in Ausnehmungen an den Längsseiten der Wandplatten aufgenommen sind. Dadurch ist eine einfache und günstige Abdichtung der Wandelemente gegenüber den Endplatten möglich. Besonders bevorzugt ist dabei, wenn an jeder Wandplatte mindestens zwei Reihen von Dichtleisten vorgesehen sind, wobei die Dichtleisten vorzugsweise überlappend angeordnet sind. Durch mehrere Reihen von Dichtleisten, welche sich überlappen, kann die Dichtwirkung zwischen den Wandelementen und den Endplatten weiter verbessert werden. Insbesondere können an den Dichtleisten Dehnungsfugen zum thermischen Ausgleich vorgesehen sein, wobei das durch die Dehnungsfuge strömende Gas an der nächsten Reihe aufgehalten wird. Zusätzlich kann über die Dichtleisten eine Wärmeabfuhr von dem Wandelement auf das Endelement erfolgen, wobei diese Wärmeabfuhr durch mehrere Reihen von Dichtleisten ebenfalls verbessert wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verbrennungsmotors ist vorgesehen, dass an zumindest einer Außenfläche der Antriebsscheibe Magneten angeordnet sind, welche mit drehfest mit dem Gehäuse verbundenen Statoren in Wirkverbindung treten können. Dadurch kann die Antriebsscheibe genutzt werden, um elektrischen Strom zu generieren. Somit kann der vorgeschlagene Verbrennungsmotor insbesondere als Range -Extender für ein Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor oder als Stromaggregat genutzt werden. Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die Magneten an beiden Außenflächen der Antriebsscheibe gleichmäßig über den Umfang der Antriebsscheibe verteilt angeordnet sind. Somit kann die Leistung des Generators bei gleicher Baugröße gesteigert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verbrennungsmotors ist vorgesehen, dass das Gehäuse oder mit dem Gehäuse fest verbundene Anbauteile, insbesondere ein Ansaugtrakt oder ein Abgastrakt des Verbrennungsmotors in einer Motorhalterung gelagert sind. Dabei weist die Motorhalterung einen Rahmen auf, wobei an einer Kontaktstelle zwischen dem Rahmen und dem Gehäuse oder den mit dem Gehäuse verbundenen Anbauteilen Dämpfungselemente angeordnet sind. Obwohl der vorgeschlagene Verbrennungsmotor im Wesentlichen ausgeglichene bewegte Massen aufweist und insgesamt vibrationsarm läuft, ist durch eine Entkopplung von Motor und Rahmen der Motorhalterung eine zusätzliche Schwingungsdämpfung möglich, wodurch die Laufruhe des Verbrennungsmotors weiter verbessert wird. Zusätzlich kann durch die Dämpfungselemente eine Entkopplung des Verbrennungsmotors von einer Fahrzeugstruktur bei einem Kraftfahrzeug erfolgen, so dass Erschütterungen des Kraftfahrzeuges nicht ungedämpft auf den Verbrennungsmotor übertragen werden und somit zu einer Beschädigung des Verbrennungsmotors führen. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Gehäuse des Verbrennungsmotors teilbar ausgeführt ist. Dadurch kann sowohl die Herstellung des Gehäuses als auch die Montage des Verbrennungsmotors erleichtert werden. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn das Gehäuse aus zwei Gehäusehälften zusammengesetzt ist, wobei eine Teilung des Gehäuses entlang einer Symmetrieachse des Gehäuses vorgesehen ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Arbeitsraum des Verbrennungsmotors mit einem Abgastrakt verbunden ist, wobei im Abgastrakt Mittel vorgesehen sind, um ein aus dem Arbeitsraum in den Abgastrakt abströmendes Abgas zu beschleunigen. Dadurch kann der Gaswechsel im Arbeitsraum, insbesondere im Gemischbildungsraum, weiter verbessert werden. Durch die Mittel kann die Strömungsgeschwindigkeit erhöht werden, wodurch ein Sog entsteht, welcher Abgas aus dem Arbeitsraum in den Abgastrakt zieht. Bevorzugt ist dabei, wenn der Abgastrakt stromabwärts des Auslassventils einen sich erweiternden Querschnitt aufweist und somit der Abgasgegendruck im Abgaskanal weiter reduziert werden kann.
Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass in dem Abgastrakt ein Sauglüfter angeordnet ist, welcher Abgas aus dem Arbeitsraum des Verbrennungsmotors ansaugt und durch den Abgaskanal in die Umgebung fördert. Dadurch kann ebenfalls das Abströmen von Abgas aus dem Arbeitsraum erleichtert und somit der Gas- wechsel im Arbeitsraum verbessert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verbrennungsmotors ist vorgesehen, dass die Magneten und die Statoren einem elektrischen Generator zugeordnet sind. Dabei ist mit Vorteil vorgesehen, dass der elektrische Generator eine Batterie speist. Dadurch kann auf einfache Weise ein Notstromaggregat ausgebildet werden, wobei sich der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor im Vergleich zu einem Kolbenmotor gleicher Leistung durch ein wesentlich geringeres Gewicht auszeichnet.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der elektrische Generator mit einem elektrischen Antriebsmotor, insbesondere mit einem elektrischen Antriebsmotor eines Kraftfahrzeuges, verbunden ist. Dadurch kann der Generator elektrischen Strom liefern, wenn die Batterie des Kraftfahrzeuges leer ist und somit als Range-Extender für ein
Kraftfahrzeug mit elektrischem Antrieb dienen. Dabei ist vorzugsweise eine Stromregelung am Generator vorgesehen, so dass die elektrischen Antriebsmotoren des Kraftfahrzeuges direkt aus dem Verbrennungsmotor mit dem Generator gespeist werden können und kein zusätzlicher mechanischer Antriebsstrang zwischen dem Verbrennungsmotor und einem angetriebenen Rad des Kraftfahrzeuges notwendig ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der elektrische Generator als Starter und/oder Lichtmaschine für den Verbrennungsmotor nutzbar ist. Dadurch kann auf einen zusätzlichen Anlasser bzw. eine zusätzliche Lichtmaschine am Verbrennungsmotor verzichtet werden, wodurch Kosten und Gewicht eingespart werden können. Zudem kann durch eine entsprechende Bestromung der Statoren die Drehrichtung des Verbrennungsmotors vorgegeben werden, so dass eine Drehung entgegen der gewünschten Drehrichtung aufgrund einer ungünstigen Winkellage der Stößel auf der Arbeitsexzenterbahn sicher vermieden wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Verdichter im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors angeordnet ist. Dabei ist der Verdichter bevorzugt als elektrisch angetriebener Verdichter ausgebildet, um die Füllung des Arbeitsraums mit Frischluft zu verbessern und somit eine höhere Leistung des Verbrennungsmotors zu erzielen. Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Verdichter mechanisch von dem Verbrennungsmotor, insbesondere über eine mechanische Verbindung mit dem Antriebsrad, gekoppelt ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einem Gehäuse und einem Arbeits- räum, wobei der Arbeitsraum stirnseitig jeweils durch eine Endplatte begrenzt ist, wobei der Arbeitsraum in axialer Richtung jeweils durch zwischen den Endplatten beweglich angeordnete Wandelemente begrenzt ist, wobei die Wandelemente gelenkig miteinander verbunden sind, wobei ein Arbeitsmedium in dem Arbeitsraum des Verbrennungsmotors durch eine Faltbewegung der Wandelemente verdichtbar ist, wobei dem Arbeitsraum jeweils mindestens ein Einlassventil zur Versorgung des Arbeitsraums mit Frischluft und mindestens ein Auslassventil zur Abfuhr der Verbrennungsgase aus dem Arbeitsraum zugeordnet sind, und wobei das Einlassventil oder die Einlassventile in der ersten Endplatte angeordnet ist/sind und das Auslassventil oder die Auslassventile in der gegenüberliegenden Endplatte angeordnet ist/sind, bei dem das Einlassventil oder die Einlassventile bei geöffnetem Auslassventil oder geöffneten Auslassventilen geöffnet wird bzw. geöffnet werden. Dadurch wird der Gasaustausch im Arbeitsraum begünstigt, insbesondere führt das mit hohem Tempo durch das Auslassventil bzw. die Auslassventile in den Abgastrakt abströmende Abgas bei gleichzeitiger Expansion des Arbeitsraums zu einem Unterdruck im Arbeitsraum, wodurch das Einströmen von Frischluft in den Arbeitsraum begünstigt wird. Ferner kann der Unterdruck im Arbeitsraum auch durch die Abgasführung im Abgaskanal begünstigt werden. Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor ist bevorzugt als Ran- ge-Extender für ein Kraftfahrzeug mit Elektromotor, Stromaggregat, als Blockheizkraftwerk oder als Antriebsmotor für ein Boot vorgesehen.
Bei einer Verwendung als Blockheizkraftwerk und/oder zur Erzeugung von elektrischer Energie im häuslichen Gebrauch kann die bei der Stromerzeugung entstehende Abwärme zum Heizen der Räumlichkeiten oder zur Aufheizung von Wasser in der Warmwasserversorgung genutzt werden.
Bei einer Verwendung als Stromaggregat kann durch die Ausbildung des Generators direkt auf der Antriebsscheibe des Verbrennungsmotors ein im Vergleich zu einem Stromaggregat mit Kolbenmotor kurzer und leichter Antriebsstrang ausgebildet werden, wodurch die Effizienz bzw. der Wirkungsgrad steigen und gleichzeitig das Gewicht des Verbrennungsmotors bzw. des Stromaggregats gering gehalten werden kann.
Ferner ist der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor als Antrieb für ein Schiff vorgesehen. Zum einen kann durch das verglichen mit anderen Verbrennungsmotoren bei gleicher Leistung hohe Drehmoment ein direkter und effizienter mechanischer Antrieb einer Schiffsschraube durch den Verbrennungsmotor erfolgen. Zum anderen gibt es bei Großschiffen ein Bestreben, einen großen, viel Bauraum benötigenden Kolbenmotor durch einen Elektroantrieb zu ersetzen. Ein wesentlicher Nachteil bestehender Schiffsantriebe mit Kolbenmotor liegt darin, dass der Kolbenmotor einen hohen, zusammenhängenden Platzbedarf im Inneren des Schiffes hat, der als Frachtraum nicht zur Verfügung steht. Es ist möglich, eine Vielzahl kleiner, effizienter Stromerzeuger wie den vorgeschlagenen Verbrennungsmotor zu nutzen, welche sich an anderweitig schlecht nutzbaren Nischen im Bootsrumpf anordnen lassen und beispielsweise über eine elektrische Verschaltung oder ein Summengetriebe für den Fahrstrom des Schiffes sorgen können. Der Strom dieser Verbrennungsmotoren kann an mehrere kleine Elektrogetriebemotoren geleitet werden, welche jeweils mit einem kurzen Wellenstumpf der Schiffsschraube in Eingriff stehen und somit das Boot antreiben. Vorteilhaft ist dabei, dass sich der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor sowohl horizontal als auch vertikal einbauen lässt .
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungs- formen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert . Dabei zeigt
Fig. 1 eine erste Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen
Verbrennungsmotors mit Faltbrennkammer;
Fig. 2 eine weitere Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotos mit Faltbrennkammer;
Fig. 3 die Exzenterbahnen einer Antriebsscheibe des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors ;
Fig. 4 ein Gehäuse eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors mit Einlass- und Auslassventilen des Arbeitsraums ; Fig. 5 ein zusammengesetztes Gehäuse des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors sowie eine Explosionsdarstellung einer Antriebsscheibe des Verbrennungsmotors;
Fig. 6 eine Darstellung des Verbrennungsmotors mit zusammen gesetztem Gehäuse und am Gehäuse angeordneter Antriebsscheibe ;
Fig. 7 den Verbrennungsmotor aus Fig. 6, wobei der Verbrennungsmotor in einer Motorhalterung gelagert ist;
Fig. 8 eine weitere Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor mit Faltbrennkammer, wobei die Faltbrennkammer im Zustand der maximalen Kompression dargestellt ist;
Fig. 9 der Verbrennungsmotor aus Fig. 8, wobei die Falt- brennkammer im Zustand der maximalen Expansion darge stellt ist;
Fig. 10 ein Konzept zur Kompensation der thermischen Ausdehnung der Wandelemente eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors ;
Fig. 11 ein Dichtkonzept für einen erfindungsgemäßen Verbren nungsmotor ;
Fig. 12 ein Konzept zur Abdichtung der Stößelelemente eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors ;
Fig. 13 ein Dichtkonzept für die Führungsrohre eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors ; ein Konzept zur Kompensation eines thermischen Längenausgleichs von Dichtleisten des Verbrennungsmotors ; eine Detaildarstellung der Dichtung an den Gelenkach sen; eine weitere Detaildarstellung der Dichtung an den Gelenkachsen; eine Detaildarstellung einer Gelenkachse in der Seitenansicht ; eine Detaildarstellung einer Gelenkachse in einer Draufsicht auf eine Stirnseite; ein erstes Ausführungsbeispiel für die Anordnung von Magneten an der Antriebsscheibe des Verbrennungsmotors ; ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Anordnung der Magneten an der Antriebsscheibe; eine zu der in Fig. 19 dargestellten Anordnung der Magneten korrespondierende Anordnung der Statoren an dem Gehäuse des Verbrennungsmotors; eine zu der in Fig. 20 dargestellten Anordnung der Magneten korrespondierende Anordnung der Statoren an dem Gehäuse des Verbrennungsmotors; und Fig. 23 eine alternative Ausführungsform des Verbrennungsmotors mit einer geänderten Exzenterbahn, wodurch ein 4 -Takt-Prinzip realisierbar ist.
In Fig. 1 und Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßer Verbrennungsmotor 1 dargestellt. Der Verbrennungsmotor 1 umfasst einen Arbeitsraum 2, der durch vier Wandelemente 3, zwei Brückenelemente 4 und zwei Stößelelemente 5 begrenzt ist, welche an ihren Längsseiten über Gelenke 6 miteinander verbunden sind. Die beiden Brückenelemente 4 und die beiden Stößelelemente 5 sind jeweils gegenüberliegend angeordnet. Der Arbeitsraum 2 ist als eine Faltbrennkammer ausgebildet, welche an ihren Stirnseiten durch zwei in Fig. 1 nicht dargestellte Endplatten 7a, 7b eines Gehäuses 8 begrenzt ist. Die Wandelemente 3, die Brückenelemente 4 und die Stößelelemente 5 sind beweglich zwischen den Endplatten 7a, 7b angeordnet, so dass sich ein geschlossener Arbeitsraum 2 in Form einer Faltbrennkammer ergibt. Ein Arbeitsmedium in dem Arbeitsraum 2 des Verbrennungsmotors 1 kann durch eine Faltbewegung der Wandelemente 3 verdichtet werden. In Fig. 1 ist der Arbeitsraum 2 im Zustand der maximalen Kompression dargestellt, wobei sich der Arbeitsraum 2 auf einen im Wesentlichen ovalen, rohrförmigen Querschnitt in der Mitte des Arbeitsraums 2 verjüngt. In der Mitte des Arbeitsraums 2 ist ein Gemischbildungsrohr 53 angeordnet, welches jeweils von den Endplatten 7a, 7b beabstandet ist, um ein Ausströmen des Gases aus einem vom Gemischbildungsrohr 53 umgebenen Gemischbildungsraum in den übrigen Arbeitsraum 2 zu ermöglichen. Die Wandelemente 3 sind über Gelenke 6 mit Stößelelementen 5 verbunden. Die Stößelelemente 5 sind jeweils auf einem Gleitbolzen 9 geführt, welcher mittels einer Gleitbolzenfeder 10 an einem Befestigungselement 12 gelagert ist. Dabei sind zwei Stößelelemente 5 vorgesehen, welche um 180° versetzt zueinander angeordnet sind. An den Stößelelementen 5 sind Rol- len 14 angeordnet, mit welchen die Stößelelemente 5 zwischen einer Starterexzenterbahn 15 und einer in Fig. 3 dargestellten Arbeitsexzenterbahn 71 geführt werden und somit die translatorische Bewegung der Stößelelemente 5 in eine Drehbewegung umsetzen können.
Ebenfalls um 180° versetzt zueinander und um 90° versetzt zu den Stößelelementen 5 sind zwei Führungsrohre 11 vorgesehen, welche durch den Arbeitsraum 2 und durch eine Mantelfläche des Gemischbildungsrohrs 53 in den Gemischbildungsraum eindringen. Die Führungsrohre 11 sind an Befestigungselementen 12 fixiert. In einem der Führungsrohre 11 ist eine Einspritzdüse 22 angeordnet, welche das Gemischbildungsrohr 53 durchdringt und an ihrem dem Gemischbildungsrohr 53 abgewandten Ende mit einer Kraftstoffleitung 23 verbunden ist. In dem anderen Führungsrohr 11 ist ein Zündelement 24 angeordnet, welches an einer der Einspritzdüse 22 gegenüberliegenden Stelle des Gemischbildungsrohrs 53 dessen Mantelfläche durchdringt und somit ein Verbrennungsgemisch im Gemischbildungsraum zünden kann. Das Zündelement 24 ist über ein Zündkabel 25 mit einer nicht dargestellten Spannungsquelle verbunden, über die ein Zündimpuls an dem Zündelement 24 ausgelöst werden kann.
In Fig. 1 und Fig. 2 ist jeweils eine Frontansicht des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors 1 dargestellt, wobei in der Frontansicht ein Blick auf die Einlassventile 20 dargestellt ist. Die Einlassventile 20a, 20b sind derart in der Endplatte 7a integriert, dass sie fluchtend mit dem Gemischbildungsrohr 53 angeordnet sind. Zwischen den Führungsrohren 11 und den Befestigungselementen 12 sind Führungsrohrstützen 65 angeordnet, welche mit dem Gehäuse 8 des Verbrennungsmotors 1 über Verbindungselemente 47, vorzugsweise über Schrauben, fixierbar sind. In Fig. 3 ist ein Schnitt entlang einer Antriebsscheibe 16 des Verbrennungsmotors 1 dargestellt. An der Antriebsscheibe 16 ist eine Exzenterbahn 62 ausgebildet, über welche die Stößelelemente 5 abrollen können und die translatorische Bewegung der Stößelelemente 5 in eine Rotationsbewegung der Antriebsscheibe 16 umsetzen können. Die Exzenterbahn 62 umfasst eine Starterexzenterbahn 15 und eine Arbeitsexzenterbahn 71, zwischen welchen die Rollen 14 der Stößelelemente 5 geführt sind. Ferner sind in Fig. 3 zur Orientierung das Gemischbildungsrohr 53, die Einlassventile 20 sowie die Einspritzdüse 22 und das Zündelement 24 dargestellt.
In Fig. 4 ist das Gehäuse 8 des Verbrennungsmotors 1 dargestellt. Der Arbeitsraum 2 ist an den jeweiligen Stirnseiten durch die Endplatten 7a, 7b verschlossen, wobei die Endplatten 7a, 7b in das Gehäuse 8 integriert sind. Alternativ können die Endplatten 7a, 7b auch als separate Bauteile, insbesondere als Baugruppen eines Einlasstraktes 17 oder eines Abgastraktes 18, ausgebildet sein. Wie in Fig. 6 zu sehen, sind die Stößelelemente 5 mit den Hohlstößeln 13 auf dem Gleitbolzen 9 geführt und weisen Rollen 14 auf, welche entlang der Exzenterbahn 62 abrollen können.
Der Einlasstrakt 17 umfasst einen Gehäuseabschnitt, in welchem mindestens ein Einlassventil 20 angeordnet ist. Zusätzlich zu dem Einlassventil 20 kann ein ungeregeltes Ventil 75, vorzugsweise ein Flatterventil, vorgesehen werden, welches bei geschlossenem Einlassventil 20 an einem Schaft des Einlassventils 20 abdichtet und somit ein Rückströmen der Frischluft in den stromaufwärts des ungeregelten Ventils 75 liegenden Abschnitt des Einlasstrakts 17 unterbindet. Der Abgastrakt 18 liegt an einer dem Einlasstrakt 17 gegenüberliegenden Stirnseite des Gehäuses 8. Der Abgastrakt 18 umfasst mindestens ein Auslassventil 21, welches eine Verbindung von dem Arbeitsraum 2 zu einem Abgaskanal 42 öffnet oder verschließt. Das Einlassventil 20 und das Auslassventil 21 können jeweils über ein elektromagnetisches Stellelement 43, vorzugsweise einen Hubmagneten, betätigt werden.
Das Gehäuse 8 umfasst zwei Gehäusehälften 8a, 8b, welche vorzugsweise an einer Symmetrieebene des Arbeitsraums 2 geteilt sind. An einer Gehäusehälfte 8a, 8b, vorzugsweise an der dem Einlasstrakt 17 zugewandten Gehäusehälfte 8a, ist ein ungeregeltes Ventil 79, beispielsweise ein federbelastetes Ventil oder ein Flatterventil, vorgesehen, um ein Einströmen von Umgebungsluft in das Gehäuse 8 zu ermöglichen, wenn sich der Arbeitsraum 2 kontrahiert und ansonsten ein Unterdruck im Gehäuse 8 entstehen würde. Die beiden Gehäusehälften 8a, 8b können mittels Verbindungselementen 47, vorzugsweise mittels Schrauben, miteinander fixiert werden, wodurch eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den Gehäusehälften 8a, 8b entsteht. Alternativ oder zusätzlich ist auch ein Formschluss zwischen den beiden Gehäusehälften 8a, 8b denkbar, wodurch eine Lageorientierung der Gehäusehälften 8a, 8b zueinander verbessert werden kann. An der Verbindungsstelle der Gehäusehälften 8a, 8b umfasst das Gehäuse 8 ein Führungsgehäuse 46 zur Führung der Antriebsscheibe 16.
In Fig. 5 ist das Gehäuse aus Fig. 4 mit der Antriebsscheibe 16 dargestellt. Die Antriebsscheibe 16 ist als Hohlscheibe ausgeführt und umfasst zwei Scheibenhälften 45. Die Antriebsscheibe 16 ist mittels Wälzlagern 48, vorzugsweise mittels Kugellagern oder Rollenlagern, drehbar auf dem Gehäuse 8 gelagert. An den Außenflächen 83 der Antriebsscheibe 16 sind Magneten 72 angeordnet, welche mit auf dem Gehäuse 8 angeordneten Statoren 73 in Wirkverbindung treten können. In Fig. 6 ist eine Schnittdarstellung eines zusammengebauten Verbrennungsmotors 1 dargestellt. Anhand der Darstellung soll im Folgenden die Funktionsweise des Verbrennungsmotors 1 anhand eines vollständigen Arbeitszyklus dargestellt werden. Zum Start des Verbrennungsmotors 1 befindet sich eine Arbeitsraumbegrenzung, umfassend die Wandelemente 3, die Brückenelemente 4 und die Stößelelemente 5, in einer beliebigen Position. Aus dieser Position wird die Antriebsscheibe 16 des Verbrennungsmotors 1 durch einen in der Antriebsscheibe 16 integrierten Anlasser 70, welcher die Magneten 72 und die Statoren 73 um- fasst, in eine Drehung versetzt, wobei die von den Hohlstößeln 13 angebundenen Stößelelemente 5 über die mit der Starterexzenterbahn 15 und der Arbeitsexzenterbahn 71 verbundenen Rollen 14 in Bewegung gesetzt werden. Dabei können in dieser Anlaufphase die Einlassventile 20 und Auslassventile 21 noch weitestgehend unabgestimmt zueinander geöffnet werden, oder insbesondere komplett geöffnet werden, bis die Antriebsscheibe 16 eine vorbestimmte Mindestdrehzahl erreicht hat. Bei Erreichen der Mindestdrehzahl werden die Einlassventile 20 und die Auslassventile 21 verschlossen und Kraftstoff über die Einspritzdüsen 22 in den Arbeitsraum 2, vorzugsweise in den Ge- mischbildungsraum, eingespritzt. Die Beschreibung des Kreisprozesses beginnt im Folgenden mit dem Öffnen der Auslassventile 21. Das Abgas aus dem Arbeitsraum 2 strömt über die Auslassventile 21 in den Abgastrakt 18 und von dort aus weiter in ein Abgasrohr 42. Nach Öffnen der Auslassventile 21 werden bei noch geöffneten Auslassventilen 21 die Einlassventile 20 geöffnet, wobei durch das Abströmen des Abgases ein Sog entsteht, welcher das Einströmen von Frischluft durch die Einlassventile 20 in den Arbeitsraum 2 begünstigt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Arbeitsraums 2 mit gegenüberliegenden Einlass- und Auslassventilen 20, 21 lässt sich die Abgasenergie über die Sogwirkung einfach und effizient nutzen. Nachdem die Auslassventile 21 über die elektromagnetischen Stellelemente 43 geschlossen wurden, findet über die noch geöffneten Einlassventile 20 eine Nachladung der in den Arbeitsraum 2 einströmenden Frischluft statt. Der Gaswechsel findet bevorzugt im Bereich der maximalen Expansion des Arbeitsraums 2 statt. Durch das ungedrosselte Einströmen der Frischluft erfolgt im Gegensatz zu aufgeladenen Kolbenmotoren keine Erwärmung der Frischluft, wodurch eine bessere Füllung des Arbeitsraums 2 und somit ein höherer Wirkungsgrad erreicht wird.
Nachdem die Einlassventile 20 geschlossen sind, beginnt die Kompression der Frischluft im Arbeitsraum 2. Nach einer Vorverdichtung der Frischluft wird mittels der Einspritzdüse 22 Kraftstoff in den Gemischbildungsraum eindosiert. Das so in dem Gemischbildungsraum entstehende Verbrennungsgemisch wird durch die weitere Kompression der sich auf die Mitte zubewegenden Wandelemente 3 zu einem zündfähigen Verbrennungsgemisch aufbereitet. Dabei wird das zündfähige Verbrennungsgemisch bis zur Zündung durch das Zündelement 24 im Wesentlichen im Ge- mischbildungsraum gehalten und ist von Frischluft im übrigen Arbeitsraum 2 umgeben. Durch die mittels des Zündelements 24 eingeleitete Zündung des Verbrennungsgemischs findet eine explosionsartige, starke Expansion des Gases im Gemischbildungs- raum statt, einhergehend mit einem starken Druck- und Temperaturanstieg im gesamten Arbeitsraum 2. Dabei kommt es zu einer Vermischung des Verbrennungsgemischs im Gemischbildungsraum mit der Frischluft im übrigen Arbeitsraum 2, wodurch der Druck im Arbeitsraum 2 erhöht wird, der Arbeitsraum 2 expandiert und die Wandelemente 3, die Brückenelemente 4 sowie die Stößelelemente 5 nach außen drückt .
Eine Effizienzsteigerung gegenüber konventionellen Verbrennungsmotoren wird dadurch erreicht, dass die Arbeitsraumbe- grenzung nicht direkt mit dem heißen Explosionsgas beaufschlagt wird, sondern die Verbrennung im Wesentlichen in der Mitte des Arbeitsraums 2, insbesondere im Gemischbildungsraum, abläuft und dadurch weniger Energie über die Wandelemente 3 in einen Kühlkreislauf oder die Umgebung abgeführt wird.
Bevorzugt ist der Verbrennungsmotor 1 als Zweitakt-Schichtladungsmotor ausgebildet, wobei die Einlassventile 20 durch zusätzliche Flatterventile 75 ergänzt werden, welche sich im Einlasstrakt 17 stromaufwärts der Einlassventile 20 befinden und so nach dem Schließen der Einlassventile 20 über die noch nachströmende Frischluft einen Nachladeeffekt im Einlasstrakt 17 zwischen den Flatterventilen 75 und den Einlassventilen 20 erfolgt. Alternativ zu mehreren Einlass- und Auslassventilen 20, 21 kann auch jeweils nur ein Einlassventil 20 und ein Auslassventil 21 vorhanden sein. Zusätzlich lässt sich eine Kammer 77 im Einlasstrakt 17 über einen Durchlass in der Endplatte 7a mit einem Innenraum 78 des Gehäuses 8 verbinden, welcher außerhalb des Arbeitsraums 2 des Verbrennungsmotors 1 und somit außerhalb der Arbeitsraumbegrenzung liegt. Dabei ist in dem Durchlass ein ungeregeltes Ventil 52, vorzugsweise ein federbelastetes Ventil oder ein Flatterventil, vorgesehen, welches in geöffnetem Zustand ein Strömen von Frischluft aus dem Gehäuse 8 in die Kammer 77 erlaubt. Somit kann bei einer Expansion des Arbeitsraums 2 die Luft in der Kammer 77 vorverdichtet werden und somit bei Öffnen des Einlassventils 20 in den Arbeitsraum 2 einströmen. Die vier Wandelemente 3 sind an ihren dem Gemischbildungsrohr 53 zugewandten Innenseiten so geformt, dass sie eine optimale Brennraumform ergeben. Das hitzebeständige und vorzugsweise aus einem keramischen Werkstoff bestehende Gemischbildungsrohr 53 sorgt für eine stabile Konzentration des Verbrennungsgemischs im Bereich des Zündelements 24. Die Kraftstoffeinspritzung in den Gemischbildungs- räum sowie die Verdichtung bewirken, dass sich das zündfähige Verbrennungsgemisch im Wesentlichen im Bereich des Zündelements 24 befindet, so dass sich dadurch auch sehr geringe Mengen von Kraftstoff in eine zündfähige Gemischwolke verwandeln und zünden lassen. Der Gemischbildungsprozess wird durch die Wärmeübertragung und Verdampfung des Kraftstoffes an den Wänden des vorzugsweise keramischen oder mit einer keramischen Beschichtung versehenen Gemischbildungsrohrs 53 begünstigt.
Die Einspritzung des Kraftstoffs in den Gemischbildungsraum erfolgt über eine Einspritzdüse 22, welche vorzugsweise als Mehrlochdüse ausgebildet ist. Dabei sind die Geometrie des Spraykegels sowie die Anzahl und Größe der Spritzlöcher der Einspritzdüse 22 so gewählt, dass es zu einer möglichst feinen Zerstäubung des Kraftstoffs im Gemischbildungsraum und einer entsprechenden Vermischung mit der Frischluft im Gemischbildungsraum kommt. Das Gemischbildungsrohr 53 bewirkt, dass die heißen Expansionsgase zwar die umgebende Frischluft erhitzen, nicht jedoch in ähnlichem Maße die Wandelemente 3. Dazu bewirkt das Gemischbildungsrohr 53, dass die heißen Verbrennungsgase aus dem Gemischbildungsraum nicht direkt mit den Wandelementen 3 in Kontakt treten, so dass nur eine vergleichsweise geringe oder gar keine Kühlung des Verbrennungsmotors 1 notwendig ist.
Das Gehäuse 8 des Verbrennungsmotors 1 ist an seiner dem Arbeitsraum 2 zugewandten Seite so geformt, dass sich ein geeigneter Abstand zu den Wandelementen 3 im expandierten Zustand des Arbeitsraums 2 ergibt, wodurch sich Druckunterschiede, welche sich durch die Bewegung der Wandelemente 3 ergeben, optimal zur Druckerhöhung der Frischluft über den Durchlass in der Kammer 77 nutzen lassen. Dazu schließt das Ventil 79, sobald im Gehäuse ein gegenüber der Umgebung erhöhter Druck herrscht und es öffnet sich das Ventil 52, um ein Einströmen der Luft aus dem Gehäuse 8 in die Kammer 77 zu ermöglichen.
Die Kühlung und die Ölversorgung des Verbrennungsmotors 1 erfolgt über einen in Fig. 7 dargestellten Ölkreislauf. An einer Außenfläche des Gehäuses 8 sind Wälzlager 48 zur Lagerung der Antriebsscheibe 16 angeordnet. Die Antriebsscheibe 16 in Form eines Exzentergehäuses ist an ihren Außenflächen 83 mit Magneten 72 versehen, welche sich vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang verteilt an den jeweiligen Außenflächen 83 der Antriebsscheibe 16 befinden. An dem Gehäuse 8 sind den Magneten 72 gegenüberliegende Statoren 73 vorgesehen. Durch eine Drehung der Antriebsscheibe 16 wird durch die Magneten 72 an den Statoren 73 ein Strom induziert, welcher direkt an einen Verbraucher, insbesondere einen Antriebsmotor eines Kraftfahrzeuges, oder an einen Speicher, insbesondere an einen Batteriespeicher, weitergeleitet werden kann.
Über die Statoren 73 kann durch eine entsprechende Ansteuerung eine Drehung der Antriebsscheibe 16 induziert werden, so dass diese Statoren 73 als Starter für den Verbrennungsmotor 1 genutzt werden können. Ferner ist über die Statoren 73 und die Magneten 72 eine Stabilisierung der Drehzahl des Verbrennungsmotors 1, insbesondere einer Leerlaufdrehzahl , möglich, so dass der Verbrennungsmotor 1 zum einen mit einer vergleichsweise geringen Drehzahl betrieben werden kann und zum anderen ein zusätzliches Schwungrad zur Drehzahlstabilisierung entfallen kann. Die Anordnung der Magneten 72 ist in Fig. 19 und Fig. 20 dargestellt. Die Magneten 72 können sowohl, wie in Fig. 19 dargestellt, auf einem Durchmesser am Umfang der Antriebsscheibe 16 als auch, wie in Fig. 20 dargestellt, auf mehreren Durchmessern am Umfang der Antriebsscheibe 16 angeordnet sein. Durch die Anordnung auf mehreren Durchmessern kann in vereinfachter Form, d.h. ohne eine komplexe Stromregelung der Statoren 73, die Antriebsscheibe 16 zur elektronischen Schwungscheibe 69 oder zum Anlasser 70 modifiziert werden. Dabei ist bevorzugt der äußere, größere Durchmesser für die Stromgewinnung im Betrieb des Verbrennungsmotors 1 vorgesehen, während die Starterfunktion auf dem inneren Durchmesser realisiert ist.
In Fig. 21 und Fig. 22 sind die jeweils zu den Magnetanordnungen in Fig. 19 bzw. Fig. 20 passenden Statoren 73 dargestellt.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors 1 liegt darin, dass sich die Wandelemente 3 während der Expansion selbst abbremsen, wenn die vier Wandelemente 3 die Form einer Raute eingenommen haben, wodurch die Rollen 14 in der Arbeitsexzenterbahn 71 entlastet werden. Auch die Lagerung der Antriebsscheibe 16 über die Wälzlager 48 kann durch gegenüberliegende Krafteinwirkung der Rollen 14 auf die Arbeitsexzenterbahn 71 entlastet werden.
Über die Formgebung der Exzenterbahn 61, 62 lässt sich der Verbrennungsmotor 1 entweder, wie in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellt, als Zweitakt-Motor oder, wie in Fig. 23 dargestellt, als Viertakt-Motor betreiben. Im Viertaktverfahren finden bei einer vollständigen Drehung der Antriebsscheibe 16 um 360° vier Takte mit einem verbrennungsinduzierten Expansionstakt statt. Im bevorzugten Zweitakt-Verfahren finden bei einer Drehung der Antriebsscheibe 16 um 360° ebenfalls vier Takte, also zwei verbrennungsinduzierte Expansionstakte statt.
In Fig. 7 ist der Verbrennungsmotor 1 aus Fig. 6 um einen Öl- kreislauf sowie um eine Motorlagerung 19 ergänzt dargestellt. Der Ölkreislauf umfasst ein Ablaufrohr 51, einen Vorratsbehäl- ter 54, eine Ölpumpe 55, eine Ölzuleitung 56 sowie einen Wärmetauscher 59. Das Ablaufrohr 51 verbindet das Gehäuse 8 des Verbrennungsmotors 1 mit dem Wärmetauscher 59 sowie mit einem dem Wärmetauscher 59 nachgeschalteten Vorratsbehälter 54. Aus dem Vorratsbehälter 54 wird das Öl mittels der Ölpumpe 55 über die Ölzuleitung 56 wieder zurück in das Gehäuse 8 des Verbrennungsmotors 1 gefördert. Um die Schmierung des Verbrennungsmotors 1 im Bereich der Wandelemente 3 zu verbessern und um gegebenenfalls eine zusätzliche Kühlung der Wandelemente 3 zu ermöglichen, sind in dem Ölkreislauf Ölsprühdüsen 57 vorgesehen, welche über die Ölzuleitung 56 mittels der Ölpumpe 55 gespeist werden.
Die Motorlagerung 19 umfasst einen Rahmen 81 und Dämpfungselemente 84, wobei an einer Kontaktstelle zwischen dem Rahmen 81 und dem Gehäuse 8 des Verbrennungsmotors 1 oder den mit dem Gehäuse 8 verbundenen Anbauteilen 17, 18, insbesondere mit dem Gehäuse 8 verbundenen Teilen des Einlasstrakts 17 und/oder des Abgastrakts 18, die Dämpfungselemente 84 angeordnet sind, um eine mechanische Entkopplung des Verbrennungsmotors 1 und einem Kraftfahrzeug, in dem der Verbrennungsmotor 1 eingebaut ist, zu ermöglichen.
In Fig. 8 ist ein weiterer Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor 1 dargestellt. Bei weitestgehend gleichem Aufbau zu dem Verbrennungsmotor 1 in Fig. 1 wird im Nachfolgenden nur auf die Unterschiede eingegangen. Die Wandelemente 3, die Brückenelemente 4 sowie die Stößelelemente 5 weisen Führungsnuten 36 mit Ausbuchtungen 41 auf. Der Arbeitsraum 2 wird über Dichtelemente gegenüber den Endplatten 7a, 7b abgedichtet, wobei die Dichtelemente vorzugsweise als Dichtleisten 35 in den Stirnseiten der Wandelemente 3 ausgebildet sind. Die Dichtleisten 35 sind in den Führungsnuten 36 angeordnet, wobei zwischen den Dichtleisten 35, wie in Fig. 10 und Fig. 11 dargestellt, Dehnungsfugen 39 vorgesehen sind, welche einen thermischen Längenausgleich der Dichtleisten 35 ermöglichen. An den jeweiligen Dehnungsfugen 39 ist im Bereich der Ausbuchtung 41 eine Fugendichtleiste 40 vorgesehen, welche mit den Dichtleisten 35 überlappend angeordnet ist und somit ein Gasdurchtritt durch die Dehnungsfuge 39 reduzieren. Die Dichtleisten 35 sind, wie in Fig. 14 dargestellt, durch Federelemente 38 miteinander verbunden, wobei die Federelemente 38 die Dichtleisten 35 in die Führungsnuten 36 der Wandelemente 3 drücken. Die Federelemente 38 sind über Walzen 50 in Aussparungen der Dichtleisten 35 aufgenommen. Ferner sind Federn 37 vorgesehen, welche einen Verbund aus den Dichtleisten 35 und den Fugendichtleisten 40 dichtend an die Endplatten 7a, 7b drücken und darüber hinaus vom Gasdruck im Arbeitsraum 2 so an die Dichtleisten 35 bzw. Fugendichtleisten 40 gedrückt werden, dass die Dehnungsfugen 39 der Dichtleisten 35 im Wesentlichen abgedichtet sind. Ferner sind in Fig. 8 Ölsprühdüsen 57 des Ölkreislaufs dargestellt, mit welchen die dem Arbeitsraum 2 abgewandten Seiten der Wandelemente 3 gekühlt werden können. Die Ölsprühdüsen 57 sind so eingerichtet, dass sie zusätzlich auch die Endplatten 7a, 7b mit Öl besprühen können, um die Endplatten 7a, 7b zu kühlen. Zudem ist vorgesehen, dass die Schmierung der Stößelelemente 5 einschließlich der Hohlstößel 13 über die Ölsprühdüsen 57 erfolgt. Die Wandelemente 3 und die Brückenelemente 4 bzw. die Stößelelemente 5 sind über Gelenkachsen 27 der Gelenke 6 miteinander verbunden, wobei zwischen den Gelenkachsen 27 und den jeweiligen, Wand-, Brückenoder Stößelelementen 3, 4, 5 in Fig. 12 dargestellte Ringdichtungen 28 vorgesehen sind. In Fig. 9 ist ein weiterer Schnitt durch den Arbeitsraum 2 des Verbrennungsmotors 1 bei maximaler Expansion des Arbeitsraums 2 dargestellt.
Ergänzend zu der Darstellung in Fig. 2 sind die Führungsrohre 11 sowie die Kraftstoffleitung 23 und das Zündkabel 25 dargestellt. Ferner sind in Fig. 9 das Gehäuse 8 des Verbrennungsmotors 1 sowie die Gleitbolzen 9 zur Führung der Hohlstößel 13 dargestellt .
In Fig. 12 ist die Abdichtung im Bereich der Gleitbolzen 9 bzw. der Stößelelemente 5 dargestellt. Der Arbeitsraum 2 wird über Dichtelemente, welche sich an den Stirnseiten der Wandelemente 3, der Stößelelemente 5, der Brückenelemente 4 sowie von Gelenkachsen 27 der Gelenke 6 befinden, abgedichtet. Die Gelenkachsen 27 sind an ihren Stirnseiten mit verschiebbaren Ringdichtungen 28 versehen, die mit Hilfe von in Fig. 17 dargestellten Federn 29 für eine Abdichtung zu den Endplatten 7a, 7b sorgen und in Richtung zu den Gelenkachsen 27 mit ineinandergreifenden Dichtungssegmenten 30 versehen sind, die für die Abdichtung innerhalb der Gleitlager 31 sorgen. Zwischen den Gelenkachsen 27 sind Führungsnuten 36 mit Ausbuchtungen 41 ausgebildet, in welchen die Dichtleisten 35 bzw. die Fugendichtleisten 40 angeordnet sind.
In Fig. 13 ist die entsprechende Abdichtung an den Brückenelementen 4 im Bereich der Führungsrohre 11 dargestellt. Die Gelenkachsen 27 der Gelenke 6 sind ebenfalls mit verschiebbaren Ringdichtungen 28 in den Gleitlagern 31 abgedichtet, und zwischen den beiden Gelenkachsen 27 ist eine Führungsnut 36 mit einer Ausbuchtung 41 zur Aufnahme der Dichtleisten 35 sowie der Fugendichtleisten 40 und der dazugehörigen Federn 37, 38 vorgesehen . In Fig. 15 und Fig. 16 sind Detaildarstellungen einer Gelenkachse 27 mit einer Ringdichtung 28 dargestellt. Die Gelenkachsen 27 sind an ihren Stirnseiten mit verschiebbaren Ringdichtungen 28 versehen, die mit Hilfe von Federn 29 für die Abdichtung zu den Endplatten 7a, 7b sorgen. An der Ringdichtung 28 ist eine Dichtleiste 35 angeschlossen, welche alternativ auch einstückig mit der Ringdichtung 28 ausgebildet sein kann. An einem der Gelenkachse 27 zugewandten Ende der Ringdichtung 28 sowie an der Gelenkachse 27 selbst sind Dichtungssegmente 30 ausgebildet, welche eine Ausrichtung der Ringdichtung 28 zur Gelenkachse 27 erleichtern und für eine zusätzliche Abdichtung innerhalb der Gleitlager 31 sorgen. An der Ringdichtung 28 ist eine Ringdichtungsnut 34 ausgebildet. An der Gelenkachse 27 ist eine Gelenkachsennut 32 zur Aufnahme einer Achsdichtleiste 33 ausgebildet, um die Dichtwirkung im Bereich der Gelenkachse 27 zu verbessern. Die Achsdichtleiste 33 ist mit ihren Enden in den Ringdichtnuten 34 der Ringdichtung 28 aufgenommen. An der Gelenkachse 27 sind ferner, wie in Fig. 18 dargestellt, Stege 44 ausgebildet, welche zur Abstützung der Federn 29 an den Ringdichtungen 28 dienen. Somit werden zwischen den Stegen 44 und den Dichtungssegmenten 30 Spalte nach Art einer Labyrinthdichtung ausgebildet, wodurch die Dichtwirkung in diesem Bereich erhöht wird.
In Fig. 23a bis 23d ist ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors 1 dargestellt, wobei die Exzenterbahn 61 derart ausgestaltet ist, dass der Verbrennungsmotor 1 nach einem 4 -Takt-Prinzip arbeitet. In Fig. 23a ist der Verbrennungsmotor 1 in einer Ausgangslage der Antriebsscheibe 16 dargestellt. In der Ausgangslage sind die Stößelelemente 5 jeweils an ihrem dem Mittelpunkt des Arbeitsraums 2 zugewandten Totpunkt. In Fig. 23b ist eine Drehung der Antriebsscheibe 16 um 45° im Uhrzeigersinn in Bezug auf die Ausgangslage dargestellt. Dabei erreicht der Arbeitsraum 2 seine maximale Expansion. Durch eine in Fig. 23c dargestellte weitere Drehung um 45° im Uhrzeigersinn, also um 90° in Bezug auf die Ausgangslage, erreicht das Stößelelement 5 seinen vom
Mittelpunkt entfernten Totpunkt, wobei der Arbeitsraum 2 wieder auf ein minimales Volumen komprimiert wird. In Fig. 23d ist schließlich eine weitere Drehung der Antriebsscheibe 16 um 45° im Uhrzeigersinn dargestellt, wobei der Arbeitsraum 2 in dieser Lage wieder sein maximales Volumen erreicht .

Claims

Ansprüche :
1. Verbrennungsmotor (1) mit
- einem Gehäuse (8)
- einem Arbeitsraum (2) , wobei
- der Arbeitsraum (2) stirnseitig jeweils durch eine Endplatte (7a, 7b) begrenzt ist, wobei
- der Arbeitsraum (2) in axialer Richtung jeweils durch zwischen den Endplatten (7a, 7b) beweglich angeordnete Wandelemente (3) begrenzt ist, wobei
- die Wandelemente (3) gelenkig miteinander verbunden sind, wobei
- ein Arbeitsmedium in dem Arbeitsraum (2) des Verbrennungsmotors (1) durch eine Faltbewegung der Wandelemente (3) verdichtbar ist, und wobei
- dem Arbeitsraum (2) jeweils mindestens ein Einlassventil (20) zur Versorgung des Arbeitsraums (2) mit Frischluft und mindestens ein Auslassventil (21) zur Abfuhr der Verbrennungsgase aus dem Arbeitsraum (2) zugeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
- das Einlassventil (20) oder die Einlassventile (20a, 20b) in der ersten Endplatte (7a) angeordnet ist/sind und das Auslassventil (21) oder die Auslassventile in der gegenüberliegenden Endplatte (7b) angeordnet ist/ sind .
2. Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Arbeitsraum (2) ein Gemischbildungs- rohr (53) angeordnet ist.
3. Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Arbeitsraum (2) eine Einspritz- düse (22) zum Einbringen von Kraftstoff in den Arbeitsraum (2) angeordnet ist.
4. Verbrennungsmotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zündelement (24) zur Fremdzündung des Kraftstoffes an dem Arbeitsraum (2) angeordnet ist.
5. Verbrennungsmotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Translationsmittel vorgesehen sind, welche eine Klappbewegung der Wandelemente (3) zumindest mittelbar in eine Drehbewegung einer Antriebsscheibe (16) oder einer oder mehrerer Antriebswelle (n) umsetzen .
6. Verbrennungsmotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Endplatten (7a, 7b) eine Antriebsscheibe (16) angeordnet ist.
7. Verbrennungsmotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Schmierung und/oder zur Kühlung der Wandelemente (3) ein Ölkreislauf vorgesehen ist .
8. Verbrennungsmotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an den Wandelementen (3) Dichtelemente vorgesehen sind, über welche die Wandelemente (3) den Arbeitsraum (2) gegenüber den Endplatten (7a, 7b) abdichten.
9. Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest an einer Außenfläche (83) der Antriebsscheibe (16) Magneten (72) angeordnet sind, welche mit drehfest mit dem Gehäuse (8) des Verbrennungsmotors (1) verbundenen Statoren (73) in Wirkverbindung treten können .
10. Verbrennungsmotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (8) oder mit dem Gehäuse (8) fest verbundene Anbauteile (17, 18) , insbesondere ein Einlasstrakt (17) oder ein Abgastrakt (18) des Verbrennungsmotors (1) in einer Motorlagerung (19) gelagert sind.
11. Verbrennungsmotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (8) des Verbrennungsmotors (1) teilbar, insbesondere aus zwei Gehäusehälften (8a, 8b) , ausgeführt ist.
12. Verbrennungsmotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum (2) des Verbrennungsmotors (1) mit einem Abgastrakt (18) verbunden ist, wobei im Abgastrakt (18) Mittel vorgesehen sind, um ein aus dem Arbeitsraum (2) in den Abgastrakt (18) abströmendes Abgas zu beschleunigen.
13. Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneten (72) und die Statoren (73) einem elektrischen Generator zugeordnet sind.
14. Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (20) oder die Einlassventile (20a, 20b) bei geöffnetem Auslassventil (21) oder geöffneten Auslassventilen geöffnet wird bzw. geöffnet werden. Verwendung eines Verbrennungsmotors (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 als Range -Extender für ein Kraftfahrzeug mit Elektroantrieb, als Generator, insbesondere als Stromaggregat, als Blockheizkraftwerk, als Antriebsmotor für ein Boot .
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