Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind Sternmotoren bekannt, bei denen die Zylinder mit Kolben sternförmig angeordnet sind und die Kolbenstangen eine Kurbelwelle antreiben. Eine Sonderform des Sternmotors ist der Umlaufmotor, bei dem die Kurbelwelle stillsteht und die Zylinder mit Kolben umlaufen.

Femer sind Kreiskolbenmotoren wie der Wankel-Motor bekannt, bei dem in einem ellipsoiden Gehäuse mit epithrohoiden Kammern ein Rotor umläuft, der der ellipsoiden Form folgt. Bei Bewegung des Rotors wird das Volumen der einzelnen Kammern verändert und es werden in einer Umdrehung des Rotors die vier Takte des Motors vollzogen, bei nicht optimaler Segmentierung. Die ellipsoide Form schafft Unterschiede in den Kammervolumen und so vollziehen sich die vier Arbeitszyklen. Diesen Motoren, wie auch den übrigen Verbrennungsmotoren mit Kolben, ist gemeinsam, dass die Verbrennung im Zylinder den Kolben bewegt und hierdurch die Antriebskraft erzeugt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verbrennungsmotor zu schaffen, der bei einfacher Konstruktion und ruhigem Lauf einen hohen Wirkungsgrad erzielt. Auch ist es Aufgabe der Erfindung, die ellipsoide Form zu vermeiden mit dem

Ziel der maximaler Kammernabdichtungen, Vibrationen bis zu einem Minimum zu reduzieren und die Konstruktion zu vereinfachen.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Neu ist hierbei u. a., dass die Verbrennung des Luft/Gas-Gemisches nicht mehr in den Zylindern erfolgt und damit die Kolben dem Antrieb nicht ^' mehr direkt dienen, sondern die Zylinder mit Kolben versorgen die zusätzliche Brennkammer mit dem komprimierten Luft/Gas-Gemisch. Das nach der Zündung aus der außerhalb des Rotors liegenden Verbrennungskammer ausströmende Gas treibt den Rotor an.

Durch diese Trennung von Verdichten und Verbrennen werden der Wirkungsgrad erhöht, Vibrationen verringert und der Verschleiß verringert. Verdichten und Verbrennen können in getrennten Bereichen der Maschine optimiert werden.

Der Rotor-Kolben-Verbrennungsmotor zeichnet sich dadurch aus, dass er kleine Außenmaße hat, leicht im Gewicht, aber sehr leistungsfähig und trotzdem sparsam ist, ein breites Spektrum der Regelung der Motorleistung bietet, einen geringen Kraftstoffverbrauch aufweist und Kraftstoffe mit höherem Zündpunkt, wie z. B. Wasserstoff, verbrennen kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Gemäß der Erfindung weist der Rotor-Kolben-Motor eine Kreisform des Rotors auf und mit vom Zentrum C versetzter Achse gebaut. Dies beseitigt die komplizierte ellipsoide Bewegung und erlaubt eine gute Abdichtung der einzelnen Arbeitskammern.

Das Vollziehen des Ansaugens, Anpressens und der Zündung des Kraftstoff- Luft-Gemisches und des Ausstoßens der Abgase erreicht man durch den

Unterschied in den Entfernungen von der vom Zentrum (C) des Rotors im Punkt B (Zentrum B) versetzter Achse der Kolbengruppe bis zur Peripherie des Rotors. Im Sektor des maximalen Radiuses ( r max. ) wird das Ansaugen und im Sektor des minimalen Radiuses ( r min. ) das Zünden des Kraftstoff-Luft-Gemisches und der Ausstoß der Abgase in einer Umdrehung des Rotors vollzogen. Die Kraft, die in Folge der Zündung entsteht, wird tangential in die Drehrichtung des Rotors gerichtet, die von der Verbrennungskammer, der Kolbengruppe und dem versetzten Zentrum (B) vorbestimmt ist.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Figur 1 einen Querschnitt des Rotor-Kolben-Verbrennungsmotors,

Figur 2 einen Schnitt nach D-D in Figur 1 - eine von den Varianten zur Lagerung der Kolbengruppe,

Figur 3 einen Schnitt nach F-F in Figur 1 ,

Figur 4 einen Schnitt nach E-E in Figur 1 ,

Figur 5 eine Stirnansicht des Motors,

Figur 6 eine Ansicht von oben auf den Motor,

Figur 7 Darstellung der Verzahnung zwischen den einzelnen Rotoren (R1. R2, R3) im Motor,

Figur 8 Schematische Darstellung des Prozesses des Ansaugens des Kraftstoff- Luft-Gemisches und des regelbaren Sektors (X), welcher dessen Anfangsmoment bestimmt,

Figur 9 Schematische Darstellung des Arbeitsprozesses und des regelbaren Sektors (Y), welcher den Anfangsmoment des Ausstoßes der Abgase bestimmt,

Figur 10 Kreisdiagramm der Prozesse Ansaugen (N), Einpressen (M), Arbeit (H), Ausstoß der Abgase (E), Vakuumentstehung (G).

Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Der Rotor-Kolben-Verbrennungsmotor bestehend aus drei oder mehr parallel zueinander stehenden, zusammenwirkenden flüssigkeitsgekühlten Gehäusen 1 , hat - gemäß den Figuren 1 bis 3 - je ein Gehäuse 1 , an welchem eine Zündkerze 2, eine Abgasöffnung 3 und eine Ansaugöffnung 4 angebracht sind. Im Gehäuse 1 ist der Rotor 5 mit zwei Zahnkränzen 14 angebracht. Auf diesem Rotor 5 sind die Segmente 9 beidseitig jeder einzelnen Arbeitskammer 11 der Zylinder 6 angebracht, welche zur Abdichtung derer dienen. Die Teile der Zylinder 6, welche im Rotor 5 beweglich erfasst sind, sind von der Außenseite kugelförmig, was die Funktion eines Kugelgelenkes erfüllt.

Die Zylinder 6 sind radial beweglich und orbital übergängig und gleiten an den mit kleineren Kolben 13 (Expandern) ausgerüsteten Kolben 8, welche ihrerseits mit den Segmenten 9 abgedichtet sind. Die Kolben 8 sind unabhängig voneinander beweglich, wie auf Fig. 2 gezeigt, axial montiert. Die Kolben 8/I und 8/Il I lagern im Gehäuse 1 und der Kolben 8/Il lagert zwischen und in Kolben 8/ und S/l 11. Die Lagerung der Kolbengruppe 8/I+II+III ist vom Zentrum C des Rotors 5 in Punkt B versetzt (versetztes Zentrum B, durchschnitten von der Achse 10). Die Kolben 8 sind gegenüber dem Zentrum B axial unbeweglich und orbital nicht übergängig. An den Zahnkränzen 14 an den beiden Seiten eines jeden Rotors 5 sind Zahnradgetriebe 15a verzahnt, und von den Endgehäusen R1 und R3 (siehe Fig. 7), gehen Ausgangswellen 15 aus. Die Bewegung geht von der Peripherie des Rotors 5 und nicht von seinem Zentrum aus. Durch den Durchmesser der Kolben 8, den Durchmesser des Rotors 5 und die vom

Zentrum C des Rotors 5 versetzte Achse 10 werden die Volumen der Arbeitskammern 11 und die Leistung des Motors bestimmt.

Der obere Totpunkt eines jeden Kolbens wird im Bereich erreicht, wo das Ausstoßen der Abgase anfängt (Fig. 1). Die gerade Linie, welche durch das Zentrum C des Rotors und durch das versetzte Zentrum B geht, zeigt genau diesen Bereich. Die Verbrennungskammer 17 befindet sich in einem Winkelabstand von 30°, genau von dieser geraden Linie vor der Abgasöffnung. Bei der Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Verbrennungskammer 17 hat der Kolben 8 noch nicht ganz den oberen Totpunkt erreicht.

Die im Rotor 5 kugelförmig beweglich erfassten Zylinder 6) wirken wie Ausgleichsarme (Winkelkompensatoren), welche die verwinkelten Übergänge zu den verschiedenen orbitalen Positionen, die durch das versetzte Zentrum B und die Kreisform des Rotors 5 bestimmt sind, kompensieren. In der Arbeitskammer 11 eines jeden Zylinders 6 ist konstruktiv ein kleinerer Kolben 13 vorgegeben, durch welchen die verschiedenen Belastungsmomente bei den unterschiedlich vorgegebenen Leistungen bis zum Zeitpunkt des Ausstoßens der Abgase kompensiert werden. Dieser kleinere Kolben 13 übt keinen Einfluss auf die in der Arbeitskammer 11 gebildete Indikatorspannung (Druck) aus. Die Bewegung wird durch Druck auf den Rotor 5 in seine Bewegungsrichtung tangential weitergegeben. Diese Bewegungsrichtung ist durch die Konstruktion der Verbrennungskammer 17 im Gehäuse 1 und von der vom Zentrum C des Rotors 5 versetzten Kolbengruppe, welche im Gehäuse 1 Fig. 2 (Achse 10) lagert, vorgegeben.

Mit Änderung der Position des versetzten Zentrums B von Punkt B zu einem anderen Punkt (das kann automatisch gesteuert werden) wird der Zylinderlauf (Arbeitsvolumen) verändert, und infolgedessen kann die Leistung des Motors während seines Arbeitslaufs verändert werden. Wie auf Fig. 1 und 9 zu sehen ist, kann der Abstand von der Verbrennungskammer 17 bis zur Ablassöffnung 3, welcher Bogen € darstellt, im Sektor Y verändert werden, dieses Verstellen beeinflusst und bestimmt den Arbeitsprozess (A = F cosφ) und den Anfangsmoment des Ausstoßens der Abgase. Im Sektor (r max.) ist die Ansaugöffnung 4 so konstruktiv vorgegeben, dass durch derer wählbarer Positionierung im

Sektor X der Anfangsmoment des Ansaugens des Kraftstoff-Luft-Gemisches verändert werden kann.

A = F cos φ φ = ω t

F = φ t I = r φ

A = Arbeit

F = Kraft ω = Winkelgeschwindigkeit φ = Drehwinkel t = Zeit

I = der Bogen (Weg) von der Verbrennungskammer 17 bis zur Ablassöffnung 3

Z = Übertragungszahl

Mit einem konstanten Volumen der Arbeitskammer 11 während des Arbeitsprozesses H wird durch diese Erfindung mit einer wesentlich kleineren Kraftstoffmenge der gewünschte Indikatordruck erreicht, der der vorgegebenen Kraft F entspricht, welche auf den Drehwinkel φ für eine bestimmte Zeit t wirkt.

Die Funktion des Motors wird nach dem Einschalten des Starters und dem Drehen des Rotors 5 realisiert. Infolge der konstruktiven Unterschiede in der Entfernung von der Peripherie des Rotors 5 bis zur vom Zentrum C versetzten Achse 10 verändern die Zylinder 6 das Volumen der Arbeitskammern 11 und in Abhängigkeit von ihren Berührungspunkten werden die fünf Arbeitsprozesse (siehe Fig. 10) in einer Umdrehung des Rotors 5 vollzogen. Bei dem Zündungsprozess bei Position des Kolbens (8/I, siehe Fig. 1 ), treffen die Arbeitskammer 11 und die Verbrennungskammer 17 im Gehäuse 1 aufeinander. In diesem Moment ist das Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Arbeitskammer 11 maximal gepresst. Bei dem Zusammentreffen mit der Verbrennungskammer 17 wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch in diese eingepresst und sofort gezündet. Nach der Zündung wirkt die entstandene Kraft F auf den Kolbenboden 8/I ₁ respektive auf den Rotor 5. Infolgedessen verteilt sich die Kraft F tangential auf den Rotor 5 in seine Bewegungsrichtung und wirkt bis zum Moment des Ausstoßens der Abgase durch die verstellbare Ablassöffnung

3. Die Arbeitskammern 11 im Rotor 5 sind in einem Winkelabstand von 120° von einander positioniert. Dadurch erfolgt für eine Umdrehung des Rotors 5 der Zündungsprozess dreimal (im Winkelabstand von 120°). Dieser Vorgang erfolgt in jedem der drei Gehäusen 1/R1 , R2, R3 des Motors separat.

Wie am Anfang erwähnt (siehe Fig. 6), besteht der komplette Motor aus drei oder mehr Gehäusen 1/ R1 , R2, R3, welche miteinander durch Zahnradgetriebe 15a verzahnt sind und synchron arbeiten. Die Kolbengruppe 8 eines jeden nachfolgenden Gehäuses 1 ist im Vergleich mit der vorherigen bei einem bestimmten Winkel, der proportional der Zahl der Gehäuse 1 im Motor entspricht, versetzt. Bei drei Gehäusen 1 wird jede nachfolgende Kolbengruppe 8 um 40°, gegenüber der Vorherigen, versetzt positioniert. Die Kombination aus verschiedenen Gehäuse-Durchmessergrößen im Motor erlaubt unterschiedliche Leistungswerte pro einzelnem Rotor 5 zu erreichen. Die so vorgegebene Konstruktion gibt je nach Bedarf und Situation die Möglichkeit, die Zahl der Gehäuse 1 , welche am Arbeitsbetrieb des Motors teilnehmen, automatisch auszuwählen. Infolgedessen erreicht man einen geringeren Kraftstoff- Verbrauch. Bei hohem Leistungsbedarf beteiligen sich alle Gehäuse 1 , R1 , R2, R3 an dem Arbeitsbetrieb des Motors.

Im Sektor vom maximalen Radius (r max., siehe Fig. 8), durch den ringförmigen Kolben 16 erfolgt das Luftansaugen und im Sektor vom minimalen Radius (r min., siehe Fig. 9), das Lufteinpressen. Durch Kanäle in den Zylindern 6 und im Rotor 5, bei bestimmten Berührungspunkten, übereinstimmend mit solchen Kanälen im Gehäuse 1 , geht die Luft zu den Zonen ein, in welchen sie zusätzliche Abkühlung vollzieht. Die eingepresste Luft kühlt Kerzen 2 und Verbrennungskammer 17 im Gehäuse 1 ab und unterstützt den Ausstoß der Abgase. Die radial in den Zylindern 6 angeordneten ringförmigen Kolben 16 bilden einen Kompressor. Bei Bedarf kann die Luft für zusätzliches Einpressen des Kraftstoff-Luft-Gemisches genutzt (eingesetzt) werden.

Im Stillstand hat der Rotor 5 eine bestimmte konstruktive Masse, welche insgesamt einen kleineren Wert hat als bei Rotation. Der Raum von der Innen-

seite des Rotors 5 wird einmalig mit Öl befüllt. In Folge der Rotation entstehen Zentrifugalkräfte, welche das Öl auf die Innenwand des Rotors 5 verteilen.

Der Rotor 5 hat eine konstruktiv vorgegebene Relief-Form der Innenwand. Diese bewirkt das Zerstäuben des Öls zurück in den inneren Raum des Motors. In Folge dessen entsteht ein neuer, größerer Wert der Masse des Rotors 5 bei Rotation. Das erlaubt ein niedriger Energieverbrauch bei Motorstart und ein höheres Rotationsmoment während des Arbeitsbetriebs des Motors.

Die Erfindung gehört zu den Verbrennungsmotoren vom Rotor-Kolben-Typ und kann im Automobil-, Flugzeug- und Schiffsbau, für Krafträder, Generatoren, Pumpen sowie zum Antrieb verschiedener Getriebe und Mechanismen verwendet werden.

Nach dem Anlassen des Rotor-Kolben-Motors wird der Rotor 5 in eine rechte Drehbewegung versetzt, wobei das Volumen der Arbeitskammer 11 während des Arbeitsprozesses (Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in Verbrennungskammer 17) konstant bleibt. Der Kolben 8 vollzieht in diesem Moment keine rücklaufende Bewegung. Die Kolben 8 dienen nur dazu, Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Zylindern 6 anzusaugen, und in die Verbrennungskammer 17 einzupressen und Abgase auszustoßen. Jeder einzelne Kolben 8 von denen lagert unabhängig voneinander. Die ganze Kolbengruppe rotiert um die Achse 10, welche vom Zentrum C versetzt ist.

Die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches geschieht außerhalb der Arbeitskammern 11 nämlich in der Verbrennungskammer 17. In diesem Moment bildet der Kolben 8, welcher das Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Verbrennungskammer 17 eingepresst hat, einen Winkel von 70° zum Rotor. Die bei der Detonation entstandene Kraft F wird direkt tangential durch Druck auf den Rotor 5 verteilt. Der Kolben 8 wird nicht in Rückbewegung in Folge der Detonation versetzt, so wie von der Fig. 1 und 3 ersichtlich. Jeder einzelne Kolben 8 weist einen kleineren Kolben 13 auf, welcher einen Teil der Detonationskraft F im ersten Moment auffängt und ermöglicht dadurch, eine Ausbalancierung (Kompensierung)

der unterschiedlich starken Detonationen bei einer Änderung der Position von Ausstoßöffnung 3 oder Ansaugöffnung 4 oder des Zentrums B. Er schützt Verbrennungskammer 17 und auch Gehäuse 1 somit vor Überbelastung.

Der Rotor-Kolben-Verbrennungsmotor besteht aus 3 Rotoren 5 und 3 Kolbengruppen 8/1, 8/II, S/i 11 mit den dazugehörenden Zylindern 6, insgesamt 9 Kolben 8. Jeder Kolben 8 ist so gegenüber dem anderen konstruktiv vorgegeben positioniert, dass zwischen ihnen ein Winkel von 40° besteht. Das bedeutet, dass beim Anlassen des Motors, Zündung in Intervallen von 40° vollzogen wird. Dieser Winkelabstand wird bei einer eventuellen Ausführung des Motors mit 4 Rotoren 5 dementsprechend proportional auf 30° reduziert werden. (Zum Beispiel: Bei 5 Rotoren 5 auf 24°)

Bei einem niedrigen Drehlaufmoment des Motors werden hohe Umdrehungen an der Ausgangswelle 15, welche direkt mit dem Rotor 5 an seiner Peripherie verzahnt ist, erreicht und das ohne komplizierte Ausführungen, wie zum Beispiel Untersetzungsgetriebe.

Abschließend ist festzustellen, dass durch die Erfindung ein Rotor-Kolben- Verbrennungsmotor entwickelt worden ist, welcher im Vergleich zum Wankel-Motor keine ellipsoide Bewegung ausführt und konstruktive Vorteile aufweist. Optimales Abdichten der Arbeitskammer 11 ; niedriger Energieverbrauch bei Motorstart; leichter im Gewicht und leistungsfähiger im Betrieb; kleine Motorgröße; guter dynamischer Abgleich; sparsam; nach Bedarf automatische nutzerorientierte Regelung der Motorleistung, daher je nach Situation wählbarer Kraftstoffverbrauch, fähig Kraftstoffe mit höherem Detonationspunkt, wie Wasserstoff, zu verbrennen.