WO2017194057A1 - Verbrennungsmotor mit einem um seine achse drehbaren rotor - Google Patents

Verbrennungsmotor mit einem um seine achse drehbaren rotor Download PDF

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WO2017194057A1
WO2017194057A1 PCT/DE2017/100400 DE2017100400W WO2017194057A1 WO 2017194057 A1 WO2017194057 A1 WO 2017194057A1 DE 2017100400 W DE2017100400 W DE 2017100400W WO 2017194057 A1 WO2017194057 A1 WO 2017194057A1
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rotor
working
separator
working gas
rotation
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PCT/DE2017/100400
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Inventor
Reinhard Diem
Philipp Diem
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Reinhard Diem
Philipp Diem
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/30—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F01C1/34—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members
    • F01C1/356—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the outer member
    • F01C1/3566—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the outer member the inner and outer member being in contact along more than one line or surface
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    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/08—Rotary pistons
    • F01C21/0809—Construction of vanes or vane holders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/08—Rotary pistons
    • F01C21/0809—Construction of vanes or vane holders
    • F01C21/0881—Construction of vanes or vane holders the vanes consisting of two or more parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/18—Arrangements for admission or discharge of the working fluid, e.g. constructional features of the inlet or outlet

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine having a housing and a rotor arranged in the housing, wherein the rotor is rotatable about an axis of rotation and has at least one recess on its circumference, which extends over a limited peripheral portion, at both ends of the rotor on an inner wall the housing and which includes a working space between the rotor and the inner wall of the housing, wherein the housing is formed with a circular and concentric to the rotor inner cross-section and having an inlet and an outlet for a working gas.
  • the housing has a first inwardly and outwardly movable separator, which is arranged between the inlet and the outlet, wherein the first separator rests on the circumference of the rotor and the at least one working space divides when the at least one working space in the region first disconnector is located.
  • the housing has a further inwardly and outwardly movable second separator, which rests on the circumference of the rotor, the at least one working space divides when the at least one working space is in the region of the second separator, and which is arranged such that it is located in the area of the at least one working space when the at least one working space communicates neither with the inlet nor with the outlet.
  • the housing has a working gas storage, in which the rotor working gas from the at least one Displaced working space when a subspace of the at least one working space in the direction of rotation of the rotor before the second separator decreases with rotating rotor, and from the working gas flows in the direction of rotation of the rotor behind the second separator back into the at least one working space.
  • the working gas burns in the at least one working space in the direction of rotation of the rotor behind the second separator, wherein the at least one working space is separated from the working gas storage during combustion.
  • the working gas storage on a gas control, wherein the second separator comprises at least two valves for controlling gas control, and include slide of the two slide valves the working gas storage.
  • a generic internal combustion engine is known from published patent application WO 2012/130226 A2. This discloses an internal combustion engine with a rotor which is rotatable about a rotation axis.
  • the rotor preferably has three working spaces, which are divided by trained as a slide separator at three points of a housing in subspaces. After the inlet, a working gas in front of two sliders of a separator, which abut each other compressed, displaced in a working gas storage between the two sliders, from which the working gas after further rotation of the rotor flows back into the working space, where it is burned and drives the rotor.
  • the duration of the filling process of the corresponding subspace is considered to be hindering especially at high speeds.
  • the opening, filling and closing of the working gas reservoir takes so much time that the boost pressure for the combusting subspace of the working space is reduced.
  • the present invention seeks to propose a way that causes a more effective filling and emptying of the working gas storage and thus leads to improved efficiency of the internal combustion engine.
  • This object is achieved by an internal combustion engine having the features of the independent claim 1. Further preferred embodiments of the invention can be found in the dependent claims.
  • the internal combustion engine with a housing and a rotor disposed in the housing, which is rotatable about a rotation axis, an inwardly and outwardly movable second separator having at least two slide valves, each with a slider for gas control, wherein the slide the two slide valves include the working gas storage together with a third slide.
  • the third slide is displaceably guided between and along the other two slides and designed as a gas shifter for stored in the working gas storage working gas. It is arranged displaceably between the two slides of the two slide valves in relation to the working gas reservoir in such a way that it determines the volume of the working gas reservoir.
  • the third slide when inserted into the working gas storage there located working gas displaced from the working gas storage and when running from the working gas storage allows the flow of working gas into the working gas storage.
  • the third slide is in the working gas storage this preferably completely raumausberichtd displaced, so that the capacity working gas storage can be reduced to zero.
  • the third slide in its cross-sectional shape is preferably completely adapted to the geometry of the working gas reservoir. so the working gas storage is completely emptied.
  • These three slides of the second separator are controlled by the rotation of the rotor and / or the rotation of the shaft to which the rotor is connected. This can be mechanical or derived from the rotor or electronically.
  • the sliders are desmodromic, ie out forcibly controlled. By radial lowering / lifting of the three Scheiber relative to the working space of the working gas reservoir is filled in his working direction rotating rotor and emptied.
  • the internal combustion engine according to the invention has a rotor and a housing with a circular inner cross-section concentric with the rotor, an imaginary axis of the circular inner cross-section being an axis of rotation of the rotor.
  • the housing has a cylindrical inner circumference.
  • Conceivable are other, for example, spherical or hollow inner walls of the housing or a hollow cone or two or more hollow cones with opposite cone angles.
  • the circular inner cross-section of the housing of the internal combustion engine according to the invention allows a bearing of the rotor inside the housing with a rotating only about the axis of rotation rotor without this must also move radially in an orbit or otherwise.
  • a rotation of the rotor relative to the housing it may also rotate the rotor and the housing rotatably or even both the rotor and the housing, but with different speeds and / or in different directions rotate.
  • a rotation of the rotor it is meant a rotation of the rotor relative to the housing and in an intended direction of rotation.
  • the rotor of the internal combustion engine according to the invention has at least one recess on its circumference, which extends over a limited circumferential section. Viewed in the circumferential direction of the rotor is located at both ends of the recess on the inner wall of the housing, the system in principle, for example, with sealing strips, as they are known in the Wankel engine can take place. At least one working space is formed by the at least one recess on the circumference of the rotor, which is bounded on the outside by the inner wall of the housing and on the inside by the rotor or a base of the recess of the rotor. Laterally, the recess may be limited for example by end walls of the housing of the internal combustion engine or side walls of the recess of the rotor.
  • a working gas successively performs the known from a four-stroke internal combustion engine power strokes inlet, compression, combustion and expansion and exhaust, wherein combustion and expansion are regarded as a power stroke.
  • the four acts are assigned as in a Wankel engine four peripheral portions of the housing.
  • the inlet may be a suction or an influx of a compressed gas from a compressor, turbocharger or the like.
  • the combustion can be initiated by auto-ignition or spark ignition as known from internal combustion engines.
  • the working gas may already be a combustible gas or gas mixture at the inlet, wherein the gas mixture may also be a mixture of one or more gases and one or more liquids and one or more solids.
  • the working gas may also be non-combustible and a combustible material (fuel) are supplied only before or during combustion, as is known for example from the diesel engine.
  • the housing of the internal combustion engine according to the invention has an inlet and an outlet for the working gas, which are circumferentially offset from each other and preferably adjacent, i. in the circumferential direction have little distance from each other to have the largest possible part of the circumference for the power strokes available.
  • the internal combustion engine has two separators, a first of which is arranged between the inlet and the outlet. Another second disconnector is arranged between the first disconnector and an ignition or spark plug in the direction of rotation of the rotor in front of the glow plug or spark plug.
  • the two separators are movable inwardly and outwardly and divide the at least one working space into two subspaces when the at least one working space is located in the area of the respective divider. In the direction of rotation of the rotor is the one part of the working space in front of the separator and the other behind the separator.
  • the separators are in particular slides, which are guided in the housing, for example, pivotally and / or displaceably movable inwardly and outwardly on a straight or a non-straight path, wherein the direction of movement may be radial, but need not be.
  • the separators are urged inwardly against the rotor by spring loading so that they move inwardly as a working space enters their area upon rotation of the rotor.
  • the separator moves back outward.
  • the further second separator is offset in the circumferential direction and arranged so that the at least one working space communicates with neither the inlet nor with the outlet when the other separator located in the area of at least one working space. Between the other separator and the one separator, combustion and expansion of the working gas take place. Between the first separator and the second separator inlet and compression of the working gas.
  • the internal combustion engine according to the invention has a working gas storage, in which the working gas passes between the compression and the combustion.
  • the rotor displaces the working gas from the subspace of the working space, which is the direction of rotation of the rotor before the other second separator and whose volume is reduced by the rotation of the rotor, in the working gas storage.
  • the working gas is preferably, but not necessarily, further compressed.
  • the working gas flows back into the working space, preferably in the same working space from which it has been previously displaced in the working gas storage, but in the subspace of the working space, which is located behind the second separator in the direction of rotation and its volume by the rotation of the rotor increases. After flowing from the working gas storage in the working space, the working gas is burned in the working space.
  • the pressure generated by the combustion of the working gas drives the rotor in rotation, it acts in the circumferential direction between the other separator and a front in the direction of rotation of the rotor end of the at least one working space, whereby the combustion pressure of the working gas causes a torque to the rotor.
  • the internal combustion engine according to the invention has the advantage that it has no reciprocating masses.
  • the movement of the rotor is exclusively a rotation without imbalance provided the rotor has no such.
  • the exclusive rotation of the rotor allows the cross-sectionally circular, in particular hollow cylindrical inner cross section of the housing, whereby the housing is simple and thus inexpensive to produce.
  • Another advantage of the invention is a relatively uniform rotation of the rotor.
  • One Another advantage is the simple mechanism of the internal combustion engine according to the invention with the rotatable rotor and the two separators, ie the first and the second separator, as moving parts, the invention does not exclude additional moving parts, such as a third inwardly and outwardly movable separator ,
  • Another advantage of the internal combustion engine according to the invention is a linear enlargement of the volume of the subspace of the working space in the direction of rotation of the rotor behind the other second separator, in which the combustion takes place.
  • the linear volume increase appears favorable for a uniformly spreading flame front or a uniform volume increase of the working gas due to the combustion.
  • the linear volume increase of the subspace of the working space in which the combustion takes place should contribute to a good efficiency of the internal combustion engine.
  • An additional advantage of the internal combustion engine according to the invention is a large lever arm, with which the pressure of the combustion working gas acts on the rotor, namely in its outer region.
  • the separators of the internal combustion engine can be replaced without disassembling the engine from the outside.
  • Conceivable is a hydrodynamic bearing of the rotor in the housing.
  • the internal combustion engine according to the invention is provided in particular for hydrogen or a mixture of natural gas and hydrogen as fuel, which flows either mixed with air and / or oxygen as working gas through the inlet or in the direction of rotation of the rotor only after the second separator, ie for combustion, in the at least one working space or flows into the working gas storage, for example, is injected.
  • the internal combustion engine has a gas control for the displacement of the working gas from the at least one working space in the working gas storage and / or from the working gas storage in the at least one working space.
  • the gas control may include one or more valves whose movement is, for example, mechanically derived from or from the rotor or electronically is controlled. The list is not exhaustive.
  • the second separator on at least two slide valves.
  • slides of the slide valves for example, spring-loaded inwardly pressed against the rotor and mechanically moved during the rotation of the rotor and thereby controlled.
  • the slides of the two slide valves include the working gas reservoir.
  • at least one of the two slides has a recess which is covered by the other slide and forms the working gas reservoir.
  • the recess is preferably elongated and preferably extends in the longitudinal direction in at least one of the slides of the two slide valves, the working gas storage.
  • the third slide closes together with the other two slides of the second separator the working gas storage.
  • the third slide is slidably guided along the other two slides and inserted into the at least one working gas storage recess of the two slides of the slide valves of the second separator. It is preferably adapted to the cross-sectional shape of the elongated recess and acts as a gas shifter for the working gas stored in the working gas storage. It is in particular longitudinally displaceable back and forth between the two slides of the two slide valves in the recess forming the working gas reservoir.
  • the filling of the working gas reservoir takes place as follows. First, a raised position of the rotor moves to the second separator with the gas control, in which the three sliders provided include the working gas storage.
  • the front slide of the two slide valves in the direction of rotation is lowered down to the bottom of the working space of the rotor and the slide in the direction of rotation of the two slide valves is removed from the bottom of the work space. He is withdrawn to the inner wall of the housing from the working space.
  • the third slide is also retracted relative to the other two slides, so that it does not close the recess provided in one or both slides of the slide valves as a working gas storage laterally.
  • the closure of the working gas storage takes place at the moment when the rear in the direction of rotation raised position of the rotor, which limits the rear compartment in the direction of rotation rear, reaches the slide of the front spool valve and lifts it from the bottom of the working space to the inner wall of the housing.
  • the compressed working gas is now enclosed in the working gas storage and thus stored there.
  • the two slides of the slide valves are now at the same distance from the inner wall and are not above this.
  • the rear slider in the direction of rotation is then lowered together with the third slide, which acts as a gas exhauster, to the bottom of the working space.
  • the third slide fills more and more the recess of the front slide and displaces also the working gas located there completely in the front part of the working space.
  • all three slides of the second separator touch the bottom of the working space of the rotor and form a massive partition, which opposes the now occurring combustion and its combustion pressure.
  • An embodiment of the invention provides that the first separator has a slide valve for controlling the gas inlet of the working gas in the at least one working space, wherein the slide valve is connected on one side to the inlet of the housing for the working gas and a slide of the slide valve an inlet channel for the working gas has in the at least one working space.
  • An inlet channel of the slider of the first separator opens out of the slider in the direction of a front edge in the direction of rotation of the rotor.
  • the rotor of the internal combustion engine according to the invention has three identically shaped and uniformly distributed over the circumference arranged recesses, which include three working chambers between the rotor and the inner wall of the housing.
  • An embodiment of the invention provides that the base of the at least one recess in a peripheral portion extends in a circular arc and concentric with the axis of rotation of the rotor.
  • the bottom of the at least one recess of the rotor rises outwardly to the inner wall of the housing.
  • its base rises steeply outward as far as the inner wall of the housing or, viewed inversely, slopes steeply from the inner wall to the arcuate section of the base.
  • This section of the bottom of the recess which extends from the inner wall of the housing to the circular arc-shaped portion of the bottom of the recess, is hereinafter also referred to as the front edge of the recess.
  • the steepness of the flank of the recess is limited by a maximum speed at which the two separators of the front, in the direction of rotation of the rotor from the inner wall of the housing inwardly to the arcuate portion of the bottom of the recess falling edge of the recess can follow.
  • its base At the rear end of the recess in the direction of rotation, its base preferably rises more flatly up to the inner wall of the housing, in order to keep the acceleration of the separators provided low.
  • the rotor has at least two recesses on its circumference, which are offset in the circumferential direction to each other and include at least two working spaces between the rotor and the inner wall of the housing.
  • the work spaces adjoin one another in the circumferential direction and are separated from each other only by a point at which the rotor rests against the inner wall of the housing between the work spaces. That also applies to a rotor with more than two recesses and more than two working spaces.
  • An additional, outwardly and inwardly movable third separator is arranged in the direction of rotation of the rotor behind the one first and before the other second separator.
  • the third separator divides a working space, which is located in its area, into two subspaces.
  • a working space in the direction of rotation of the rotor behind the first and before the second separator is a working space in the direction of rotation of the rotor behind the first and before the second separator.
  • the further second separator is located in the peripheral section in which the working gas is compressed.
  • An overflow line connects a working space, which connects in the region of the additional third separator, with a working space, which is located in the direction of rotation of the rotor behind the additional and before or in the region of the other second separator.
  • the overflow connects the subspace of a working space, which is in the direction of rotation of the rotor in front of the third separator, with the subspace of the other working space, which is in the direction of rotation of the rotor in front of the second separator.
  • the overflow line can be closed. If the overflow line is open, displaces the working space, which is located in the region of the additional separator, with a rotation of the rotor working gas from the subspace, which is in the direction of rotation of the rotor in front of the additional third separator, in the working space, located in the another second separator is located, in its subspace, which is in the direction of rotation in front of the second separator.
  • the internal combustion engine has in this embodiment of the invention an additional inlet for the working gas in the direction of rotation of the rotor behind the additional separator, through which the working gas flows in the direction of rotation of the rotor behind the additional third separator in the working space. If only a small compression is desired, the overflow is closed and it compresses only the working space in the direction of rotation of the rotor behind the third separator and before the second separator. The working space in front of the additional third separator is vented so that it does not build up any pressure that would slow the rotor.
  • a further embodiment of the invention provides that the third separator has a slide valve for controlling the gas inlet of the working gas in the at least two working spaces, wherein the slide valve is connected on one side with a further second inlet of the housing for the working gas and a slide of the slide valve another Having inlet channel for the working gas in the at least one working space.
  • An inlet channel of the slide of the third separator opens out of the slide in the direction of a front edge in the direction of rotation of the rotor.
  • An embodiment of the invention provides for cooling the working gas in the direction of rotation of the rotor behind the first and before the other second separator.
  • the inner wall of the housing is cooled in this area. In this area, the working gas is compressed and thereby heats up.
  • the cooling of the working gas is comparable to the charge air cooling of an internal combustion engine with a mechanical compressor or turbocharger with the proviso that in the internal combustion engine according to the invention, the working gas is cooled in the engine and must not be led to the outside to cool.
  • the cooling of the working gas during the compression allows a higher compression and improves the efficiency.
  • the double compression allows effective intercooling of the working gas in the overflow line, thereby reducing the thermal load on the internal combustion engine, increasing the overall compression from the inlet of the working gas to the flow into the working gas reservoir at the end the compression or until the beginning of the combustion allows. As a result, the efficiency of the internal combustion engine can be increased.
  • a further development of the invention provides an internal combustion engine with a plurality of rotors which are arranged coaxially next to one another, preferably on a common shaft, so as to be non-rotatable with one another.
  • the rotors are angularly offset from each other, which means that their working spaces are offset from each other in the circumferential direction.
  • the offset is chosen so that the work spaces are distributed as evenly as possible over the circumference, which means that the four working cycles, which can also overlap, are evenly distributed to achieve the most even running of the rotors.
  • the working gas is separate in the work spaces, the work spaces do not communicate with each other.
  • the offset of the rotors is possible, for example, by a shaft with a profile, for example a polygonal shaft, a wave profile, a splined profile or the like, and a complementary hole profile of the rotors.
  • An embodiment of the invention provides a fuel inlet, for example a fuel injection, into the working gas reservoir, into which the compressed working gas flows.
  • This embodiment of the invention extends a period of time that is available for a mixture of the working gas with the fuel until the beginning of the combustion.
  • the mixing of the working gas with the fuel is improved by turbulence of the working gas when flowing from the working gas storage in the working space in the direction of rotation of the rotor behind the other second separator where the combustion takes place.
  • An embodiment of the invention provides for a design of the internal combustion engine as a glow starter motor. This refinement is provided in particular for operation of the internal combustion engine with hydrogen or a fuel which burns with similar rapidity or as part of the fuel.
  • This embodiment of the invention simplifies the internal combustion engine because it does not require controlled ignition.
  • the spatially closed working gas storage in which working gas can be collected from one or more work spaces, has clear advantages over a conventional turbocharger, with which the working gas storage can be compared in its function.
  • the controlled working gas storage works independently of speed, requires no bypass, has no so-called turbo lag, generates a higher boost pressure at all speeds, has a simple structure. It works with engine speed, stores compressed working gas with the help of the previous ignition energy and causes by the direct compression increased internal efficiency.
  • the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing.
  • the four figures show a radial section of an internal combustion engine according to the invention with different rotational positions different rotational positions of a rotor and different working gas conditions.
  • the drawing is to be understood as a simplified, not to scale schematic representation for explanation and understanding of the invention.
  • the combustion engine 1 has a rotor 2 which is rotatable about a rotation axis 3.
  • the rotor 2 has three recesses 4 on its periphery, forming the working spaces 5.
  • the recesses 4 are uniformly distributed over the circumference, that is offset by 120 ° to each other and extend in the circumferential direction over a little less than 120 °.
  • the bottom 6 of the recesses 4 rises relatively steeply, but not radially, outwardly as far as an inner wall 8 of the recesses 4 Housing 9 of the internal combustion engine.
  • the inner wall 8 of the housing 9 is cylindrical and concentric with the axis of rotation 3 of the rotor 2.
  • the rotor 3 is located at three raised points 10, namely between its recesses 4, surface and sealing against the inner wall 8 of the housing 9, where with “sealing” not necessarily a hermetically sealed plant is meant, but rather a good compromise between a good sealing effect, which allows a good compression and combustion with low pressure losses with low frictional resistance and low wear.
  • the recesses 4 of the rotor 2 close the working spaces 5 between the rotor 2 inside and the inner wall 8 of the housing 9 outside. To the side close end walls 1 1 of the housing 9, the working spaces. 5
  • five slides 12, 13, 14, 38, 31 are guided radially displaceable, wherein at least the slides 12, 13, 14, 31 of optional spring elements 15, 16, 17, 32 inwardly against the rotor 2 and the reason 6 of his work spaces 5 forming recesses 4 are acted upon.
  • the five slides 12, 13, 14, 38, 31 form three separators 18, 19, 27, which are the working spaces 5, if they are in the area of the slides 12, 13, 14, 38, 31 or at least the slides 12, 13 , 14, 31 are located in the work spaces 5, divide into two subspaces, one of which is in the direction of rotation P of the rotor 2 in front and the other behind the separator 18, 19, 27.
  • the separators 18, 19, 27 are offset in the circumferential direction by about 120 ° to each other.
  • a first separator 18 of the three separators 18, 19, 27 is located between an inlet 20 and an outlet 21, wherein in the direction of rotation P of the rotor 2, the inlet 20 via the first separator 18 indirectly and the outlet 21st immediately before the first separator 18 open directly into the respective working space 5.
  • the first separator 18 has a slide valve for controlling the gas inlet of the working gas in the at least one working chamber 5, which is connected to the inlet 20, wherein a slide 12 of the slide valve at its periphery an inlet channel 39 for the working gas in the at least one working space. 5 having.
  • the inlet channel 39 is arranged on the outside of the slider 12 such that a connection from the inlet 20 to the working chamber 5 only exists when the slider 12 moves inwards, in particular against the base 6 of the recess 4 forming the working space 5.
  • the inlet channel 39 opens out of the slider 12 in the direction of a front edge 35 in the direction of rotation of the rotor 2.
  • the spring-loaded slide 12, 13, 14, 31 sealingly abut against a circumference of the rotor 2 and the bottom 6 of the recesses 4.
  • the seal is not necessarily hermetically sealed but as it has been described at the points 10 at which the rotor 2 between the recesses 4 on the inner wall 8 of the housing 9.
  • the two further slides 13, 14 abut each other at least on the outer periphery and together with the additional third Scheiber 38 form a further second separator 19, which is arranged offset by about 240 ° in the direction of rotation P of the rotor 2 to the first separator 18.
  • the two further slides 13, 14 recesses, which form a working gas reservoir 22 which is axially bounded on the rotor 2 side facing away from the third slide 38.
  • With the third slide 38 can be controlled in the working gas storage trapped working gas completely displaced from the working gas storage 22 into the working space 5.
  • Mutually facing inner edges of the two further slides 13, 14 are interrupted by oblique grooves 23 which do not break through the entire inner face of the slide 13, 14.
  • the internal combustion engine 1 In the direction of rotation P of the rotor 2, the internal combustion engine 1 shortly after the other second separator 19, a glow plug 24 to a self-ignition. It is also possible auto-ignition, as is known from diesel engines, or a spark ignition with a spark plug, as it is known from Otto and Wankel engines.
  • the fifth slide 31 is referred to here as an additional slide 31, it forms an additional third separator 27.
  • an overflow line 28 which opens in the direction of rotation P of the rotor 2 a piece in front of the other sliders 13, 14, 38 in a working space 5.
  • the overflow line 28 advantageously extends entirely in the housing 9 in the exemplary embodiment shown. However, this is not absolutely the case.
  • the overflow line 28 can be closed with a changeover valve 33, which is arranged near an orifice of the overflow line 28 in the working space 5 in front of the three further sliders 13, 14, 38. With this switching valve 33 and the working space 5 in the direction of rotation P of the rotor 2 in front of the additional slide 31 can be vented.
  • a further inlet 29 into a working space 5 is provided near the additional fifth slide 31.
  • the further inlet 29 opens in the direction of rotation P of the rotor 2 via the third separator 27 indirectly in a working space 5.
  • the third separator 27 has a slide valve for controlling the gas inlet of the working gas in the at least one working space 5, which is connected to the inlet 29 , wherein a slide 31 of the slide valve has an inlet channel 40 for the working gas in the at least one working space 5 at its periphery.
  • the inlet channel 40 is arranged on the outside of the slider 31 such that a connection from the further inlet 29 to the working chamber 5 only exists when the slider 31 moves inwards, in particular against the base 6 of the working space 5 forming recess 4.
  • Of the Inlet duct 40 opens out of the slide 31 in the direction of a front edge 35 of the rotor 2 in the direction of rotation.
  • the working gas air is provided, as fuel, a mixture of hydrogen and natural gas in the ratio of about 1: 2.
  • An operation of the internal combustion engine 1 exclusively with hydrogen as fuel is also possible.
  • other gases such as oxygen as working gas and liquid fuels such as gasoline, diesel or kerosene, combustible gases or combustible solids, such as coal dust, as a fuel, or mixtures of such substances are possible.
  • the internal combustion engine 1 according to the invention operates on the four-stroke principle, its function and the states of the working gas in one of the working chambers 5 are described below during a rotation of the rotor 2.
  • the partial volume of the working chamber 5 in the direction of rotation P of the rotor 2 in front of the additional slide 31 is reduced by the rotation of the rotor 2, whereby the working gas is compressed in this partial volume and flows through the overflow 28 into the working space 5, which is in the direction of rotation P of Rotor 2 is located in front of the working space 5, from which the working gas flows through the overflow 28.
  • the changeover valve 33 in the overflow line 28 is open.
  • the slide valve of the third separator 27 opens, so that working gas can flow from the further inlet 29 via the inlet channel 40 of the slide 31 in the part of the working space 5 located in the direction of rotation after the separator 27.
  • the raised point 10 at the rear end of the working space 5 separates the working chamber 5 from the inlet 29, the working gas is enclosed in the working space 5.
  • the volume of the subspace of the working chamber 5 increases in the direction of rotation P of the rotor 2 behind the additional slide 31, whereby the working gas is sucked.
  • an inflow of the working gas under pressure is possible.
  • the raised portion 10 on which the rotor 2 rests against the inner wall 8 of the housing 9 and which is located in the direction of rotation P of the rotor 2 at the front end of the working space 5 the two further slides 13, 14 and the raised position 10, with which the rotor 2 rests against the inner wall 8 of the housing 9 and located on the rear in the direction of rotation P of the rotor 2
  • Working space 5 is passed over the additional slide 31, whereby this working chamber 5 is separated from the inlet 29.
  • the working gas is compressed in the working space 5.
  • the compressed working gas flows from the overflow 28, which increases the compression, almost doubled.
  • the double compression can be switched off by the changeover valve 33 is closed in the overflow 28 in the direction of the working space 5 and open to the outside to a vent opening 34.
  • the working space 5 in the direction of rotation P in front of the additional slide 31 is vented, is opened. In the direction of rotation P in front of the additional slide 31 is thereby not compressed.
  • the housing 9 has a cooling 25, which is shown in the drawing by cooling fins.
  • the cooling 25 of the housing 9 cools the working gas during compression in the working space 5 in the direction of rotation P of the rotor 2 before the third separator 27 and before the second separator 19, which allows a higher compression of the engine 1, thereby improving its efficiency and a thermal Reduced load.
  • the housing 9 likewise has a cooling system 37 shown by cooling fins.
  • fuel is injected into the working gas reservoir 22.
  • the fuel is hydrogen or a mixture of natural gas and hydrogen in the ratio of about 2: 1.
  • Other fuels can also be injected.
  • fuel can be injected in addition to or instead of the working gas reservoir 22.
  • the fuel injection into the working gas reservoir 22 and / or the working space 5 takes place in the direction of rotation P of the rotor 2 behind the sliders 13, 14, 38, when the working gas flowing through the inlets 20, 29 is air without fuel.
  • the inlets 20, 29 and working gas which already contains fuel, so a mixture of air and fuel, to flow.
  • the injection of fuel into the working gas reservoir 22 and / or into the working chamber 5 in the direction of rotation P of the rotor 2 behind the two further slides 13, 14 can be omitted. It is also conceivable, however, to inject additional fuel into the working gas storage 22 and / or the working space 5 in the direction of rotation P of the rotor 2 behind the further sliders 13, 14, 38.
  • the working gas reservoir 22 opens to the oblique groove 23. While the slide 13 in the direction of rotation is inward moved, the third slider 38 is positively driven also moved inward. The slider 38 initially displaces the working gas from that part of the working gas reservoir 22 which is formed by the rear slide 13 in the direction of rotation. The corresponding part of the working gas flows from this part of the working gas reservoir 22 in the subspace of the working space 5, which is in the direction of rotation P of the rotor 2 behind the two other sliders 13,14.
  • the slide 13 Upon further extension of the rotor 2, the slide 13, which is in the direction of rotation, then slides the two further slides 13, 14 together with the further slide 38 on the flank 35, the slide 38 projecting laterally in the direction of the slide 14 via the slide 14 , while the working gas displaced from that part of the working gas reservoir 22, which is formed by the front in the direction of rotation slide 14.
  • the flow of the working gas from the working gas accumulator 22 into the working space 5 ends when both further sliders 13,14 abut the circular arc-shaped central portion 7 of the bottom 6 of the working space 5 with their rotor 2 facing end faces, as Figure 1 shows. In this case, the working gas reservoir 22 is completely emptied by the further slide 38.
  • the two further slides 13, 14 thus form with the further slide 38, a gas control, the flow of the working gas from the in the rotation of the rotor 2 before the two other sliders 13, 14 decreasing working space 5 in the working gas reservoir 22 and then out of the Working gas storage 22 in which behind the two other sliders 13, 14 in the rotation of the rotor 2 again magnifying working space 5 controls.
  • the working gas ignites when the two other slides 13, 14 have closed the working gas reservoir 22 and the raised portion 10 of the rotor 2, with the rotor 2 sealingly abuts the inner wall 8 of the housing 9, the glow plug 24 has passed (shortly after It can also fire in the manner of a diesel engine without glow plug itself or be ignited with a spark plug instead of the glow plug 24.
  • Auto-ignition has the advantage that it does not require ignition control.
  • the combustion of the working gas causes a pressure increase, which acts on the front edge 35 of the bottom 7 of the working space 5 and causes a torque on the rotor 2, which drives this to its rotation.
  • the working gas expands in the increasing by the rotation of the rotor 2 subspace of the working space 5 in the direction of rotation P of the rotor. 2 behind the further sliders 13, 14, 38 to the raised point 10, at which the rotor 2 rests against the inside in the direction of rotation P of the rotor 2 end of the working chamber 5 on the inner wall 8 of the housing 9, the outlet 21 has run over, so that the working space 5 is connected to the outlet 21 and the working gas flows out. The cycle then starts again.
  • the described four-stroke cycle of the working gas takes place constantly in all three work spaces 5, so that the rotor 2 is almost constantly driven to short interruptions, which causes a relatively smooth running of the rotor 2.
  • the movement of the four slides 12, 13, 14, 31 is determined by the contour of the rotor 2, that is, the shape of the bottom 6 of the recesses 4, which form the working spaces 5, and the points 10 between the working spaces 5, at which the rotor 2 rests against the inner wall 8 of the housing 9, controlled.
  • the movement of the further slider 38 is coupled to the movement of the slides 13, 14.
  • the rotor 2 forms, as it were, a cam which mechanically controls the movement of the slides 12, 13, 14, 31. From this, the movement of the third slider 38 of the second separator 19 is derived.
  • the two other slides 13, 14, which together with the slider 38 form the further separator 19, at the same time also form slide valves for the gas control in and out of the working gas reservoir 22 in the manner described.
  • De rotor 2 is rotatably received on a shaft 26 by positive engagement.
  • the shaft 26 has a splined profile and the rotor 2 has a hole with a congruent counter profile.
  • the multi-tooth profile of the shaft 26 and the hole of the rotor 2 are chosen so that more rotors 2 can be placed on the shaft 26 with an angular offset of, for example, 30 °.
  • the internal combustion engine 1 can thereby have a plurality of rotors 2 coaxial next to each other, which are separated by radial partitions.
  • the angular offset of the rotors 2 is chosen so that the working chambers 5 of the rotors 2 are offset uniformly in the circumferential direction to each other.

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Abstract

Verbrennungsmotor (1) mit einem Rotor (2), der um eine Drehachse (3) drehbar ist. Der Rotor (2) weist drei Arbeitsräume (5) auf, die durch Schieber (12, 13, 14, 31) an drei Stellen eines Gehäuses (9) in Teilräume unterteilt sind. Nach Einlass wird ein Arbeitsgas vor zwei Schiebern (13, 14) die aneinander anliegen, verdichtet, in einen Arbeitsgasspeicher (22) zwischen den beiden Schiebern (13, 14) verdrängt, aus dem das Arbeitsgas nach Weiterdrehung des Rotors (2) wieder in den Arbeitsraum (5) strömt, wo es verbrannt wird und den Rotor (2) antreibt. Erfindungsgemäß ist ein Arbeitsgasspeicher vorgesehen, der mittels eines Scheibers vollständig entleerbar ist.

Description

Verbrennungsmotor mit einem um seine Achse drehbaren Rotor
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einem Gehäuse und einem in dem Gehäuse angeordneten Rotor, wobei der Rotor um eine Drehachse drehbar ist und mindestens eine Ausnehmung an seinem Umfang aufweist, die sich über einen begrenzten Umfangsabschnitt erstreckt, an deren beiden Enden der Rotor an einer Innenwandung des Gehäuses anliegt und die einen Arbeitsraum zwischen dem Rotor und der Innenwandung des Gehäuses einschließt, wobei das Gehäuse mit kreisförmigem und zum Rotor konzentrischem Innenquerschnitt ausgebildet ist und einen Einlass und einen Auslass für ein Arbeitsgas aufweist. Dabei weist das Gehäuse einen ersten nach innen und nach außen beweglichen Trenner auf, der zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnet ist, wobei der erste Trenner am Umfang des Rotors anliegt und den mindestens einen Arbeitsraum teilt, wenn sich der mindestens eine Arbeitsraum im Bereich des ersten Trenners befindet. Zudem weist dabei das Gehäuse einen weiteren nach innen und nach außen beweglichen zweiten Trenner auf, der am Umfang des Rotors anliegt, den mindestens einen Arbeitsraum teilt, wenn sich der mindestens eine Arbeitsraum im Bereich des zweiten Trenners befindet, und der derart angeordnet ist, dass er sich im Bereich des mindestens einen Arbeitsraums befindet, wenn der mindestens eine Arbeitsraum weder mit dem Einlass noch mit dem Auslass kommuniziert. Außerdem weist das Gehäuse dabei einen Arbeitsgasspeicher auf, in den der Rotor Arbeitsgas aus dem mindestens einen Arbeitsraum verdrängt, wenn sich ein Teilraum des mindestens einen Arbeitsraums in Drehrichtung des Rotors vor dem zweiten Trenner bei drehendem Rotor verkleinert, und aus dem das Arbeitsgas in Drehrichtung des Rotors hinter dem zweiten Trenner wieder in den mindestens einen Arbeitsraum strömt. Bei dem Verbrennungsmotor verbrennt das Arbeitsgas in dem mindestens einen Arbeitsraum in Drehrichtung des Rotors hinter dem zweiten Trenner, wobei der mindestens eine Arbeitsraum während der Verbrennung von dem Arbeitsgasspeicher getrennt ist. Dazu weist der Arbeitsgasspeicher eine Gassteuerung auf, bei der der zweite Trenner mindestens zwei Schieberventile zur Gassteuerung umfasst, und Schieber der beiden Schieberventile den Arbeitsgasspeicher einschließen.
Ein gattungsgemäßer Verbrennungsmotor ist aus der Offenlegungsschrift WO 2012/130226 A2 bekannt. Diese offenbart einen Verbrennungsmotor mit einem Rotor, der um eine Drehachse drehbar ist. Der Rotor weist vorzugsweise drei Arbeitsräume auf, die durch als Schieber ausgebildete Trenner an drei Stellen eines Gehäuses in Teilräume unterteilt sind. Nach dem Einlass wird ein Arbeitsgas vor zwei Schiebern eines Trenners, die aneinander anliegen, verdichtet, in einen Arbeitsgasspeicher zwischen den beiden Schiebern verdrängt, aus dem das Arbeitsgas nach Weiterdrehung des Rotors wieder in den Arbeitsraum strömt, wo es verbrannt wird und den Rotor antreibt.
Beim diesem bekannten Verbrennungsmotor bilden Ausnehmungen des Rotors die Arbeitsräume, wobei diese von einem Grund der Ausnehmungen, sym- metrisch an dem Rotor angeordnete nockenanartig erhabenen Stellen, einer Innenwandung des Gehäuses an der die erhabenen Stellen in Anlage sind, und von den Trennern bzw. Schiebern des Gehäuses gebildet sind. Dabei liefern zwei dieser drei Arbeitsräume verdichtetes Arbeitsgas, während im dritten Arbeitsraum die Verbrennung stattfindet. Als nachteilig wird dabei angesehen, dass die Übergabe des Arbeitsgases in den zur Verbrennung genutzten Teilraum des Arbeitsraumes, der in Drehrichtung des Rotors hinter dem zweiten Trenner angeordnet ist, stark verlustbehaftet ist. Dies ist im Wesentlichen durch die Entfernung des Arbeitsgasspeichers von diesem Teilraum und durch die für die Gassteuerung verwendeten Schieberventile bedingt. Je näher der Arbeitsgasspeicher jeweils an dem zur Verbrennung des Arbeitsgases vorgesehenen Teilraum des Arbeitsraumes sitzt, desto kürzer und effektiver wird die nachteilige Zuführleitung. Außerdem wird die Dauer des Befüllungsvorganges des entsprechenden Teilraumes insbesondere bei hohen Drehzahlen als hindernd angesehen. Das Öffnen, Füllen und Schließen des Arbeitsgasspeichers nimmt dabei so viel Zeit in Anspruch, dass der Ladedruck für den verbrennenden Teilraum des Arbeitsraumes reduziert ist.
Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit vorzuschlagen, die eine effektivere Befüllung und Entleerung des Arbeitsgasspeichers bewirkt und damit zu einen verbesserten Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors führt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den rückbezogenen Ansprüchen zu entnehmen.
Danach weist der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor, mit einem Gehäuse und einem in dem Gehäuse angeordneten Rotor, der um eine Drehachse drehbar ist, einen nach innen und nach außen beweglichen zweiten Trenner auf, der mindestens zwei Schieberventile mit je einem Schieber zur Gassteuerung aufweist, wobei die Schieber der beiden Schieberventile den Arbeitsgasspeicher zusammen mit einem dritten Schieber einschließen. Dabei ist der dritte Schieber zwischen und entlang den beiden anderen Schiebern verschiebbar geführt und als Gasausschieber für in dem Arbeitsgasspeicher gespeichertes Arbeitsgas ausgebildet. Er ist zwischen den beiden Schiebern der zwei Schieberventile gegenüber dem Arbeitsgasspeicher derart verschiebbar angeordnet, dass er das Volumen des Arbeitsgasspeichers bestimmt. Er kann dieses Volumen zwischen einem maximalen und einem minimalen Fassungsvermögen ändern, wobei der dritte Schieber beim Einführen in den Arbeitsgasspeicher dort befindliches Arbeitsgas aus dem Arbeitsgasspeicher verdrängt und beim Ausführen aus dem Arbeitsgasspeicher das Einströmen von Arbeitsgas in den Arbeitsgasspeicher zulässt. Der dritte Schieber ist in den Arbeitsgasspeicher diesen vorzugsweise vollständig raumausfüllend verschiebbar, sodass das Fassungsvermögen Arbeitsgasspeichers bis auf null reduzierbar ist. Dabei ist der dritte Schieber in seiner Querschnittsform vorzugsweise vollkommen an die Geometrie des Arbeitsgasspeichers angepasst. so der Arbeitsgasspeicher komplett entleerbar ist. Diese drei Schieber des zweiten Trenners werden über die Drehung des Rotors und/oder die Drehung der Welle gesteuert, mit der der Rotor verbunden ist. Dies kann mechanisch vom Rotor oder von ihm abgeleitet oder elektronisch erfolgen. Vorzugsweise werden die Schieber desmodromisch, d.h. zwangsgesteuert geführt. Durch radiales Absenken/Anheben der drei Scheiber gegenüber dem Arbeitsraum wird der Arbeitsgasspeicher bei sich in Arbeitsrichtung drehenden Rotor gefüllt und entleert.
Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor weist entsprechend dem aus der WO 2012/130226 A1 bekannten Stand der Technik einen Rotor und ein Gehäuse mit einem kreisförmigen und zum Rotor konzentrischen Innenquerschnitt auf, wobei eine gedachte Achse des kreisförmigen Innenquerschnitts eine Drehachse des Rotors ist. Insbesondere weist das Gehäuse einen zylindrischen Innenumfang auf. Denkbar sind allerdings auch andere, beispielsweise ballige oder hohlrunde Innenwandungen des Gehäuses oder auch ein Hohlkonus oder zwei oder mehr Hohlkonen mit entgegengesetzten Konuswinkeln. Der kreisförmige Innenquerschnitt des Gehäuses des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors ermöglicht eine Anlage des Rotors innen am Gehäuse mit einem ausschließlich um die Drehachse drehenden Rotor ohne dass dieser sich zusätzlich auf einer Umlaufbahn oder in sonstiger Weise radial bewegen muss. Grundsätzlich geht es um eine Drehung des Rotors relativ zum Gehäuse, es kann sich auch der Rotor drehen und das Gehäuse drehfest sein oder auch sich sowohl der Rotor als auch das Gehäuse, allerdings mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und/oder in verschiedenen Richtungen, drehen. Wenn nach- folgend von einer Drehung des Rotors die Rede ist, ist eine Drehung des Rotors relativ zum Gehäuse und in einer vorgesehenen Drehrichtung gemeint.
Der Rotor des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors weist mindestens eine Ausnehmung an seinem Umfang auf, die sich über einen begrenzten Umfangs- abschnitt erstreckt. In Umfangsrichtung gesehen liegt der Rotor an beiden Enden der Ausnehmung an der Innenwandung des Gehäuses an, wobei die Anlage grundsätzlich beispielsweise auch mit Dichtleisten, wie sie beim Wankelmotor bekannt sind, erfolgen kann. Durch die mindestens eine Ausnehmung am Umfang des Rotors ist mindestens ein Arbeitsraum gebildet, der außen von der Innenwandung des Gehäuses und innen vom Rotor bzw. einem Grund der Ausnehmung des Rotors begrenzt ist. Seitlich kann die Ausnehmung beispielsweise durch Stirnwände des Gehäuses des Verbrennungsmotors oder Seitenwände der Ausnehmung des Rotors begrenzt sein.
Bei einer Drehung des Rotors in der vorgesehenen Drehrichtung läuft der durch die Ausnehmung des Rotors gebildete Arbeitsraum um. Dabei vollführt ein Arbeitsgas nacheinander die von einem Viertakt-Verbrennungsmotor bekannten Arbeitstakte Einlass, Verdichtung, Verbrennung und Expansion und Auslass durch, wobei Verbrennung und Expansion als ein Arbeitstakt angesehen werden. Die vier Arbeitsakte sind wie bei einem Wankelmotor vier Umfangsabschnitten des Gehäuses zugeordnet. Der Einlass kann ein Ansaugen oder auch ein Einströmen eines von einem Kompressor, Turbolader oder dgl. komprimierten Gases sein. Die Verbrennung kann durch Selbstzündung oder Fremdzündung eingeleitet werden wie es von Verbrennungsmotoren bekannt ist. Das Arbeitsgas kann bereits beim Einlass ein brennbares Gas oder Gasgemisch sein, wobei das Gasgemisch auch eine Mischung aus einem oder mehreren Gasen und einer oder mehreren Flüssigkeiten und einem oder mehreren Feststoffen sein kann. Das Arbeitsgas kann auch nicht brennbar sein und ein brennbarer Stoff (Kraftstoff) erst vor oder bei der Verbrennung zugeführt werden, wie es beispielsweise vom Dieselmotor bekannt ist.
Das Gehäuse des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors weist einen Einlass und einen Auslass für das Arbeitsgas auf, die in Umfangsrichtung versetzt zueinander und vorzugsweise benachbart sind, d.h. in Umfangsrichtung wenig Abstand voneinander haben, um einen möglichst großen Teil des Umfangs für die Arbeitstakte zur Verfügung zu haben.
Des Weiteren weist der Verbrennungsmotor zwei Trenner auf, von denen ein erster zwischen dem Einlass und dem Auslass angeordnet ist. Ein weiterer zweiter Trenner ist zwischen dem ersten Trenner und einer Glüh- oder Zündkerze in Drehrichtung des Rotors vor der Glüh- oder Zündkerze angeordnet. Die beiden Trenner sind nach innen und nach außen beweglich und teilen den mindestens einen Arbeitsraum in zwei Teilräume, wenn sich der mindestens eine Arbeitsraum im Bereich des jeweiligen Trenners befindet. In Drehrichtung des Rotors befindet sich der eine Teilraum des Arbeitsraums vor dem Trenner und der andere hinter dem Trenner. Während der Drehung des Rotors verkleinert sich das Volumen des Teilraums, der sich in Drehrichtung des Rotors vor dem Trenner befindet, und das Volumen des Teilraums in Drehrichtung hinter dem Trenner vergrößert sich. Die Trenner sind insbesondere Schieber, die im Gehäuse beispielsweise schwenkbar und/oder verschieblich auf einer geraden oder einer nicht geraden Bahn nach innen und nach außen beweglich geführt sind, wobei die Bewegungsrichtung radial sein kann, nicht aber sein muss. Die Trenner werden beispielsweise federbeaufschlagt nach innen gegen den Rotor gedrückt, so dass sie sich nach innen bewegen, wenn bei der Drehung des Rotors ein Arbeitsraum in ihren Bereich gelangt. Steigt ein Grund des Arbeitsraums an dessen Ende wieder nach außen zur Innenwandung des Gehäuses an, bewegt sich der Trenner wieder nach außen. Der weitere zweite Trenner ist in Umfangsrichtung versetzt und so angeordnet, dass der mindestens eine Arbeitsraum weder mit dem Einlass noch mit dem Auslass kommuniziert, wenn sich der weitere Trenner im Bereich des mindestens einen Arbeitsraums befindet. Zwischen dem weiteren Trenner und dem einen Trenner erfolgen Verbrennung und Expansion des Arbeitsgas. Zwischen dem ersten Trenner und dem zweiten Trenner erfolgen Einlass und Verdichtung des Arbeitsgases. Außerdem weist der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor einen Arbeitsgasspeicher auf, in den das Arbeitsgas zwischen der Verdichtung und der Verbrennung gelangt. Bei seiner Drehung verdrängt der Rotor das Arbeitsgas aus dem Teilraum des Arbeitsraums, der sich Drehrichtung des Rotors vor dem weiteren zweiten Trenner befindet und dessen Volumen sich durch die Drehung des Rotors verkleinert, in den Arbeitsgasspeicher. Beim Verdrängen aus dem Arbeitsraum in den Arbeitsgasspeicher wird das Arbeitsgas vorzugsweise, allerdings nicht zwingend, weiter verdichtet. Aus dem Arbeitsgasspeicher strömt das Arbeitsgas wieder in den Arbeitsraum, vorzugsweise in denselben Arbeitsraum, aus dem es zuvor in den Arbeitsgasspeicher verdrängt worden ist, allerdings in den Teilraum des Arbeitsraums, der sich in Drehrichtung hinter dem zweiten Trenner befindet und dessen Volumen sich durch die Drehung des Rotors vergrößert. Nach dem Strömen aus dem Arbeitsgasspeicher in den Arbeitsraum wird das Arbeitsgas im Arbeitsraum verbrannt. Der durch die Verbrennung des Arbeitsgases entstehende Druck treibt den Rotor drehend an, er wirkt in Umfangsrichtung zwischen dem weiteren Trenner und einem in Drehrichtung des Rotors vorderen Ende des mindestens einen Arbeitsraums, wodurch der Verbrennungsdruck des Arbeitsgases ein Drehmoment auf den Rotor bewirkt.
Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor hat den Vorteil, dass er keine hin- und hergehenden Massen aufweist. Die Bewegung des Rotors ist ausschließlich eine Drehung ohne Unwucht vorausgesetzt der Rotor weist keine solche auf. Die ausschließliche Drehung des Rotors ermöglicht den im Querschnitt kreisförmigen, insbesondere hohlzylindrischen Innenquerschnitt des Gehäuses, wodurch das Gehäuse einfach und damit preisgünstig herstellbar ist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist eine verhältnismäßig gleichmäßige Drehung des Rotors. Ein weiterer Vorteil ist die einfache Mechanik des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors mit dem drehbaren Rotor und den beiden Trennern, d.h. dem ersten und dem zweiten Trenner, als beweglichen Teilen, wobei die Erfindung zusätzliche bewegliche Teile, wie beispielsweise einen dritten nach innen und außen beweglichen Trenner, nicht ausschließt.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors ist eine lineare Vergrößerung des Volumens des Teilraums des Arbeitsraums in Drehrichtung des Rotors hinter dem weiteren zweiten Trenner, in dem die Verbrennung erfolgt. Die lineare Volumenzunahme erscheint günstig für eine sich gleichmäßig ausbreitende Flammfront bzw. eine gleichmäßige Volumenzunahme des Arbeitsgases durch die Verbrennung. Die lineare Volumenzunahme des Teilraums des Arbeitsraums, in dem die Verbrennung stattfindet, dürfte zu einem guten Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors beitragen.
Ein zusätzlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors ist ein großer Hebelarm, mit dem der Druck des verbrennenden Arbeitsgas auf den Rotor wirkt, nämlich in dessen Außenbereich. Die Trenner des Verbrennungsmotors können ohne Zerlegen des Motors von außen ersetzt werden. Denkbar ist eine hydrodynamische Lagerung des Rotors im Gehäuse.
Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor ist insbesondere für Wasserstoff oder eine Mischung aus Erdgas und Wasserstoff als Kraftstoff vorgesehen, der entweder gemischt mit Luft und/oder Sauerstoff als Arbeitsgas durch den Einlass einströmt oder in Drehrichtung des Rotors erst nach dem zweiten Trenner, also zur Verbrennung, in den mindestens einen Arbeitsraum oder in den Arbeitsgasspeicher einströmt, beispielsweise eingespritzt wird. Der Verbrennungsmotor weist eine Gassteuerung für die Verdrängung des Arbeitsgases aus dem mindestens einen Arbeitsraum in den Arbeitsgasspeicher und/oder aus dem Arbeitsgasspeicher in den mindestens einen Arbeitsraum auf. Die Gassteuerung kann ein oder mehrere Ventile aufweisen, deren Bewegung beispielsweise mechanisch vom Rotor oder von ihm abgeleitet oder elektronisch gesteuert wird. Die Aufzählung ist nicht abschließend. Dazu weist der zweite Trenner mindestens zwei Schieberventile auf. Vorzugsweise werden Schieber der Schieberventile beispielsweise federbeaufschlagt nach innen gegen den Rotor gedrückt und bei dessen Drehung mechanisch vom Rotor bewegt und dadurch gesteuert. Die Schieber der beiden Schieberventile schließen den Arbeitsgasspeicher ein. Es weist beispielsweise mindestens einer der beiden Schieber eine Ausnehmung auf, die vom anderen Schieber abgedeckt ist und den Arbeitsgasspeicher bildet. Die Ausnehmung ist vorzugsweise länglich ausgebildet und erstreckt sich bevorzugt im Wesentlichen in Längsrichtung in mindestens einem der Schieber der beiden Schieberventile den Arbeitsgasspeicher. Der dritte Schieber schließt zusammen mit den beiden anderen Schiebern des zweiten Trenners den Arbeitsgasspeicher ein. Dabei ist der dritte Schieber entlang den beiden anderen Schiebern verschiebbar geführt und in die mindestens eine den Arbeitsgasspeicher bildende Ausnehmung der beiden Schieber der Schieberventile des zweiten Trenners einführbar. Er ist vorzugsweise an die Querschnittsform der länglichen Ausnehmung angepasst und wirkt als Gasausschieber für das in dem Arbeitsgasspeicher gespeicherte Arbeitsgas. Er ist insbesondere zwischen den beiden Schiebern der zwei Schieberventile in der den Arbeitsgasspeicher bildenden Ausnehmung vor und zurück längsverschieb- bar.
Das Befüllen des Arbeitsgasspeichers vollzieht sich folgendermaßen. Zunächst bewegt sich eine erhabene Stelle des Rotors auf den zweiten Trenner mit der Gassteuerung zu, bei dem die drei vorgesehenen Schieber den Arbeitsgasspeicher einschließen. Der in Drehrichtung vordere Schieber der beiden Schieber- ventile ist dabei bis auf den Grund des Arbeitsraumes des Rotors abgesenkt und der in Drehrichtung hintere Schieber der beiden Schieberventile vom Grund des Arbeitsraumes entfernt. Er ist bis zur Innenwandung des Gehäuses aus dem Arbeitsraum zurückgezogen. Der dritte Schieber ist ebenfalls gegenüber den beiden anderen Schiebern zurückgezogen, sodass er die in einen oder beiden Schiebern der Schieberventile als Arbeitsgasspeicher vorgesehene Ausnehmung seitlich nicht verschließt. In dieser Stellung kann Arbeitsgas in die mindestens in einem Schieber der beiden Schieberventile vorgesehene Ausnehmung bei Drehung des Rotors einströmen, da der Arbeitsgasspeicher mit der in Drehrichtung vor dem zweiten Trenner angeordneten hinteren Teilraum des Arbeitsraumes kommunizieren kann. Der Arbeitsgasspeicher bildet in diesem Zustand eine Einheit mit dem hinteren Teilraum. Mit der Weiterbewegung der erhabenen Stellen des Rotors drückt der Rotor das im hinteren Teilraum befindliche Arbeitsgas in den Arbeitsgasspeicher und dabei das Arbeitsgas, vorteilhafterweise ohne Durchströmung eines weiteren räumlich abgesetzten Ventils oder eines zusätzlichen Verbindungskanals, d.h. direkt in den Arbeitsgasspeicher. Der Verschluss des Arbeitsgasspeichers erfolgt in dem Augenblick, wo die in Drehrichtung hintere erhabene Stelle des Rotors, die den hinteren Teilraum in Drehrichtung hinten begrenzt, den Schieber der vorderen Schieberventils erreicht und diese von dem Grund des Arbeitsraumes bis zu der Innenwandung des Gehäuses anhebt. Das komprimierte Arbeitsgas ist jetzt in dem Arbeitsgasspeicher eingeschlossen und damit dort gespeichert. Die beiden Schieber der Schieberventile sind jetzt im gleichen Abstand zur Innenwandung und stehen nicht über diese vor. Hinter der sich weiterbewegenden erhabenen Stelle des Arbeitsraumes des Rotors senkt sich zunächst der in Drehrichtung vordere Schieber der beiden Schieberventile bis auf den Grund des Arbeitsraumes des Rotors ab, wobei sich zwischen der erhabenen Stelle des Rotors und dem in Drehrichtung hinteren Schieber ein in Drehrichtung vorderer Teilraum als Brennraum bildet. Der andere hintere Schieber bleibt derweil zurückgezogen. Nachdem der vordere Schieber der beiden Schieberventile den Grund des Arbeitsraumes erreicht hat, wird der dritte Schieber, der in die in Richtung des Grundes des Arbeitsraums bewegt, wobei dieser sich zunächst in die Ausnehmung des hinteren Schiebers bewegt, diese zunehmend ausfüllt und damit das dort befindliche Arbeitsgas in den neu gebildeten sich vergrößernden vorderen Teilraum des Arbeitsraumes verdrängt. Hat der dritte Schieber die Ausnehmung des hinteren Schiebers entleert, wird der in Drehrichtung hintere Schieber dann zusammen mit dem dritten Schieber, der als Gasausscheiber wirkt, bis auf den Grund des Arbeitsraumes abgesenkt. Dabei füllt der dritte Schieber immer mehr die Ausnehmung des vorderen Schiebers aus und verdrängt dabei auch das dort befindliche Arbeitsgas vollständig in den vorderen Teilraum des Arbeitsraumes. In diesem Moment berühren alle drei Schieber des zweiten Trenners den Grund des Arbeitsraumes des Rotors und bilden eine massive Trennwand, die der jetzt stattfindenden Verbrennung und deren Verbrennungsdruck entgegensteht.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der erste Trenner ein Schieberventil zur Steuerung des Gaseintrittes des Arbeitsgases in den mindestens einen Arbeitsraum aufweist, wobei das Schieberventil einseitig mit dem Einlass des Gehäuses für das Arbeitsgas verbunden ist und ein Schieber des Schieberventils einen Eintrittskanal für das Arbeitsgas in den mindestens einen Arbeitsraum aufweist. Beim Schieben des Schiebers des ersten Trenners in Richtung des Grundes des Arbeitsraumes wird ein Zugang für das Arbeitsgas von dem Einlass des Gehäuses zu dem in Drehrichtung vorderen Teilraum geschaffen, der solange bestehen bleibt, bis der Schieber wieder aus dem Arbeitsraum zurückgezogen oder zurückgedrückt wird. Dies hat auch hier den Vorteil, dass eine schnellere und damit effektivere Befüllung des Arbeitsraumes mit Arbeitsgas erfolgt. Dies führt insbesondere bei hohen Drehzahlen des Motors zu einem höheren Ladedruck für den Arbeitsgasspeicher und somit zu einem verbesserten Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors. Ein Eintrittskanal des Schiebers des ersten Trenners mündet aus dem Schieber in Richtung einer in Drehrichtung vorderen Flanke des Rotors.
Vorzugsweise weist der Rotor des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors drei gleich geformte und gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Ausnehmungen auf, die drei Arbeitskammern zwischen dem Rotor und der Innen- wandung des Gehäuses einschließen. Drei gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Arbeitskammern, die sich jeweils über etwas weniger als 120° in Umfangsrichtung erstrecken, erscheinen für einen Gleichlauf und einen hohen Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors ideal. Abweichungen sowohl in der Anzahl der Arbeitskammern als auch in deren Verteilung und/oder Erstreckung über den Umfang als auch deren Form schließt die Erfindung nicht aus. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass sich der Grund der mindestens einen Ausnehmung in einem Umfangsabschnitt kreisbogenförmig und konzentrisch zur Drehachse des Rotors verläuft. Das ermöglicht eine dichtende Anlage der Trenner am Grund der Ausnehmung, wenn die Trenner bei- spielsweise als Schieber ausgebildet sind. In Umfangsrichtung an beiden Enden des kreisbogenförmigen Abschnitts erhebt sich der Grund der mindestens einen Ausnehmung des Rotors nach außen bis zur Innenwandung des Gehäuses. Insbesondere an dem in Drehrichtung vorderen Ende der mindestens einen Ausnehmung steigt deren Grund steil nach außen bis zur Innenwandung des Gehäuses an bzw. fällt umgekehrt betrachtet von der Innenwandung steil bis zum kreisbogenförmigen Abschnitt des Grundes ab. Dieser Abschnitt des Grunds der Ausnehmung, der sich von der Innenwandung des Gehäuses zum kreisbogenförmigen Abschnitt des Grunds der Ausnehmung erstreckt, wird nachfolgend auch als vordere Flanke der Ausnehmung bezeichnet. Die Steilheit der Flanke der Ausnehmung ist begrenzt durch eine Maximalgeschwindigkeit, mit der die beiden Trenner der vorderen, in Drehrichtung des Rotors von der Innenwandung des Gehäuses nach innen zum kreisbogenförmigen Abschnitt des Grundes der Ausnehmung fallenden Flanke der Ausnehmung folgen können. An dem in Drehrichtung hinteren Ende der Ausnehmung steigt deren Grund vorzugsweise flacher bis zur Innenwandung des Gehäuses an, um eine Beschleunigung der vorgesehenen Trenner niedrig zu halten. Der am in Drehrichtung des Rotors hinteren Ende der Ausnehmung bis zum Innenumfang des Gehäuses steigende Abschnitt des Grunds der Ausnehmung wird auch als hintere Flanke bezeichnet. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht eine doppelte Verdichtung vor. Dazu weist der Rotor mindestens zwei Ausnehmungen an seinem Umfang auf, die in Umfangsrichtung versetzt zueinander sind und mindestens zwei Arbeitsräume zwischen dem Rotor und der Innenwandung des Gehäuses einschließen. Vorzugsweise schließen die Arbeitsräume in Umfangsrichtung aneinander an und sind nur durch eine Stelle, an der der Rotor zwischen den Arbeitsräumen an der Innenwandung des Gehäuses anliegt, voneinander getrennt. Das gilt auch für einen Rotor mit mehr als zwei Ausnehmungen und mehr als zwei Arbeitsräumen. Ein zusätzlicher, nach außen und nach innen beweglicher dritter Trenner ist in Drehrichtung des Rotors hinter dem einen ersten und vor dem weiteren zweiten Trenner angeordnet. Der dritte Trenner teilt einen Arbeitsraum, der sich in seinem Bereich befindet, in zwei Teilräume. Im Bereich des zusätzlichen dritten Trenners befindet sich ein Arbeitsraum in Drehrichtung des Rotors hinter dem ersten und vor dem zweiten Trenner. Bezogen auf die vier Arbeitstakte des Verbrennungsmotors befindet sich der weitere zweite Trenner in dem Umfangsab- schnitt, in dem das Arbeitsgas verdichtet wird. Eine Überströmleitung verbindet einen Arbeitsraum, der sich im Bereich des zusätzlichen dritten Trenners verbindet, mit einem Arbeitsraum, der sich in Drehrichtung des Rotors hinter dem zusätzlichen und vor bzw. im Bereich des weiteren zweiten Trenners befindet. Genaugenommen verbindet die Überströmleitung den Teilraum des einen Arbeitsraums, der sich in Drehrichtung des Rotors vor dem dritten Trenner befindet, mit dem Teilraum des anderen Arbeitsraums, der sich in Drehrichtung des Rotors vor dem zweiten Trenner befindet. Die Überströmleitung ist schließbar. Ist die Überströmleitung offen, verdrängt der Arbeitsraum, der sich im Bereich des zusätzlichen Trenners befindet, bei einer Drehung des Rotors Arbeitsgas aus dem Teilraum, der sich in Drehrichtung des Rotors vor dem zusätzlichen dritten Trenner befindet, in den Arbeitsraum, der sich im Bereich des weiteren zweiten Trenners befindet, und zwar in dessen Teilraum, der sich in Drehrichtung vor dem zweiten Trenner befindet. Weil beide Teilräume ihre Volumina bei der Drehung des Rotors verkleinern erhöht sich die Verdichtung des Verbrennungsmotors, insbesondere verdoppelt sie sich. Der Verbrennungsmotor weist bei dieser Ausgestaltung der Erfindung einen zusätzlichen Einlass für das Arbeitsgas in Drehrichtung des Rotors hinter dem zusätzlichen Trenner auf, durch den das Arbeitsgas in Drehrichtung des Rotors hinter dem zusätzlichen dritten Trenner in den Arbeitsraum strömt. Wird nur eine geringe Verdichtung gewünscht, wird die Überströmleitung geschlossen und es verdichtet nur der Arbeitsraum in Drehrichtung des Rotors hinter dem dritten Trenner und vor dem zweiten Trenner. Der Arbeitsraum vor dem zusätzlichen dritten Trenner wird entlüftet, so dass er keinen Druck aufbaut, der den Rotor bremsen würde. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der dritte Trenner ein Schieberventil zur Steuerung des Gaseintrittes des Arbeitsgases in die mindestens zwei Arbeitsräume aufweist, wobei das Schieberventil einseitig mit einem weiteren zweiten Einlass des Gehäuses für das Arbeitsgas verbunden ist und ein Schieber des Schieberventils einen weiteren Eintrittskanal für das Arbeitsgas in den mindestens einen Arbeitsraum aufweist. Beim Schieben des Schiebers des dritten Trenners in Richtung des Grundes des Arbeitsraumes wird ein Zugang für das Arbeitsgas von dem zweiten Einlass des Gehäuses für Arbeitsgas zu dem in Drehrichtung vorderen Teilraum geschaffen, der ebenfalls solange bestehen bleibt, bis der Schieber wieder aus dem Arbeitsraum zurückgezogen oder zurückgedrückt wird. Dies hat auch hier den Vorteil, dass eine schnellere und damit effektivere Befüllung des Arbeitsraumes mit Arbeitsgas erfolgt. Ein Eintrittskanal des Schiebers des dritten Trenners mündet aus dem Schieber in Richtung einer in Drehrichtung vorderen Flanke des Rotors. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Kühlung des Arbeitsgases in Drehrichtung des Rotors hinter dem einen ersten und vor dem weiteren zweiten Trenner vor. Vorzugsweise ist die Innenwandung des Gehäuses in diesem Bereich gekühlt. In diesem Bereich wird das Arbeitsgas verdichtet und erwärmt sich dadurch. Die Kühlung des Arbeitsgases ist vergleichbar der Ladeluftkühlung eines Verbrennungsmotors mit mechanischem Verdichter oder Turbolader mit der Maßgabe, dass beim erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor das Arbeitsgas im Verbrennungsmotor gekühlt wird und nicht zur Kühlung nach außen geführt werden muss. Die Kühlung des Arbeitsgases während der Verdichtung ermöglicht eine höhere Verdichtung und verbessert den Wirkungsgrad. Außerdem verringert sie eine thermische Belastung des Verbrennungsmotors. Dem gleichen Zweck dient eine Kühlung der Überströmleitung, sofern eine solche vorhanden ist. Die Doppelverdichtung ermöglicht eine effektive Zwischenkühlung des Arbeitsgases in der Überströmleitung, wodurch sich die thermische Belastung des Verbrennungsmotors verringert, was eine Erhöhung der Gesamtverdichtung vom Einlass des Arbeitsgases bis zum Strömen in den Arbeitsgasspeicher am Ende der Verdichtung bzw. bis zum Beginn der Verbrennung ermöglicht. Dadurch lässt sich der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors erhöhen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht einen Verbrennungsmotor mit mehreren Rotoren vor, die gleichachsig nebeneinander, vorzugsweise auf einer ge- meinsamen Welle, miteinander drehfest angeordnet sind. Die Rotoren sind zueinander winkelversetzt, womit gemeint ist, dass ihre Arbeitsräume in Umfangsrichtung zueinander versetzt sind. Vorzugsweise ist der Versatz so gewählt, dass die Arbeitsräume möglichst gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sind, was bedeutet, dass die vier Arbeitstakte, die sich auch überschneiden können, gleichmäßig verteilt sind um einen möglichst gleichmäßigen Lauf der Rotoren zu erreichen. Das Arbeitsgas ist in den Arbeitsräumen getrennt voneinander, die Arbeitsräume kommunizieren nicht miteinander. Der Versatz der Rotoren ist beispielsweise durch eine Welle mit einem Profil, beispielsweise eine Mehrkantwelle, ein Wellenprofil, ein Vielzahnprofil oder dgl. und ein komplementäres Lochprofil der Rotoren möglich.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht einen Kraftstoffeinlass, beispielsweise eine Kraftstoffeinspritzung, in den Arbeitsgasspeicher vor, in den das verdichtete Arbeitsgas strömt. Diese Ausgestaltung der Erfindung verlängert einen Zeitraum, der für eine Mischung des Arbeitsgases mit dem Kraftstoff bis zum Beginn der Verbrennung zur Verfügung steht. Zusätzlich wird die Vermischung des Arbeitsgases mit dem Kraftstoff durch Verwirbelung des Arbeitsgases beim Strömen aus dem Arbeitsgasspeicher in den Arbeitsraum in Drehrichtung des Rotors hinter dem weiteren zweiten Trenner verbessert, wo die Verbrennung erfolgt. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Ausbildung des Verbrennungsmotors als Glühzündermotor vor. Diese Ausgestaltung ist insbesondere für einen Betrieb des Verbrennungsmotors mit Wasserstoff oder einem ähnlich schnell verbrennenden Kraftstoff oder als Teil des Kraftstoffs vorgesehen. Diese Ausgestaltung der Erfindung vereinfacht den Verbrennungsmotor, weil er keine gesteuerte Zündung benötigt. Der in sich räumlich geschlossene Arbeitsgasspeicher, in dem Arbeitsgas von einen oder mehreren Arbeitsräumen gesammelt werden kann, hat gegenüber einem herkömmlichen Turbolader, mit dem der Arbeitsgasspeicher in seiner Funktion verglichen werden kann, deutliche Vorteile. Der gesteuerte Arbeitsgasspeicher arbeitet drehzahlunabhängig, benötigt keinen Bypass, hat kein sogenanntes Turboloch, erzeugt bei allen Drehzahlen einen höheren Ladedruck, weist einen einfachen Aufbau auf. Er arbeitet mit Motordrehzahl, speichert komprimiertes Arbeitsgas mit Hilfe der vorherigen Zündenergie und bewirkt durch die direkte Kompression einen erhöhten inneren Wirkungsgrad. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die vier Figuren zeigen einen Radialschnitt eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors mit verschiedenen Drehstellungen verschiedenen Drehstellungen eines Rotors und verschiedenen Arbeitsgaszuständen. Die Zeichnung ist als vereinfachte, nicht maßstäbliche Schemadarstellung zur Erläuterung und zum Verständnis der Erfindung zu verstehen.
Die Zeichnung ist als vereinfachte und schematisierte Darstellung zum Verständnis und zur Erläuterung der Erfindung zu verstehen.
Der in der Zeichnung dargestellte, erfindungsgemäße Verbrennungsmotor 1 weist einen Rotor 2 auf, der um eine Drehachse 3 drehbar ist. Der Rotor 2 weist drei Ausnehmungen 4 an seinem Umfang auf, die Arbeitsräume 5 bilden. Die Ausnehmungen 4 sind gleichmäßig über den Umfang verteilt, d.h. um 120° zueinander versetzt angeordnet und erstrecken sich in Umfangsrichtung über jeweils etwas weniger als 120°. Ein Grund 6 der Ausnehmungen 4 verläuft in einem in Umfangsrichtung mittleren Abschnitt 7 kreisbogenförmig und konzentrisch zur Drehachse 3. An einem in Drehrichtung vorderen Ende erhebt sich der Grund 6 der Ausnehmungen 4 verhältnismäßig steil, allerdings nicht radial, nach außen bis zu einer Innenwandung 8 eines Gehäuses 9 des Verbrennungsmotors 1 . An einem in Drehrichtung hinteren Ende erhebt sich der Grund 6 der Ausnehmungen 4 des Rotors 2 flacher nach außen bis zur Innenwandung 8 des Gehäuses 9. Die Drehrichtung des Rotors 2, womit eine vorgesehen Drehrichtung gemeint ist, ist in der Zeichnung mit dem Kreisbogenpfeil P angegeben. Die zur Innenwandung 8 des Gehäuses 9 steigenden Abschnitte des Grunds 6 der Ausnehmung 4 werden nachfolgend auch als vordere bzw. hintere Flanken 35, 36 bezeichnet.
Die Innenwandung 8 des Gehäuses 9 ist zylindrisch und konzentrisch zur Drehachse 3 des Rotors 2. Der Rotor 3 liegt an drei erhabenen Stellen 10, nämlich zwischen seinen Ausnehmungen 4, flächig und dichtend an der Innenwandung 8 des Gehäuses 9 an, wobei mit„dichtend" nicht zwingend eine hermetisch dichte Anlage gemeint ist, sondern eher ein guter Kompromiss zwischen einer guten Dichtwirkung, die eine gute Kompression und Verbrennung mit geringen Druckverlusten bei geringem Reibungswiderstand und niedrigem Verschleiß ermöglicht.
Die Ausnehmungen 4 des Rotors 2 schließen die Arbeitsräume 5 zwischen dem Rotor 2 innen und der Innenwandung 8 des Gehäuses 9 außen ein. Zur Seite schließen Stirnwände 1 1 des Gehäuses 9 die Arbeitsräume 5.
Im Gehäuse 9 sind fünf Schieber 12, 13, 14, 38, 31 radial verschieblich geführt, wobei zumindest die Schieber 12, 13, 14, 31 von optionalen Federelementen 15, 16, 17, 32 nach innen gegen den Rotor 2 bzw. den Grund 6 seiner die Arbeitsräume 5 bildenden Ausnehmungen 4 beaufschlagt werden. Die fünf Schieber 12, 13, 14, 38, 31 bilden drei Trenner 18, 19, 27, die die Arbeitsräume 5, wenn sie sich im Bereich der Schieber 12, 13, 14, 38, 31 bzw. zumindest die Schieber 12, 13, 14, 31 sich in den Arbeitsräumen 5 befinden, in zwei Teilräume teilen, von denen sich einer in Drehrichtung P des Rotors 2 vor und der andere hinter dem Trenner 18, 19, 27 befindet.
Die Trenner 18, 19, 27 sind in Umfangsrichtung um jeweils etwa 120° zueinander versetzt. Ein erster Trenner 18 der drei Trenner 18, 19, 27 befindet sich zwischen einem Einlass 20 und einem Auslass 21 , wobei in Drehrichtung P des Rotors 2 der Einlass 20 über den ersten Trenner 18 indirekt und der Auslass 21 unmittelbar vor dem einen ersten Trenner 18 direkt in den jeweiligen Arbeitsraum 5 münden. Der erste Trenner 18 weist ein Schieberventil zur Steuerung des Gaseintrittes des Arbeitsgases in den mindestens einen Arbeitsraum 5 auf, das mit dem Einlass 20 verbunden ist, wobei ein Schieber 12 des Schieberventils an seinem Umfang einen Eintrittskanal 39 für das Arbeitsgas in den mindestens einen Arbeitsraum 5 aufweist. Der Eintrittskanal 39 ist derart außen an dem Schieber 12 angeordnet, dass eine Verbindung von dem Einlass 20 zu dem Arbeitsraum 5 nur besteht, wenn der Schieber 12 sich nach innen bewegt, insbesondere an dem Grund 6 der den Arbeitsraum 5 bildenden Ausnehmung 4 anliegt. Der Eintrittskanal 39 mündet aus dem Schieber 12 in Richtung einer in Drehrichtung vorderen Flanke 35 des Rotors 2.
Die federbeaufschlagten Schieber 12, 13, 14, 31 liegen dichtend an einem Umfang des Rotors 2 bzw. am Grund 6 der Ausnehmungen 4 an. Die Abdichtung ist nicht zwingend hermetisch dicht sondern so, wie es zu den Stellen 10, an denen der Rotor 2 zwischen den Ausnehmungen 4 an der Innenwandung 8 des Gehäuses 9 anliegt, beschrieben worden ist.
Die beiden weiteren Schieber 13, 14 liegen zumindest am äußeren Umfang aneinander an und bilden gemeinsam mit dem zusätzlichen dritten Scheiber 38 einen weiteren zweiten Trenner 19, der um etwa 240° in Drehrichtung P des Rotors 2 versetzt zum dem ersten Trenner 18 angeordnet ist. Innen weisen die beiden weiteren Schieber 13, 14 Ausnehmungen auf, die einen Arbeitsgasspeicher 22 bilden, der auf der dem Rotor 2 abgewandten Seite axial von dem dritten Schieber 38 begrenzt ist. Mit dem dritten Schieber 38 lässt sich in dem Arbeitsgasspeicher eingeschlossenes Arbeitsgas gesteuert vollständig aus dem Arbeitsgasspeicher 22 in den Arbeitsraum 5 verdrängen. Einander abgewandte Innenkanten der beiden weiteren Schieber 13, 14 sind von Schrägnuten 23 durchbrochen, die nicht die gesamte innere Stirnfläche der Schieber 13, 14 durchbrechen.
In Drehrichtung P des Rotors 2 weist der Verbrennungsmotor 1 kurz hinter dem weiteren zweiten Trenner 19 eine Glühkerze 24 zu einer Selbstzündung auf. Möglich ist auch eine Selbstzündung, wie sie von Dieselmotoren bekannt ist, oder eine Fremdzündung mit einer Zündkerze, wie sie von Otto- und Wankelmotoren bekannt ist. Der fünfte Schieber 31 wird hier als zusätzlicher Schieber 31 bezeichnet, er bildet einen zusätzlichen dritten Trenner 27. Er ist um etwa 120° zu den anderen Schiebern 12, 13, 38, 14 bzw. Trennern 18, 19 im Gehäuse 9 angeordnet, in Drehrichtung P des Rotors 2 hinter dem einen Schieber 12 und vor den weiteren Schiebern 13, 14, 38 und in Umfangsrichtung ungefähr in einer Mitte zwischen den anderen Schiebern 12, 13, 14, und zwar im längeren Umfangsabschnitt zwischen den anderen Schiebern 12, 13, 14. Der zusätzliche Schieber 31 ist also in dem Bereich angeordnet, in dem das Arbeitsgas verdichtet wird.
In Drehrichtung P des Rotors 2 dicht vor dem zusätzlichen Schieber 31 geht eine Überströmleitung 28 ab, die in Drehrichtung P des Rotors 2 ein Stück vor den weiteren Schiebern 13, 14, 38 in einen Arbeitsraum 5 mündet. Die Überstromlei- tung 28 verläuft in dem dargestellten Ausführungsbeispiel vorteilhafterweise gänzlich in dem Gehäuse 9. Dies ist jedoch nicht zwingend so. Die Überströmleitung 28 ist mit einem Umschaltventil 33 schließbar, das nahe einer Mündung der Überströmleitung 28 in den Arbeitsraum 5 vor den drei weiteren Schiebern 13, 14, 38 angeordnet ist. Mit diesem Umschaltventil 33 ist auch der Arbeitsraum 5 in Drehrichtung P des Rotors 2 vor dem zusätzlichen Schieber 31 entlüftbar. Ein weiterer Einlass 29 in einen Arbeitsraum 5 ist nahe dem zusätzlichen fünften Schieber 31 vorgesehen. Der weitere Einlass 29 mündet in Drehrichtung P des Rotors 2 über den dritten Trenner 27 indirekt in einen Arbeitsraum 5. Der dritte Trenner 27 weist ein Schieberventil zur Steuerung des Gaseintrittes des Arbeitsgases in den mindestens einen Arbeitsraum 5 auf, das mit dem Einlass 29 verbunden ist, wobei ein Schieber 31 des Schieberventils an seinem Umfang einen Eintrittskanal 40 für das Arbeitsgas in den mindestens einen Arbeitsraum 5 aufweist. Der Eintrittskanal 40 ist derart außen an dem Schieber 31 angeordnet, dass eine Verbindung von dem weiteren Einlass 29 zu dem Arbeitsraum 5 nur besteht, wenn der Schieber 31 sich nach innen bewegt, insbesondere an dem Grund 6 der den Arbeitsraum 5 bildenden Ausnehmung 4 anliegt. Der Eintrittskanal 40 mündet aus dem Schieber 31 in Richtung einer in Drehrichtung vorderen Flanke 35 des Rotors 2.
Als Arbeitsgas ist Luft vorgesehen, als Kraftstoff eine Mischung von Wasserstoff und Erdgas im Verhältnis von etwa 1 :2. Ein Betrieb des Verbrennungsmotors 1 ausschließlich mit Wasserstoff als Kraftstoff ist ebenfalls möglich. Grundsätzlich sind auch andere Gase, beispielsweise Sauerstoff als Arbeitsgas und flüssige Kraftstoffe wie Benzin, Diesel oder Kerosin, brennbare Gase oder auch brennbare Feststoffe, beispielsweise Kohlestaub, als Kraftstoff, oder auch Mischungen solcher Stoffe möglich. Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor 1 arbeitet nach dem Viertaktprinzip, seine Funktion und die Zustände des Arbeitsgases in einer der Arbeitskammern 5 werden nachfolgend während einer Drehung des Rotors 2 beschrieben. Bei einer Drehung des Rotors 2 in der vorgesehenen Drehrichtung P strömt Arbeitsgas durch den Einlass 20 in einen der Arbeitsräume 5, der sich im Bereich des Einlass 20 befindet, ein (Figur 1 ). Ein Volumen des Teilraums des Arbeitsraums 5 in Drehrichtung des Rotors 2 hinter dem ersten Trenner 18 vergrößert sich durch die Drehung des Rotors 2, so dass der Verbrennungsmotor 1 das Arbeitsgas ansaugt. Es ist allerdings auch ein aufgeladener Verbrennungsmotor 1 möglich, d.h. dass das Arbeitsgas unter Druck steht und in den Arbeitsraum 5 strömt. Bei der Drehung des Rotors 2 überfährt eine der drei erhabenen Stellen 10 des Rotors 2, an denen der Rotor 2 an der Innenwandung 8 des Gehäuses 9 anliegt, den einen Schieber 12 des ersten Trenners 18, wobei diese den Schieber 12 nach außen drückt, der sich hinter der erhabenen Stelle 10 wieder nach innen in die den Arbeitsraum 5 bildende, in Drehrichtung P des Rotors 2 nächste Ausnehmung 4 verschiebt. Dabei öffnet sich das Schieberventil des ersten Trenners 18, so dass Arbeitsgas von dem Einlass 20 über den Eintrittskanal 39 des Schiebers 12 in den sich in Drehrichtung nach dem Trenner 18 befindlichen Teil des Arbeitsraumes 5 strömen kann. Beim Überfahren des Schiebers 12 des ersten Trenners 18 trennt die erhabene Stelle 10 am hinteren Ende des Arbeitsraums 5 den Arbeitsraum 5 vom Einlass 20, das Arbeitsgas ist im Arbeitsraum 5 eingeschlossen.
Das Teilvolumen des Arbeitsraums 5 in Drehrichtung P des Rotors 2 vor dem zusätzlichen Schieber 31 verkleinert sich durch die Drehung des Rotors 2, wodurch das Arbeitsgas in diesem Teilvolumen verdichtet wird und durch die Überströmleitung 28 in den Arbeitsraum 5 strömt, der sich in Drehrichtung P des Rotors 2 vor dem Arbeitsraum 5 befindet, aus dem das Arbeitsgas durch die Überströmleitung 28 ausströmt. Das Umschaltventil 33 in der Überströmleitung 28 ist dabei geöffnet. Bei der weiteren Drehung des Rotors 2 überfährt eine der drei erhabenen Stellen 10 des Rotors 2, an denen der Rotor 2 an der Innenwandung 8 des Gehäuses 9 anliegt, den Schieber 31 des dritten Trenners 27, wobei diese den Schieber 31 nach außen drückt, der sich hinter der erhabenen Stelle 10 wieder nach innen in die den Arbeitsraum 5 bildende, in Drehrichtung P des Rotors 2 nächste Ausnehmung 4 verschiebt. Dabei öffnet sich das Schieberventil des dritten Trenners 27, so dass Arbeitsgas von dem weiteren Einlass 29 über den Eintrittskanal 40 des Schiebers 31 in den sich in Drehrichtung nach dem Trenner 27 befindlichen Teil des Arbeitsraumes 5 strömen kann. Beim Überfahren des Schiebers 31 des dritten Trenners 27 trennt die erhabene Stelle 10 am hinteren Ende des Arbeitsraums 5 den Arbeitsraum 5 vom Einlass 29, das Arbeitsgas ist im Arbeitsraum 5 eingeschlossen.
Durch die Drehung des Rotors 2 vergrößert sich das Volumen des Teilraums des Arbeitsraums 5 in Drehrichtung P des Rotors 2 hinter dem zusätzlichen Schieber 31 , wodurch das Arbeitsgas angesaugt wird. Auch hier ist ein Einströmen des Arbeitsgases unter Druck möglich. Bei Weiterdrehung des Rotors 2 überfährt die erhabene Stelle 10, an der der Rotor 2 an der Innenwandung 8 des Gehäuses 9 anliegt und die sich in Drehrichtung P des Rotors 2 am vorderen Ende des Arbeitsraums 5 befindet, die beiden weiteren Schieber 13, 14 und die erhabene Stelle 10, mit der der Rotor 2 an der Innenwandung 8 des Gehäuses 9 anliegt und die sich an dem in Drehrichtung P des Rotors 2 hinteren Ende des Arbeitsraums 5 befindet, überfährt den zusätzlichen Schieber 31 , wodurch diese Arbeitskammer 5 vom Einlass 29 getrennt ist. Das Volumen des Teilraums des Arbeitsraums 5, der sich in Drehrichtung P des Rotors 2 vor den weiteren Schiebern 13, 14, 38 befindet, verkleinert sich. Das Arbeitsgas wird im Arbeitsraum 5 komprimiert.
In den Arbeitsraum 5 strömt das verdichtete Arbeitsgas aus der Überströmleitung 28, was die Verdichtung erhöht, nahezu verdoppelt. Die Doppelverdichtung kann abgeschaltet werden, indem das Umschaltventil 33 in der Überströmleitung 28 in Richtung des Arbeitsraumes 5 geschlossen und nach außen zu einer Entlüftungsöffnung 34 hin geöffnet ist. So ist der Arbeitsraum 5 in Drehrichtung P vor dem zusätzlichen Schieber 31 entlüftbar ist, geöffnet wird. In Drehrichtung P vor dem zusätzlichen Schieber 31 wird dadurch nicht verdichtet.
Während die beiden weiteren Schieber 13, 14 im kreisbogenförmigen mittleren Abschnitt 7 des Grundes 6 der Ausnehmung 4 dichtend am Grund 6 anliegen (Figur 1 ), liegt an der steigenden hinteren Flanke 36 des Grunds 6 des Arbeitsraums 5 nur der in Drehrichtung P vordere weitere Schieber 14 mit seiner durchgehenden Innenkante dichtend an (Figur 2). Der in Drehrichtung P des Rotors 2 hintere weitere Schieber 13 verbindet durch die Schrägnut 23 wie in Figur 2 zu sehen den Teilraum des Arbeitsraums 4 in Drehrichtung P des Rotors 2 vor dem weiteren Trenner 19 mit dem Arbeitsgasspeicher 22 zwischen den beiden weiteren Schiebern 13, 14. Die beiden weiteren Schieber 13,14 verschieben sich wie ebenfalls in Figur 2 zu sehen durch ihre Anlage an der steigenden hinteren Flanke 36 des Arbeitsraums 5 nach außen und gegeneinander. Durch die Verschiebung der Schieber 13, 14 gegeneinander schließt sich der Arbeitsgasspeicher 22. Dabei verschiebt sich zunächst der Schieber 13 nach außen und dann erst der Schieber 14, wobei sich vor und/oder mit der Verschiebung der Schieber 13, 14 der dritte Schieber 38 des zweiten Trenners 19 ebenfalls nach außen bewegt. Entsprechend vergrößert sich das Volumen des Arbeitsgasspeicher 22, der von Ausnehmung des Schiebers 14 und des Schiebers 13 zusammen gebildet wird. Somit wird das sich durch die Drehung des Rotors 2 verdichtende Arbeitsgas aus dem Arbeitsraum 5 zu der Schrägnut 23 des in Drehrichtung P des Rotors 2 vorderen der beiden weiteren Schieber 13, 14 und darüber in den Arbeitsgasspeicher 22 gedrängt. Durch seine Drehung verschließt der Rotor 2 danach den Arbeitsgasspeicher 22 mit dem verdichteten Arbeitsgas, so dass dieses in dem Arbeitsgasspeicher 22 eingeschlossen ist.
In einem Umfangsabschnitt vor dem zusätzlichen dritten Trenner 27 und vor dem weiteren zweiten Trenner 19 weist das Gehäuse 9 eine Kühlung 25 auf, die in der Zeichnung durch Kühlrippen dargestellt ist. Die Kühlung 25 des Gehäuses 9 kühlt das Arbeitsgas während der Verdichtung im Arbeitsraum 5 in Drehrichtung P des Rotors 2 vor dem dritten Trenner 27 und vor dem zweiten Trenner 19, was eine höhere Verdichtung des Verbrennungsmotors 1 ermöglicht, wodurch sich dessen Wirkungsgrad verbessert und eine thermische Belastung verringert. Im Bereich der Überströmleitung 28 weist das Gehäuse 9 ebenfalls eine durch Kühlrippen dargestellte Kühlung 37 auf.
Die Verdichtung und Verdrängung des Arbeitsgases aus dem Arbeitsraum 5 endet, wenn die erhabene Stelle 10 am in Drehrichtung P des Rotors 2 hinteren Ende des Arbeitsraums 5 die drei weiteren Schieber 13, 14, 38 überfährt. Beide Schieber 13, 14 liegen zusammen mit dem weiteren Scheiber 38 abdichtend an der erhabenen Stelle 10 an, so dass der Arbeitsgasspeicher 22 sowohl vom Arbeitsraum 5, der in Drehrichtung P des Rotors 2 vor als auch vom Arbeitsraum 5, der sich in Drehrichtung P des Rotors 2 hinter der erhabenen Stelle 10 des Rotors 2 zwischen den beiden Arbeitsräumen 5 befindet, getrennt ist (Figur 3).
Durch einen Kraftstoffeinlass 30 wird Kraftstoff in den Arbeitsgasspeicher 22 eingespritzt. Der Kraftstoff ist Wasserstoff oder eine Mischung aus Erdgas und Wasserstoff im Verhältnis von etwa 2:1 . Es können auch andere Kraftstoffe eingespritzt werden. Möglich ist auch eine Kraftstoffeinspritzung in den Arbeitsraum 5 in Drehrichtung P hinter den weiteren Schiebern 13, 14, 38. Dort kann Kraftstoff zusätzlich oder statt in den Arbeitsgasspeicher 22 eingespritzt werden. Außerdem ist eine Einspritzung von Wasser in den Arbeitsraum 5 in Drehrichtung P des Rotors 2 hinter den beiden weiteren Schiebern 13,14, wo das Arbeitsgas verbrannt wird, zu einer inneren Kühlung zwecks thermischer Entlastung und/oder zur Erhöhung eines Wirkungsgrads des Verbrennungsmotors 1 möglich (nicht dargestellt). Die Kraftstoffeinspritzung in den Arbeitsgasspei- eher 22 und/oder die den Arbeitsraum 5 in Drehrichtung P des Rotors 2 hinter den Schiebern 13, 14, 38 erfolgt, wenn das durch die Einlasse 20, 29 einströmende Arbeitsgas Luft ohne Kraftstoff ist. Durch die Einlasse 20, 29 kann auch Arbeitsgas, das bereits Kraftstoff enthält, also eine Mischung aus Luft und Kraftstoff, einströmen. In diesem Fall kann die Einspritzung von Kraftstoff in den Arbeitsgasspeicher 22 und/oder in den Arbeitsraum 5 in Drehrichtung P des Rotors 2 hinter den beiden weiteren Schiebern 13, 14 entfallen. Denkbar ist allerdings auch, trotzdem zusätzlichen Kraftstoff in den Arbeitsgasspeicher 22 und/oder den Arbeitsraum 5 in Drehrichtung P des Rotors 2 hinter den weiteren Schiebern 13, 14, 38 einzuspritzen. Bei Weiterdrehung des Rotors 2 gleiten die beiden weiteren Schieber 13, 14 wieder an der von der Innenwandung 8 des Gehäuses 9 zum kreisbogenförmigen Abschnitt 7 des Grunds 6 des Arbeitsraums 5 fallenden vorderen Flanke 35 des Arbeitsraums 5 entlang, wie es in Figur 4 zu sehen ist. Dabei liegt der in Drehrichtung P des Rotors 2 hintere weitere Schieber 13 mit seiner durch- gehenden Innenkante dichtend an der Flanke 35 an, wogegen die Schrägnut 23 des in Drehrichtung P des Rotors 2 vorderen weiteren Schiebers 14 den Arbeitsgasspeicher 22 mit dem Arbeitsraum 5 verbindet, der sich nunmehr in Drehrichtung P des Rotors 2 hinter den beiden weiteren Schiebern 13, 14 befindet. Weil die beiden weiteren Schieber 13, 14 an der schräg fallenden vorderen Flanke 35 am in Drehrichtung P des Rotors 2 vorderen Ende des Arbeitsraums 5 gegeneinander verschoben sind, öffnet sich der Arbeitsgasspeicher 22 zur Schrägnut 23. Während sich der in Drehrichtung hintere Schieber 13 nach innen bewegt, wird der dritte Schieber 38 zwangsgesteuert ebenfalls nach innen bewegt. Der Schieber 38 verdrängt dabei zunächst das Arbeitsgas aus demjenigen Teil des Arbeitsgasspeichers 22, der von dem in Drehrichtung hinteren Schieber 13 gebildet ist. Der entsprechende Teil des Arbeitsgases strömt aus diesem Teil des Arbeitsgasspeichers 22 in den Teilraum des Arbeitsraums 5, der sich in Drehrichtung P des Rotors 2 hinter den beiden weiteren Schiebern 13,14 befindet. Beim Weiterdehen des Rotors 2 gleitet dann auch der in Drehrichtung hintere Schieber 13 die beiden weiteren Schieber 13, 14 zusammen mit dem weiteren Schieber 38 an der Flanke 35 ab, wobei der Schieber 38, der über den Schieber 14 seitlich in Richtung des Schiebers 14 vorsteht, dabei das Arbeitsgas aus demjenigen Teil des Arbeitsgasspeichers 22 verdrängt, der von dem in Drehrichtung vorderen Schieber 14 gebildet ist. Das Strömen des Arbeitsgases aus dem Arbeitsgasspeicher 22 in den Arbeitsraum 5 endet, wenn beide weitere Schieber 13,14 am kreisbogenförmigen mittleren Abschnitt 7 des Grundes 6 des Arbeitsraums 5 mit ihren dem Rotor 2 zugewandten Stirnflächen anliegen, wie es Figur 1 zeigt. Dabei ist der Arbeitsgasspeicher 22 durch den weiteren Schieber 38 vollständig entleert. Die beiden weiteren Schieber 13, 14 bilden mit dem weiteren Schieber 38 somit eine Gassteuerung, die das Strömen des Arbeitsgases aus dem sich bei der Drehung des Rotors 2 vor den beiden weiteren Schiebern 13, 14 verkleinernden Arbeitsraum 5 in den Arbeitsgasspeicher 22 und anschließend aus dem Arbeitsgasspeicher 22 in den sich hinter den beiden weiteren Schiebern 13, 14 bei der Drehung des Rotors 2 wieder vergrößernden Arbeitsraum 5 steuert. Das Arbeitsgas entzündet sich, wenn die beiden weiteren Schieber 13, 14 den Arbeitsgasspeicher 22 geschlossen haben und die erhabene Stelle 10 des Rotors 2, mit der der Rotor 2 dichtend an der Innenwandung 8 des Gehäuse 9 anliegt, die Glühkerze 24 überfahren hat (kurz nach der in Fig. 1 gezeigten Drehstellung des Rotors 2), selbst an der Glühkerze 24. Es kann auch nach Art eines Dieselmotors ohne Glühkerze selbst zünden oder mit einer Zündkerze anstatt der Glühkerze 24 gezündet werden. Die Selbstzündung hat den Vorteil, dass sie keine Zündsteuerung benötigt. Die Verbrennung des Arbeitsgases bewirkt einen Druckanstieg, der auf die vordere Flanke 35 des Grunds 7 des Arbeitsraums 5 wirkt und ein Drehmoment auf den Rotor 2 bewirkt, das diesen zu seiner Drehung antreibt. Das Arbeitsgas expandiert in dem durch die Drehung des Rotors 2 größer werdenden Teilraum des Arbeitsraums 5 in Drehrichtung P des Rotors 2 hinter den weiteren Schiebern 13, 14, 38 bis die erhabene Stelle 10, an der der Rotor 2 an dem in Drehrichtung P des Rotors 2 vorderen Ende des Arbeitsraums 5 an der Innenwandung 8 des Gehäuses 9 anliegt, den Auslass 21 überfahren hat, so dass der Arbeitsraum 5 mit dem Auslass 21 verbunden ist und das Arbeitsgas ausströmt. Der Zyklus beginnt dann von neuem.
Der beschriebene Viertakt-Zyklus des Arbeitsgases findet in allen drei Arbeitsräumen 5 ständig statt, so dass der Rotor 2 bis auf kurze Unterbrechungen nahezu ständig angetrieben wird, was einen verhältnismäßig gleichmäßigen Lauf des Rotors 2 bewirkt. Die Bewegung der vier Schieber 12, 13, 14, 31 wird von der Kontur des Rotors 2, also von der Form des Grundes 6 der Ausnehmungen 4, die die Arbeitsräume 5 bilden, und den Stellen 10 zwischen den Arbeitsräumen 5, an denen der Rotor 2 an der Innenwandung 8 des Gehäuses 9 anliegt, gesteuert. Die Bewegung des weiteren Schiebers 38 ist an die Bewegung der Schieber 13, 14 gekoppelt. Der Rotor 2 bildet sozusagen eine Kurvenscheibe, die die Bewegung der Schieber 12, 13, 14, 31 mechanisch steuert. Davon wird die Bewegung des dritten Schiebers 38 des zweiten Trenners 19 abgeleitet. Die beiden weiteren Schieber 13, 14, die zusammen mit dem Schieber 38 den weiteren Trenner 19 bilden, bilden zugleich auch Schieberventile für die Gassteuerung in und aus dem Arbeitsgasspeicher 22 in beschriebener Weise.
De Rotor 2 ist durch Formschluss drehfest auf einer Welle 26 aufgenommen. Die Welle 26 weist ein Vielzahnprofil und der Rotor 2 ein Loch mit einem kongruenten Gegenprofil auf. Das Vielzahnprofil der Welle 26 und des Lochs des Rotors 2 sind so gewählt, dass weitere Rotoren 2 mit einem Winkelversatz von beispielsweise 30° auf die Welle 26 aufgesetzt werden können. Der Verbrennungsmotor 1 kann dadurch mehrere Rotoren 2 gleichachsig nebeneinander aufweisen, die durch radiale Zwischenwände voneinander getrennt sind. Der Winkelversatz der Rotoren 2 ist so gewählt, dass die Arbeitsräume 5 der Rotoren 2 gleichmäßig in Umfangsrichtung zueinander versetzt sind.

Claims

Patentansprüche
Verbrennungsmotor (1 ), mit einem Gehäuse (9) und einem in dem Gehäuse (9) angeordneten Rotor (2), wobei der Rotor (2) um eine Drehachse (3) drehbar ist und mindestens eine Ausnehmung an seinem Umfang aufweist, die sich über einen begrenzten Umfangsabschnitt erstreckt, an deren beiden Enden der Rotor (2) an einer Innenwandung (8) des Gehäuses (9) anliegt und die einen Arbeitsraum (5) zwischen dem Rotor (2) und der Innenwandung (8) des Gehäuses (9) einschließt, das Gehäuse (9) mit kreisförmigem und zum Rotor (2) konzentrischem Innenquerschnitt ausgebildet ist und einen Einlass (20) und einen Auslass (21 ) für ein Arbeitsgas aufweist, das Gehäuse (9) einen ersten nach innen und nach außen beweglichen Trenner (18) aufweist, der zwischen dem Einlass (20) und dem Auslass (21 ) angeordnet ist, wobei der erste Trenner (18) am Umfang des Rotors (2) anliegt und den mindestens einen Arbeitsraum (5) teilt, wenn sich der mindestens eine Arbeitsraum (5) im Bereich des ersten Trenners (18) befindet, das Gehäuse (9) einen weiteren nach innen und nach außen beweglichen zweiten Trenner (19) aufweist, der am Umfang des Rotors (2) anliegt, den mindestens einen Arbeitsraum (5) teilt, wenn sich der mindestens eine Arbeitsraum (5) im Bereich des zweiten Trenners (19) befindet, und der derart angeordnet ist, dass er sich im Bereich des mindestens einen Arbeitsraums (5) befindet, wenn der mindestens eine Arbeitsraum (5) weder mit dem Einlass (20) noch mit dem Auslass (21 ) kommuniziert, das Gehäuse (9) einen Arbeitsgasspeicher (22) aufweist, in den der Rotor (2) Arbeitsgas aus dem mindestens einen Arbeitsraum (5) verdrängt, wenn sich ein Teilraum des mindestens einen Arbeitsraums (5) in Drehrichtung des Rotors vor dem zweiten Trenner (19) bei drehendem Rotor (2) verkleinert, und aus dem das Arbeitsgas in Drehrichtung des Rotors (2) hinter dem zweiten Trenner (19) wieder in den mindestens einen Arbeitsraum (5) strömt, wobei das Arbeitsgas in dem mindestens einen Arbeitsraum (5) in Drehrichtung des Rotors (2) hinter dem zweiten Trenner (19) verbrennt, der mindestens eine Arbeitsraum (5) während der Verbrennung von dem Arbeitsgasspeicher (22) getrennt ist und der Arbeitsgasspeicher (22) eine Gassteuerung aufweist, und wobei der zweite Trenner (19) mindestens zwei Schieberventile zur Gassteuerung aufweist, und Schieber (13, 14) der beiden Schieberventile den Arbeitsgasspeicher (22) einschließen, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Trenner (19) einen dritten Schieber (38) aufweist, der zusammen mit den beiden anderen Schiebern (13, 14) den Arbeitsgasspeicher (22) einschließt und entlang den Schiebern (13, 14) verschiebbar ist, wobei der dritte Schieber (38) als Gasausschieber für das in dem Arbeitsgasspeicher (22) gespeicherte Arbeitsgas ausgebildet ist und zwischen den Schiebern (13, 14) gegenüber dem Arbeitsgasspeicher (22) verschiebbar ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Trenner (18) ein Schieberventil zur Steuerung des Gaseintrittes des Arbeitsgases in den mindestens einen Arbeitsraum (5) aufweist, das mit dem Einlass (20) verbunden ist, wobei ein Schieber (12) des Schieberventils einen Eintrittskanal (39) für das Arbeitsgas in den mindestens einen Arbeitsraum (5) aufweist.
Verbrennungsmotor nach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2) drei über den Umfang verteilte Ausnehmungen (4) aufweist, die drei Arbeitskammern (5) zwischen dem Rotor (2) und der Innenwandung (8) des Gehäuses (9) einschließen.
Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Ausnehmung (4) einen Grund (6) mit einem in einem Radialschnitt des Rotors (2) kreisbogenförmigen und zur Drehachse (3) des Rotors (2) konzentrischen Abschnitt (7) aufweist, von dem aus der Grund (6) der mindestens einen Ausnehmung (4) in beiden Umfangsrichtungen bis zur Innenwandung (8) des Gehäuses (9) ansteigt.
Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2) mindesten zwei Ausnehmungen (4) an seinem Umfang aufweist, die mindestens zwei Arbeitsräume (5) zwischen dem Rotor (2) und der Innenwandung (8) des Gehäuses (9) einschließen, dass der Verbrennungsmotor (1 ) einen zusätzlichen, nach innen und nach außen beweglichen dritten Trenner (27) in Drehrichtung (P) des Rotors (2) hinter dem ersten Trenner (18) und vor dem zweiten Trenner (13) aufweist, der am Umfang des Rotors (2) anliegt und die Arbeitsräume (5) teilt, wenn sie sich im Bereich des dritten Trenners (27) befinden, dass der Verbrennungsmotor (1 ) eine Überströmleitung (28) auf- weist, die einen der Arbeitsräume (5), wenn er sich in Drehrichtung des Rotors (2) hinter dem ersten Trenner (18) befindet, mit einem anderen Arbeitsraum (5) verbindet, wenn sich der andere Arbeitsraum (5) in Drehrichtung des Rotors (2) vor dem zweiten Trenner (19) befindet, und dass der Verbrennungsmotor (1 ) einen weiteren zweiten Einlass (29) aufweist, der in Drehrichtung (P) des Rotors (2) hinter dem dritten Trenner (27) angeordnet ist.
6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Trenner (27) ein Schieberventil zur Steuerung des Gaseintrittes des Arbeitsgases in die mindestens zwei Arbeitsräume (5) aufweist, das mit dem Einlass (29) verbunden ist, wobei ein Schieber (31 ) des Schieberventils einen Einlasskanal (40) für das Arbeitsgas in die mindestens zwei Arbeitsräume (5) aufweist.
7. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überströmleitung (28) schließbar ist und/oder eine Kühlung (37) aufweist.
8. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (9) eine Kühlung (25) in Drehrichtung des Rotors (2) hinter dem ersten Trenner (18) und vor dem zweiten Trenner (19) aufweist.
9. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1 ) mehrere, gleichachsige und miteinander drehfeste Rotoren (2) aufweist, deren Arbeitsräume (5) voneinander getrennt und in Umfangsrichtung zueinander versetzt sind.
10. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1 ) einen Kraftstoffeinlass (30) in den Arbeitsgasspeicher (22) aufweist.
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