EP0080070B1 - Verbrennungsmotor - Google Patents

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Publication number
EP0080070B1
EP0080070B1 EP82109949A EP82109949A EP0080070B1 EP 0080070 B1 EP0080070 B1 EP 0080070B1 EP 82109949 A EP82109949 A EP 82109949A EP 82109949 A EP82109949 A EP 82109949A EP 0080070 B1 EP0080070 B1 EP 0080070B1
Authority
EP
European Patent Office
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flap
combustion engine
engine according
stator
combustion
Prior art date
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Expired
Application number
EP82109949A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0080070A1 (de
Inventor
Michael L. Zettner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zettner Michael
Original Assignee
Zettner Michael L
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zettner Michael L filed Critical Zettner Michael L
Priority to AT82109949T priority Critical patent/ATE26740T1/de
Publication of EP0080070A1 publication Critical patent/EP0080070A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0080070B1 publication Critical patent/EP0080070B1/de
Expired legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/30—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
    • 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
    • F01C11/00—Combinations of two or more machines or engines, each being of rotary-piston or oscillating-piston type
    • F01C11/006—Combinations of two or more machines or engines, each being of rotary-piston or oscillating-piston type of dissimilar working principle
    • F01C11/008—Combinations of two or more machines or engines, each being of rotary-piston or oscillating-piston type of dissimilar working principle and of complementary function, e.g. internal combustion engine with supercharger

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine with a rotor having a circular cross section and an annular stator surrounding the rotor.
  • DE-C 283 368 describes an internal combustion engine with a rotor with a circular cross section and an annular stator (inner rotor) surrounding the rotor, a flap being mounted on the inside of the stator, which flap can be pushed back into the stator by a working cam on the rotor is, and in the circumferential surface of the rotor there are recesses in the form of circular sections as expansion spaces, at one end of which a combustion chamber is arranged and the other end of which runs out into a ramp; flaps can be pushed into the recesses of the rotor to absorb the forces of the expanding combustion gases and can be pushed back into the stator by means of a ramp.
  • the flaps however, have the disadvantage that their edges abutting the rotor are subject to high wear and tear, and thus all known sealing problems are present on the motor.
  • a rotary piston engine is known, with a rotor with a circular cross-section and an annular stator surrounding the rotor, a flap being pivotally mounted on the inside of the stator, which flap can be folded back into the stator by a working cam on the rotor is.
  • the flap is pressed into its closed position by a leaf spring and sealed against the rotor by a sealing strip.
  • the spring can no longer perform its task and the sealing strip is subject to rapid wear.
  • This motor which operates on the principle of expansion, has the further known disadvantage that the rotor is also sealed off from the stator by a further sealing strip which is strongly subject to wear.
  • the motor has a dead center, which is given by the fact that the outlet opening for the gas in the rotor and the outlet opening in the stator correspond to one another in a specific position.
  • this engine also suffers from the fundamental disadvantage of all known rotary piston engines that there is practically no torque in the lower speed range.
  • the invention is therefore based on the object of providing an engine which avoids the disadvantages of known engines, which operates in particular as a rotary engine and which is at the same time able to process alternative fuels, in particular gaseous hydrogen, without problems and as environmentally friendly as possible.
  • the invention is based on an internal combustion engine with an inner part which is circular in cross section and an annular outer part surrounding the inner part, at least one circular section-shaped recess being present as an expansion space in the peripheral surface of the inner part, at one end of which a combustion chamber is arranged and the latter the other end is delimited by a working cam which ends in a ramp towards the expansion space and at least one flap is pivotally mounted on the inside of the outer part, which flap can be folded into the recess of the inner part to absorb the forces of the expanding combustion gases and through the ramp into the Outside part can be folded back.
  • the invention consists in that the flap towards the expansion space has the shape of a spoiler, against which the combustion gases flow in an effective flow-mechanical manner.
  • This engine is characterized by the following properties: It can be operated with simple hydrogen gas, which is oxidized with the oxygen in the air. An early ignition cannot take place, since hydrogen and air are brought together in a combustion chamber just before the ignition. A compress There is no phase of development. Subsequent detonation of unburned gas residues does not have an adverse effect on the engine or its operation, but is converted into additional drive energy.
  • the combustion chambers 23 are fastened to the arm supports with arms, in the exemplary embodiment with four arms 431, 432, 433 and 434, in the example to the two arm supports 421, 422.
  • the expansion space 22 extends between each two combustion chambers and is delimited towards the rotor axis 4 by an outer limiting part 34 and in the axial direction on each side by an outer ring 51, 52.
  • the outer ring 51 is shown on one side.
  • An identical ring 52 is located axially on the opposite motor side.
  • the rotor 2 is fixed and supported in the stator 3 by two outer ring carriers 61, 62.
  • an outer ring carrier 61 is shown, while the second outer ring carrier 62 is axially seen on the other engine side.
  • the rotor axis 4 is mounted in a manner known per se with a ball bearing 63 in the outer ring carriers 61, 62.
  • the stator 3 consists of annular fins 35, of which the fins 351, 352, 353 are designated in FIG. 1, for example. Spacers 36 are located between the fins 35.
  • the stator block consisting of fins 35 and spacers 36 is held together by connecting bolts 37 passing through the stator. In Fig. 1 one of the connecting bolts 37 is shown.
  • the stator 3 On its inside 31, the stator 3 has recesses 33 for receiving the flaps 32. These recesses 33 are preferably complementary to the shape of the flaps 32 or form-fitting with them.
  • the flaps 32 have the shape of a spoiler towards the expansion space 22. The spoiler shape causes the flue gases flowing towards the flap 32 to pull the flap 32 into the expansion space 22, as shown by the arrow P3 in FIG. 4b.
  • the two toggle levers 323 lie one behind the other on both sides of the flap 32, so that in the figures only one is visible.
  • the flap linkage it is also possible for the flap linkage to consist of two straight and one toggle levers, in which case a straight lever lies on each side of the flap 32.
  • the pivoting movement of the flap 32 into the expansion space 22 is limited by a stop lug 324 molded onto the toggle lever 323 and abutting the flap 32 in the lowered position.
  • This stop lug 324 limits the lowering movement of the flap 32 in such a way that the underside of the flap 32 is only a very small distance from the inner boundary 25 of the expansion space 22. This distance is only about 5/1000 mm.
  • the flap 32 can be pivotably supported by a flap linkage and a pivotable part of the outer boundary 34. It would also be possible to arrange the flap 32 in a rail without linkage, similar to an elevator, in or out of the expansion space 22.
  • the flaps 32 of the engine 1 are located in the expansion space 22 and absorb the forces of the expanding combustion gases.
  • the rotor 2 performs a rotational movement with respect to the stator 3, with the result that, as shown in FIG. 4c, the front edge 321 of the flap 32 abuts the ramp 24 and initiates a folding back movement.
  • the flap 32 is shown in two successive times. The flap 32 is folded back into the stator by two sliding pins 325a, 325b located in the front edge 321 of the flap 32 and sliding on the ramp 24 (FIG. 5).
  • the flap 32 is shown in an enlarged view.
  • the flap 32 is preferably cast from a light metal customary in engine construction.
  • two sliding pins 325a, 325b are located in the front edge 321.
  • the slide pins 325 a, b do not touch the inner boundary 25.
  • the sliding pins 325a, 325b come into contact with the inner boundary, as can be seen in FIG. 6b, and slide along the edge of the inner ring 261. Due to this very short-term contact of the pins 325a, b with the inner ring 261, 262, the sliding pins are only subjected to very little stress and therefore have a very long service life.
  • the pins 325a, b can be readjusted or readjusted very easily in the event of excessive abrasion.
  • wheels which roll on the ramp 24 are mounted in the front edge 321. Rolling wheels can also be attached on the opposite edge 327, which, when the combustion chamber 23 is rotated past, convert the sliding friction of the flap 32 into rolling friction and thus protect the flap material.
  • a roller bearing is arranged in the ramp 24, on which the front edge 321 of the flap 32 can roll directly.
  • 7a, 7b show the essential sealing elements of the motor 1.
  • the sealing elements have to seal the expansion space 22 against the stator 3 and the flaps 32 against the rotor 2.
  • 7a shows a section through the combustion chamber 23 and the expansion space 22 along the line VIIa-VIIa of FIG. 7b.
  • Below the inner boundary 25 is the seal 611 and on both sides next to the front edge of the combustion chamber 23 there is a sealing strip 612a, 612b and seal the expansion space 22 with respect to the outer rings 51, 52.
  • the flap 32 is also sealed by sealing strips 326a, 326b during its pivoting movement with respect to the outer rings 51, 52.
  • a motor is conceivable in which the rotor 2 is stationary and the stator 3 is rotating.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einem im Querschnitt kreisförmigen Rotor und einem den Rotor umgebenden kreisringförmigen Stator.
  • Es sind schon zahlreiche Kreiskolbenmotore in den unterschiedlichsten Konstruktionen bekannt geworden, denen es bisher nicht gelungen ist, ihre «Kinderkrankheiten» abzulegen und sich gegen herkömmliche Motoren durchzusetzen. Am weitesten auf diesem Gebiet ist der als Wankelmotor bekannte Kreiskolbenmotor entwickelt worden, der jedoch wegen unüberwindbarer Materialprobleme gleichfalls keinen endgültigen Durchbruch bisher geschafft hat. Trotzdem behält der grundlegende Gedanke aller dieser Überlegungen, vom «Dampfmaschinenprinzip» abzugehen und die Expansionskräfte von Verbrennungsgasen sogleich in eine Drehbewegung umzusetzen, seine Gültigkeit. Dieser Gedanke hat auch zur Entwicklung der Turbine geführt. Die hohe Drehzahl der Turbine setzt ihrer Anwendung jedoch in vielen Fällen Grenzen, da durch die hohe Drehzahl auch ihre Leistung nach unten begrenzt ist. Andererseits ist der Kolbenmotor in seiner Leistung praktisch nach oben begrenzt, da er sonst raum- und gewichtsmässig zu gross wird.
  • Neuerdings ist bei dem Versuch der Umstellung von herkömmlichen Kolbenmotoren auf Wasserstoff als Brennstoffgas ein weiteres Problem aufgetreten, das man als das Problem der Detonation bezeichnen kann. Ein Wasserstoffgas-LuftGemisch entzündet sich sehr leicht von selbst. In der Kompressionsphase eines Kolbenmotors kann es zu einer frühzeitigen Zündung kommen, die eine erhebliche Motorbeschädigung zur Folge haben kann oder bestenfalls zur Ineffektivität führt. Arbeitet man mit flüssigem Wasserstoff, so ist diese Gefahr zwar kleiner, beseitigt ist sie jedoch nicht, da sich ein Teil des Flüssig-Wasserstoff-Luft-Gemisches in ein Gasförmig-Wasserstoff-Luft-Gemisch verwandeln kann. Die hohe Betriebstemperatur begünstigt diesen Vorgang. Hierbei auftretende Nebenprobleme sind die Betankung und Zuleitung, für die besondere wärme-und gleichzeitig kältebeständige Materialien und Verfahren benötigt werden. Die enorme Energieaufwendung, die zur Verflüssigung des Wasserstoffs notwendig sind, stellen die Wirtschaftlichkeit eines solchen Motors in Frage.
  • In der DE-C 283 368 ist ein Verbrennungsmotor beschrieben mit einem im Querschnitt kreisförmigen Rotor und einem den Rotor umgebenden kreisringförmigen Stator (Innenläufer), wobei an der Innenseite des Stators eine Klappe gelagert ist, die durch einen am Rotor befindlichen Arbeitsnocken in den Stator zurückschiebbar ist, und in der Umfangsfläche des Rotors kreisabschnittsförmige Ausnehmungen als Expansionsräume vorhanden sind, an deren einem Ende eine Brennkammer angeordnet ist und deren anderes Ende in eine Rampe ausläuft; es sind Klappen in die Ausnehmungen des Rotors zur Aufnahme der Kräfte der expandierenden Verbrennungsgase hineinschiebbar und durch eine Rampe in den Stator rückschiebbar. Den Klappen haftet jedoch der Nachteil an, dass ihre an dem Rotor anliegenden Kanten einem hohen Verschleiss unterliegen und damit an dem Motor sämtliche bekannten Abdichtungsprobleme vorhanden sind.
  • Aus der DE-A 2 429 553 ist ein Kreiskolbenmotor bekannt, mit einem im Querschnitt kreisförmigen Rotor und einem den Rotor umgebenden kreisringförmigen Stator, wobei an der Innenseite des Stators eine Klappe schwenkbar gelagert ist, die durch einen am Rotor befindlichen Arbeitsnocken in den Stator rückklappbar ist. Die Klappe wird durch eine Blattfeder in ihre Schliessstellung gedrückt und durch eine Dichtleiste gegenüber dem Rotor abgedichtet. Bei höheren Drehzahlen vermag die Feder ihre Aufgabe nicht mehr zu erfüllen und die Dichtleiste unterliegt einem schnellen Verschleiss. Diesem nach dem Expansionsprinzip arbeitenden Motor haftet der weitere bekannte Nachteil an, dass auch der Rotor gegenüber dem Stator durch eine dem Verschleiss stark unterliegende weitere Dichtleiste abgedichtet ist. Ausserdem hat der Motor einen Totpunkt, der dadurch gegeben ist, dass die Austrittsöffnung für das Gas im Rotor und die Auslassöffnung im Stator in einer bestimmten Stellung miteinander korrespondieren. Schliesslich haftet auch diesem Motor der grundsätzliche Nachteil aller bekannten Kreiskolbenmotore an, im unteren Drehzahlbereich praktisch kein Drehmoment zu besitzen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Motor zu schaffen, der die Nachteile bekannter Motoren vermeidet, der insbesondere als Rotationsmotor arbeitet und der gleichzeitig in der Lage ist, alternative Kraftstoffe, insbesondere gasförmigen Wasserstoff, problemlos und möglichst umweltfreundlich zu verarbeiten.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einem Verbrennungsmotor mit einem im Querschnitt kreisförmigen Innenteil und einem das Innenteil umgebendes kreisringförmiges Aussenteil aus, wobei in der Umfangsfläche des Innenteiles mindestens eine kreisabschnittsförmige Ausnehmung als Expansionsraum vorhanden ist, an derem einen Ende eine Brennkammer angeordnet ist und deren anderes Ende von einem Arbeitsnocken begrenzt ist, der zum Expansionsraum hin in eine Rampe ausläuft und wobei an der Innenseite des Aussenteiles mindestens eine Klappe schwenkbar gelagert ist, die in die Ausnehmung des Innenteiles zur Aufnahme der Kräfte der expandierenden Verbrennungsgase hineinklappbar und durch die Rampe in das Aussenteil rückklappbar ist. Die Erfindung besteht darin, dass die Klappe zum Expansionsraum hin, die Form eines Spoilers hat, gegen den die Verbrennungsgase strömungsmechanisch wirksam anströmen. Dieser Motor zeichnet sich durch folgende Eigenschaften aus: Er kann mit einfachem Wasserstoffgas betrieben werden, das mit dem Sauerstoff der Luft oxidiert wird. Eine verfrühte Zündung kann nicht erfolgen, da Wasserstoff und Luft erst unmittelbar vor der Zündung in einer Brennkammer zusammengebracht werden. Eine Kompressionsphase gibt es nicht. Eine nachträgliche Detonation unverbrannter Gasreste hat keine nachteilige Wirkung auf den Motor bzw. dessen Lauf, sondern wird in zusätzliche Antriebsenergie umgesetzt.
  • In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben. Es zeigen:
    • Fig. 1 eine Ansicht des geöffneten Innenraumes eines Motors,
    • Fig. 2 eine Ansicht des Motors mit teilweise geschlossenem Innenraum,
    • Fig. 3 eine Ansicht des zusammengebauten Motors,
    • Fig. 4a eine Vorderansicht, ein Querschnitt und eine rückwärtige Ansicht einer Brennkammer,
    • Fig. 4b ein Motorausschnitt mit einer Brennkammer und einer Klappe,
    • Fig. 4c ein Motorausschnitt mit der Klappe in zwei verschiedenen Stellungen,
    • Fig. 5 eine Klappe in vergrössertem Massstab,
    • Fig. 6a zwei Schnitte durch die innere Begrenzung und
    • Fig. 6b die Klappe nach den Schnittlinien Vla-Vla, Vlb-Vlb von Fig. 4c,
    • Fig. 7a einen Schnitt nach der Linie Vlla-Vlla von Fig. 7b und
    • Fig. 7b eine Ansicht des Motors mit weggelassenem Ausenring aus Richtung des Pfeiles Vllb von Fig. 7a.
  • Fig. 1 zeigt die axiale Ansicht eines Motors 1 mit geöffnetem Innenraum, wobei die Blickrichtung mit der Motorachse 4 einen kleinen Winkel bildet. Die Ansicht lässt die beiden Hauptteile des Motors 1 erkennen, nämlich der Rotor 2 und den Stator 3, woraus zu erkennen ist, dass in diesem Ausführungsbeispiel der Motor 1 als Innenläufer ausgebildet ist. Der Rotor 2 besitzt in seiner Umfangsfläche 21 kreisabschnittsförmige Ausnehmungen 22 als Expansionsräume für die Verbrennungsgase. An einem Ende des Expansionsraumes 22 ist eine Brennkammer 23 angeordnet, während das andere Ende in eine Rampe 24 ausläuft. Andererseits sind an der Innenseite 31 des Stators 3 Klappen 32 schwenkbar gelagert, die in die Ausnehmungen 22 des Rotors 2 zur Aufnahme der Kräfte der expandierenden Verbrennungsgase hineinklappbar und durch die Rampe 24 in den Stator 3 rückklappbar sind. Wie später noch näher erläutert werden wird, handelt es sich hierbei um die Konvex-Version des Verbrennungsmotors 1 bezüglich der Brennkammern 23. In dem in Fig. 1 wiedergegebenen Ausführungsbeispiel des Motors 1 hat dieser vier Antriebsaggregate, bestehend aus jeweils vier Expansionsräumen 22 mit acht Klappen 32 und vier Brennkammern 23. Es versteht sich jedoch, dass dieses lediglich ein Beispiel ist und dass es ohne weiteres möglich ist, 2, 3, 5, 7, 8 oder auch mehr Antriebsaggregate vorzusehen. Auch die Anzahl der Klappen ist beliebig.
  • Die Brennkammern 23 sind mit Armen, im Ausführungsbeispiel mit jeweils vier Armen 431, 432, 433 und 434 an den Armträgern, im Beispiel den beiden Armträgern 421, 422 befestigt. Am äusseren Ende der Arme befinden sich zwei Innenringe 261, 262, von denen jedoch nur der auf der Ansichtsseite liegende Innenring 261 sichtbar ist. Zwischen jeweils zwei Brennkammern erstreckt sich der Expansionsraum 22, der zur Rotorachse 4 hin durch ein äusseres Begrenzungsteil 34 und in axialer Richtung auf beiden Seiten durch jeweils einen Aussenring 51, 52 begrenzt ist. In Fig. 2 ist der auf einer Seite befindliche Aussenring 51 wiedergegeben. Ein gleicher Ring 52 befindet sich axial gesehen auf der gegenüberliegenden Motorseite. Der Rotor 2 ist durch zwei Aussenringträger 61, 62 im Stator 3 fixiert und gelagert. In Fig. 3 ist ein Aussenringträger 61 wiedergegeben, während sich der zweite Aussenringträger 62 axial gesehen auf der anderen Motorseite befindet. Die Rotorachse 4 ist in an sich bekannter Weise mit einem Kugellager 63 in den Aussenringträgern 61, 62 gelagert.
  • Der Stator 3 besteht aus kreisringförmigen Lamellen 35, von denen in Fig. 1 beispielsweise die Lamellen 351, 352, 353 bezeichnet sind. Zwischen den Lamellen 35 befinden sich Distanzteile 36. Der aus Lamellen 35 und Distanzteilen 36 bestehende Statorblock wird durch den Stator durchsetzende Verbindungsbolzen 37 zusammengehalten. In Fig. 1 ist einer der Verbindungsbolzen 37 wiedergegeben.
  • In einer zweiten Ausführungsform des Stators 3 besteht dieser aus kreisabschnittsförmigen, durch Fixierungen zusammengehaltenen Segmenten. Diese Segmente können vorzugsweise aus geeigneten und im Motorbau üblichen Leichtmetallen bzw. -legierungen bestehen.
  • Auf seiner Innenseite 31 weist der Stator 3 Ausnehmungen 33 für die Aufnahme der Klappen 32 auf. Diese Ausnehmungen 33 sind vorzugsweise komplementär zur Form der Klappen 32 bzw. formschlüssig mit diesen. Die Klappen 32 haben zum Expansionsraum 22 hin die Form eines Spoilers. Die Spoilerform bewirkt, dass die die Klappe 32 anströmenden Verbrennungsgase die Klappe 32 in den Expansionsraum 22 hineinzieht, so wie dieses der Pfeil P3 in Fig. 4b zeigt.
  • In Fig. 4a ist eine Vorderansicht, ein Schnitt und eine Hinteransicht der Brennkammer 23 in vergrössertem Massstab wiedergegeben. Die Brennkammer 23 besteht aus der Austrittsdüse 232, dem Brennraum 231, zwei Eintrittsdüsen 233, 234 für die beiden Reaktionsgase bzw. Brennstoffgase und einer Zündsonde 235. Als Brenngase werden vorzugsweise .Wasserstoff und Luft verwandt. Zwei Brennstoffgase, die unter bestimmten Druckverhältnissen in der Brennkammer 23 zusammengebracht werden, werden durch die Zündsonde 235, die in die Brennkammer 23 hineinragt, entzündet. Die Menge der einzelnen Gase und deren Druck lässt sich durch Kompressoren genau regeln und einstellen. Durch die Zündsonde 235 ist es auch möglich, die für die jeweiligen Gase entsprechende Zündung, d.h. Zündtemperatur und Zündmoment, genau einzustellen. Bei den zu verwendenden Gase sind die üblichen stöchiometrischen Mengenverhältnisse zu beachten, sowie die Auswirkung auf das Material, aus dem die Brennkammer 23 besteht. Eine Kompression des Gases findet in der Brennkammer 23 nicht statt. Das Problem der Selbstzündung bei bestimmten Gasen, wie z. B. Wasserstoff, stellt sich daher überhaupt nicht. Ausserdem wäre Früh- oder Spätzündung für die Funktion des Motors 1 unerheblich, im Gegensatz zu den Verhältnissen bei einem Kolbenmotor.
  • Die gegenseitige Stellung von Brennkammer 23 und Rampe 24 ist in Fig. 4b und Fig. 4c dargestellt. Wegen des kleineren Massstabes dieser Darstellung ist die Krümmung von Rotor 2 und Stator 3 nicht erkennbar. Der Pfeil P1 gibt die Drehrichtung des Rotors 2 an. Mit dem Rotor 2 und der Brennkammer 23 bewegt sich auch die Rampe 24 in diese Drehrichtung. Bei dieser Bewegung läuft die Klappe 32 mit ihrer Vorderkante 321 auf die Rampe 24 auf. Die Klappe 32 ist an einem Klappengestänge 322, 323 schwenkbar gelagert. Bei dem in den Fig. 4b, 4c wiedergegebenen Klappengestänge besteht dieses aus mindestens einem geraden Hebel 322 und zwei Kniehebel 323. In den Fig. 4b, 4c liegen die beiden Kniehebel 323 auf beiden Seiten der Klappe 32 hintereinander, so dass in den Figuren nur einer sichtbar ist. Andererseits ist es aber auch möglich, dass das Klappengestänge aus zwei geraden und einem Kniehebel besteht, wobei in diesem Fall jeweils ein gerader Hebel auf jeder Seite der Klappe 32 liegt.
  • Die Schwenkbewegung der Klappe 32 in den Expansionsraum 22 hinein ist durch eine an den Kniehebel 323 angeformte und in der abgesenkten Stellung an die Klappe 32 anschlagende Anschlagnase 324 begrenzt. Durch diese Anschlagnase 324 wird die Absenkbewegung der Klappe 32 derart begrenzt, dass die Unterseite der Klappe 32 nur noch einen sehr geringen Abstand von der inneren Begrenzung 25 des Expansionsraumes 22 besitzt. Dieser Abstand beträgt nur noch etwa 5/1000 mm.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann die Klappe 32 durch ein Klappengestänge und einen schwenkbar ausgebildeten Teil der äusseren Begrenzung 34 schwenkbar gelagert sein. Ebenfalls wäre es möglich, die Klappe 32 in einer Schiene ohne Gestänge, ähnlich wie einen Fahrstuhl, in den Expansionsraum 22 hinein- oder herausschiebbar anzuordnen.
  • Bei der Drehung des Rotors 2 befinden sich die Klappen 32 des Motors 1 in dem Expansionsraum 22 und nehmen die Kräfte der expandierenden Verbrennungsgase auf. Hierdurch führt der Rotor 2 eine Drehbewegung gegenüber dem Stator 3 aus, was zur Folge hat, dass, wie in Fig. 4c wiedergegeben ist, die Vorderkante 321 der Klappe 32 gegen die Rampe 24 anstösst und eine Rückklappbewegung einleitet. In Fig. 4c ist die Klappe 32 in zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Zeitpunkten wiedergegeben. Die Rückklappbewegung der Klappe 32 in den Stator erfolgt durch zwei in der Vorderkante 321 der Klappe 32 befindliche, auf der Rampe 24 gleitende Gleitstifte 325a, 325b (Fig. 5).
  • In Fig. 5 ist die Klappe 32 in vergrösserter Darstellung wiedergegeben. Die Klappe 32 ist vorzugsweise aus einem im Motorenbau üblichen Leichtmetall gegossen. In der Vorderkante 321 befinden sich beispielsweise zwei Gleitstifte 325a, 325b. Während der in Fig. 6a dargestellten freien Bewegung im Expansionsraum 22 berühren die Gleitstifte 325a, b die innere Begrenzung 25 nicht. Erst beim Auflaufen der Klappe 32 auf die Rampe 24 bekommen die Gleitstifte 325a, 325b Berührungskontakt mit der inneren Begrenzung, wie dieses aus Fig. 6b zu ersehen ist und gleiten auf der Kante des Innenrings 261 entlang. Durch diese nur sehr kurzfristige Berührung der Stifte 325a, b mit dem Innenring 261, 262 werden die Gleitstifte nur sehr wenig beansprucht und haben daher eine sehr grosse Lebensdauer.
  • Da die Klappe 32 am Stator 3 gelagert ist, können im Falle eines zu starken Abriebs die Stifte 325a, b sehr leicht nachgestellt bzw. nachjustiert werden. Bei einer zweiten Ausführungsform der Klappen 32 sind in der Vorderkante 321 auf der Rampe 24 abrollende Rädchen gelagert. Ebenfalls können auf der gegenüberliegenden Kante 327 abrollende Rädchen angebracht sein, die beim Vorbeidrehen der Brennkammer 23 bis zum Fall die Gleitreibung der Klappe 32 in Rollreibung umwandeln und so das Klappenmaterial schonen. Gemäss einer dritten Variante ist in der Rampe 24 ein Laufrollenlager angeordnet, auf dem die Vorderkante 321 der Klappe 32 direkt abrollen kann.
  • Die Fig. 7a, 7b zeigen die wesentlichen Dichtungselemente des Motors 1. Die Dichtungselemente müssen einerseits den Expansionsraum 22 gegenüber dem Stator 3 und die Klappen 32 gegenüber dem Rotor 2 abdichten. Fig. 7a stellt einen Schnitt durch die Brennkammer 23 sowie den Expansionsraum 22 nach der Linie Vlla-Vlla von Fig. 7b dar. Unterhalb der inneren Begrenzung 25 liegt die Dichtung 611 und zu beiden Seiten neben der Vorderkante der Brennkammer 23 jeweils eine Dichtleiste 612a, 612b und dichten den Expansionsraum 22 gegenüber den Aussenringen 51, 52 ab. Andererseits ist aber auch die Klappe 32 durch Dichtleisten 326a, 326b bei ihrer Schwenkbewegung gegenüber den Aussenringen 51, 52 abgedichtet. Es besteht bei dem Motor aber auch die Möglichkeit, durch eine höhere Passgenauigkeit von inneren Begrenzung 25, Brennkammer 23, Brennkammerblende 236 und Klappe 32 auf die Dichtungen 611, 612a, 612b und 326a, b ganz zu verzichten. Eine weitere Möglichkeit ist die, das innere Begrenzungsteil 25 und/oder die Klappe 32 aus selbstdichtendem Material herzustellen.
  • Ferner ist ein Motor denkbar, bei dem der Rotor 2 stationär und der Stator 3 die Drehbewegung ausführt. Man kann hier von einer Umkehr der Rotor-Stator-Eigenschaft sprechen. Schliesslich ist es auch denkbar, den Motor 1 so zu gestalten, dass Stator 3 und Rotor 2 als koaxiale Scheiben ausgebildet sind.

Claims (18)

1. Verbrennungsmotor (1) mit einem im Querschnitt kreisförmigen Innenteil (2) und einem das Innenteil (2) umgebendes kreisringförmiges Aussenteil (3), wobei in der Umfangsfläche (21) des Innenteiles (2) mindestens eine kreisabschnittsförmige Ausnehmung (22) als Expansionsraum vorhanden ist, an derem einen Ende eine Brennkammer (23) angeordnet ist und deren anderes Ende von einem Arbeitsnocken begrenzt ist, der zum Expansionsraum hin in eine Rampe (24) ausläuft und wobei an der Innenseite des Aussenteiles (3) mindestens eine Klappe (32) schwenkbar gelagert ist, die in die Ausnehmung (22) des Innenteiles (2) zur Aufnahme der Kräfte der expandierenden Verbrennungsgase hineinklappbar und durch die Rampe (24) in das Aussenteil (3) rückklappbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (32) zum Expansionsraum (22) hin die Form eines Spoilers hat, gegen den die Verbrennungsgase strömungsmechanisch wirksam anströmen.
2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das im Querschnitt kreisförmige Innenteil (2) als Rotor und das das Innenteil (2) umgebende Aussenteil (3) als Stator ausgebildet ist.
3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (23) eine rotationssymmetrische Form mit einem Brennraum (231) und einer Austrittsdüse (232) aufweist und die Längsachse der Brennkammer (23) an dem kreisförmigen Innenteil (2) tangential angeordnet ist.
4. Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffgase durch die hohle Rotorachse (4) hindurch den Brennkammern (23) zugeführt werden.
5. Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem inneren Begrenzungsteil (25) und den Brennkammern (23) einerseits und den Aussenringen (51, 52) andererseits Dichtungen (611, 612) und zwischen der Klappe (32) einerseits und den Aussenringen (51, 52) andererseits Dichtungen (326a, 326b) angeordnet sind.
6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungen aus ausdehnungskompensiertem Bimaterial bestehen.
7. Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Begrenzungsteil (25) und/oder die Klappe (32) aus selbstdichtendem Material bestehen.
8. Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (3) bzw. Klappenträger aus kreisabschnittsförmigen, durch Fixierungen zusammengehaltenen Segmenten besteht.
9. Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator bzw. Klappenträger (3) auf seiner Innenseite (31) Ausnehmungen (33), vorzugsweise formschlüssige Ausnehmungen, für die Aufnahme der Klappen (32) aufweist.
10. Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jede Klappe (32) an einem Klappenträger (322, 323) schwenkbar gelagert ist.
11. Verbrennungsmotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Klappengestänge (322, 323) aus mindestens einem geraden Hebel (322) und zwei Kniehebeln (323) oder zwei geraden und einem Kniehebel besteht.
12. Verbrennungsmotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkbewegung der Klappe (32) in den Expansionsraum (22) hinein durch eine an dem Kniehebel (323) angeformte und an die Klappe (32) in der abgesenkten Stellung anschlagende Anschlagnase (324) begrenzt ist.
13. Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jede Klappe (32) durch ein Klappengestänge und einen schwenkbar ausgebildeten Teil der äusseren Begrenzung (34) schwenkbar gelagert ist.
14. Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappen (32) an einer in radialer Richtung verlaufenden Einrichtung in den Expansionsraum (22) hinein-und herausschiebbar ist.
15. Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappen (32) an einem Schwenkhebel gelagert sind.
16. Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückklappbewegung der Klappe (32) in den Stator (3) durch zwei in der Vorderkante (321) der Klappe (32) befindliche und auf der Rampe (24) gleitende Gleitstifte (325a, 325b) erfolgt.
17. Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückklappbewegung der Klappe (32) in den Stator (3) durch zwei in der Vorderkante (321) der Klappe (32) gelagerte und auf der Rampe (24) abrollende Rädchen erfolgt.
18. Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rampe (24) ein Laufrollenlager angeordnet ist, auf dem die Vorderkante (321) der Klappe (32) direkt abrollt.
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