DE4138204C1 - - Google Patents
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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
- F01C1/40—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 having a hinged member
- F01C1/46—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 having a hinged member with vanes hinged to the outer member
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- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B53/00—Internal-combustion aspects of rotary-piston or oscillating-piston engines
- F02B53/02—Methods of operating
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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- F02B2053/005—Wankel engines
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Description
Im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Strömungsbrennkraftmaschine arbeiten
heute die meisten Verbrennungsmotoren als Kolbenmaschinen
zwischen festen Volumengrenzen, die es nicht ermöglichen, das
Arbeitsgas im Zylinder während des Expansionshubes auf Umgebungsdruck zu
entspannen.
Die in den Abgasen noch enthaltene kinetische und Wärmeenergie wird inzwischen
durch immer weiter entwickelte Techniken genutzt zur Verbesserung
der Energiebilanz solcher Verbrennungsmotoren. So hat z. B. die Abgasturboladertechnik
große Bedeutung erlangt.
Darüber hinaus werden Verbesserungen erreicht durch genauere Dosierungen
der Kraftstoffzufuhr mittels Einspritzpumpen sowie Verbesserung der Luftverhältnisse
durch die Luftkompressionstechnik. Die Erhöhung der Anzahl der
Ein- und Auslaßventile für den Gaswechsel trägt ebenfalls zur Steigerung der
Energieausbeute dieser Motoren bei.
Die Struktur der heutigen Kolbenmotoren wird jedoch die Optimierung der
Energiebilanz immer an Grenzen stoßen lassen. Die ungenutzte Abgabe eines
hohen Prozentsatzes der im Kraftstoff enthaltenen Energie an die Umgebung
ist mit dieser Technik nicht zu vermeiden.
Die Entwicklung von Kreiskolbenmotoren hat bisher ebenfalls nicht zu Lösungen
geführt, die überzeugende Vorteile gegenüber den bisherigen Konzepten
gebracht haben und sich im Markt durchsetzen konnten.
Das bekannteste Ergebnis daraus ist der Wankel-Motor. Jedoch bietet auch er
keine durchschlagende Verbesserung in bezug auf Energieausbeute und Umweltbelastung.
Seine derzeitige Marktbedeutung ist praktisch zu vernachlässigen.
Es bleibt daher festzustellen, daß die heutigen Verbrennungsmotoren mit Energieausbeuten
unter 50% im Hinblick auf die immer knapper werdenden Rohstoffvorräte
der Welt eine enorme Verschwendung dieser Rohstoffe bedeuten.
Technische Lösungen zur Verbesserung der Energiebilanz der herkömmlichen
Motortechnik sind offensichtlich nur eingeschränkt und mit erheblichem Aufwand
möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Konzept eines Verbrennungsmotors
aufzuzeigen, das die technischen Voraussetzungen für eine bessere Energieausbeute
bietet und die Umwelt weniger belastet als bisherige Brennkraftmaschinen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch
1 angegebenen Merkmale gelöst, nämlich
durch eine Strömungsbrennkraftmaschine (Abb. 1)
mit mehreren nacheinander angelegten Kammern (18a+b), 19, 29, 30a+b, 27),
in denen die Motorfunktionen Ansaugen, Vorkompression, Endkompression,
Zündung, Verbrennung, Expansion und Gasentleerung während einer Umdrehung
gleichzeitig nebeneinander ablaufen, wobei der Gasfluß durch die einzelnen
Kammern rotationssymmetrisch in der Logik dieser Maschine über eine
zentrale Zahnradwelle (52) durch Zahnradübersetzungen (53a+b+c, 40, 17, 15, 39,
41) und durch in/um den/die Kammern rotierende Zylinder und Kolben kontrolliert
gesteuert wird (Fig. 1-19).
In der durch die Motorgehäusewand (20) bestimmten Zylinderbuchse (18) werden
auf zwei zueinander versetzten Achsen zwei Rotationskolben (1+2) auf der einen
und mit diesen Kolben durch die Zylindergleitschuhe (8+9) beweglich verbunden
der Rotationszylinder (3) als Innenläufer auf der anderen Achse bewegt.
Der Vorkompressionsrotationskolben I (1) sitzt fest auf einer Welle (5), die
durch den Kolbenwellenbolzen (7) im Zentrum der von der Motorgehäusewand
(20) umschlossenen Zylinderbuchse (18) gehalten wird. Auf dem gleichen
Achsbolzen (7) mit der Achse (6) läuft der Vorkompressionskolben II (2) als
Mitläufer von Vorkompressionskolben I (1). Abb. 2 und 3, Fig. 2 bis 9). In
den flachen Seitenwänden der Vorkompressionszylinderbuchse (18) bieten Laufrinnen
(16) den Flanschen (4) des Vorkompressionsrotationszylinders (3) ein Rundlaufbett.
Die Achse des Vorkompressionsrotationszylinders (3) liegt auf dem
Durchmesser der Vorkompressionszylinderbuchse (18), sein Durchmesser ist
kleiner als jener der Zylinderbuchse (18).
Am Scheitelpunkt (63) auf der Eckkante von Vorkompressionszylinderbuchse (18)
und Zylinderwand des Kompressionskolbens (11) dichtet der Rotationszylinder
(3) das vorkomprimierte Gemisch (18b) gegen das angesaugte Frischgas
im Raum (18a) ab. Zur gegenüberliegenden Rundung der Zylinderbuchse (18)
hin bildet er die sichelförmige Vorkompressionskammer (18a+b) (Fig. 2-8).
Die durch Achsbolzen (10) beweglich am Innenzylinder (3) fixierten Gleitschuhe
(8+9) erlauben während der Kolben- und Zylinderumdrehungen ein
Auf- und Abgleiten der Zylinderenden auf den Kolbenstirnflächen.
Während einer Umdrehung bewegen sich die beiden Kolben (1+2) zueinander
vergleichbar dem Öffnen und Schließen einer Schere und gleichen so ihre unterschiedlichen
Winkelstellungen zum Innenzylinder (3) während der Umdrehung aus.
Bei jeder Umdrehung bilden der rotierende Vorkompressionskolben I (1) und
sein mitlaufender Kolben (II) (2) zwei sich in ihrem Volumen ständig verändernde
Kammern (18a+b) derart, daß zwischen der Stirnseite des Kolbens I (1) und den
Wänden der Zylinderbuchse (18) und des Rotationszylinder (3) die Vorkompressionskammer
(18b) bis auf Null verkleinert wird und zwischen der rückwärtigen
Stirnseite von Kolben II (2) und den Wänden von Zylinderbuchse (18) und Rotationszylinder
(3) die Ansaugkammer (18a) von Null bis zu ihrem vollen Volumen
vergrößert wird.
Die Abb. 2 in den Fig. 2-2a und 3-3a sowie die Abb. 3, mit den Fig. 3 bis 9 zeigen Funktion und
Ablauf einer Umdrehung dieser bewegten Teile bei der Vorkompression.
In Fig. 4 wurde der Vorkompressionszylinderraum (18a) durch die Brennstoffeinlaßöffnung
(12) mit Frischgas gefüllt. Die Drehbewegung des Vorkompressionskolbens
I (1) entgegen dem Uhrzeiger vorverdichtet das Gasgemisch, bis
es gemäß Stellung in Fig. 9 die höchste Vorverdichtung erhalten hat.
Damit ist im Vorkompressionszylinderraum (18) der Vorgang der Gasbefüllung
und Vorkompression abgeschlossen und der gleiche Vorgang wiederholt sich
beim Weiterdrehen des Vorkompressionskolbens I (1) entgegen dem Uhrzeigersinn.
Durch das vorkomprimierte Gemisch infolge der Bewegung von Vorkompressionskolben
I (1) gemäß Stellungen wie in den Fig. 6 bis 9 wird der Kompressionskolben
(11) nach oben gedrückt. Die Bewegungen des Kolbens (11) werden
durch die Nockenscheiben (13) bestimmt. Bei Stellung gemäß Fig. 3 und 3a
sowie Fig. 7 erreicht der Kolben (11) seinen oberen Totpunkt. Nach erfolgter
Vorkompression drücken die Nockenscheiben (13) den Kompressionskolben (11)
zu seinem unteren Totpunkt. Dies geschieht während der Bewegung des
Vorkompressionskolbens I (1) von Stellung gemäß Fig. 9 bis Stellungen gemäß
Fig. 4 und 5 (Fig. 9, 4, 5, 2, 2a). Der Kompressionskolben (11) beginnt nach Erreichen
des oberen Totpunktes gemäß Stellung in Fig. 7 die gegenläufige komprimierende
Bewegung schon, bevor der Vorkompressionskolben I (1) seine Stellung
gemäß Fig. 9 erreicht hat.
Gleichzeitig mit der Vorverdichtung der Kammern (18b und 19) wird die Zündungskammer
(29) gefüllt beginnend etwa bei Stellung von Vorkompressionskolben
I (1) gemäß Fig. 6 und 7 und Stellung des Schwenkkolbens (23) auf dem
Expansionszylinder (22) gemäß Fig. 14, 15, 16.
Dies wird möglich, weil der Steuerkolben I (24) durch die Steuerscheibe (48)
in seiner Position gemäß Fig. 14 festgehalten wird und der in dieser Phase
der Umdrehung frei bewegliche Steuerkolben II (25) durch den sich aufbauenden
Gasdruck weiterbewegt wird (Fig. 15) bis zu seiner Stellung gem. Fig. 16,
bei der das maximal mögliche Volumen der Zündungskammer (29) zwischen
den beiden Steuerkolben (24+25) erreicht ist. Die von den Steuerkolben (24+25)
bei Fig. 16 erreichte Stellung behalten sie bei bis kurz vor der Zündung des
Gasgemisches gemäß Fig. 11 und 12.
Die Zündungskompression des Gasgemischs in der Zündungskammer (29) ist
erreicht, wenn die Nockenscheiben (13) den Kompressionskolben (11) zu seinem
unteren Totpunkt gedrückt haben. Nach Erreichen dieser Position des Kompressionskolbens
(11) ist der Kompressionszylinderraum (19) gänzlich zur Zündungskammer
(29) hin abgeschlossen (Abb. 3, Fig. 4 und 5 sowie Abb. 4, Fig. 11,
Abb. 5, Fig. 11 und 13 sowie Abb. 6, Fig. 18 und 19).
Wenn der Kompressionskolben (11) seinen unteren Totpunkt erreicht, wird das
endkomprimierte Gemisch in der Zündungskammer (29) durch den Steuerkolben
(24) weiterbewegt und in dieser Phase gezündet (Abb. 4, Fig. 11 und Abb. 5,
Fig. 12 und 13). Jetzt kann das Arbeitsgas aus der Zündungskammer (29) entweichen
und seine Arbeit leisten. Das entzündete Gemisch drückt in die Expansionskammer
(30a) und dort den Schwenkkolben (23) und mit diesem den Expansionsrotationszylinder
(22) in Uhrzeigerrichtung weiter (Abb. 5, Fig. 12 bis 15).
Gleichzeitig schiebt der Schwenkkolben (23) mit seiner Stirnseite die im Zylinderraum
(30b) vom vorigen Expansionstakt noch vorhandenen Abgase durch
die Abgasauslaßöffnungen (28) in die im Innern des Schneckengehäuses (26) liegende
Auspuffkammer (27) und von dort weiter durch die Seitenwand (20) des
Motorgehäuses und das Auspuffrohr (54) ins Freie (Abb. 5 und 6, Fig. 12 bis 17).
Geführt durch den Gleitschuh (32) entlang der Führungswand (42) und durch
den Führungsstutzen (33) in der Führungsrinne (43) erreicht der Schwenkkolben
um das Schneckengehäuse (26) und die Steuerkolben (24+25) herum
wieder seine Position gemäß Fig. 11. Die Kipp- und Schwenkbewegungen werden
dabei unterstützt durch die Spannfedern in der Schwenkkolbenachse (35)
und dem Kippgleitschuh (34).
Es wird deutlich, daß bei dieser Bauart die gesamte aus dem expandierenden
Gasgemisch frei werdende kinetische Energie durch Entspannung auf Umgebungsdruck
in Vortrieb umgesetzt werden kann, da die Verweildauer der Gase in
der Expansionskammer (30a) eine völlige Verbrennung erlaubt.
Bei Kolbenmotoren, deren Kolben sich zwischen festen Volumengrenzen mit
äußerst kurzen Taktzeiten hin- und herbewegen, ist eine völlige Entspannung
des Gasdrucks auf Umgebungsdruck nicht möglich.
Damit ist eine Umdrehung abgeschlossen, während der in diesen nacheinander
angelegten Kammern (18a+b, 19, 29, 30a+b, 27) die Motorfunktionen von Ansaugen,
Vorkompression, Endkompression, Zünden, Verbrennen, Expansion/Arbeitstakt
und Gasausstoß gleichzeitig nebeneinander stattfinden.
Die hier beschriebene Technik mit den in den einzelnen Kammern rotierenden
Zylindern und Kolben erfordert eine rotationssymmetrische Steuerung. Diese
Steuermechanismen werden in der erfindungsgemäßen Maschine wie folgt
gelöst:
Das Drehmoment des Expansionszylinders (22) wird durch den Außenzahnkranz
(39) und die Zahnräder (40, 53b) auf die Zahnradwelle (52) übertragen.
Wie oben bereits beschrieben, wird der Vorkompressionskolben I (1) auf der
Kolbenwelle (5) von der Zahnradwelle (52) über die Zahnräder (53a, 40, 17)
angetrieben. Der Vorkompressionskolben I (1) bewegt als seine Mitläufer den
in den Laufrinnen (16) gebetteten Vorkompressionszylinderinnenläufer (3) und
auf der Achse (6) den Vorkompressionskolben II (2).
Über die gleiche Zahnradübersetzung werden weiter durch das Zahnrad (15)
die Nockenwelle (14) mit den Nockenscheiben (13) bewegt und damit die Hubbewegungen
des Kompressionskolbens (11) erreicht.
Der Kompressionskolben (11) schließt in der Position seines unteren Totpunkts
dicht ab mit dem Vorkompressionskolben I (1) einerseits und zur Steuerkolbenzylinderbuchse
(38) hin mit den Steuerkolben I+II (24+25) andererseits
(Abb. 2, Fig. 2 und 2a, Abb. 3, Fig. 4 und 5).
Der dichte Abschluß des Kompressionskolbens (11) zur Zündungskammer (29)
erlaubt es nun, die Steuerkolben (24+25) mit dem komprimierten Gasgemisch
im Steuerkolbenzylinderraum (38) wie oben beschrieben weiterzudrehen.
Damit auch die Steuerkolbenbewegungen in der Logik dieser Maschine und
rotationssymmetrisch vonstatten gehen, werden diese Kolben (24+25) mittels
der beiden Steuerscheiben I+II (48+49) über die Steuerkolbenwellenhebel I
und II (46+47) bewegt (Abb. 9, Fig. 22 und 23, Abb. 10, Fig. 24 bis 29).
Diese Steuerscheiben I+II (48+49) wiederum sind im Steuerscheibenzylindergehäuse
(51) auf den Abstands- und Gleitschienen (50) hin und her beweglich.
Bei jeder Umdrehung führt abwechselnd jeweils eine der beiden Steuerscheiben
(48 oder 49) einen der beiden Steuerkolbenwellenhebel (46 oder 47) und damit
einen der beiden Steuerkolben (24 oder 25), z. B. steuert Steuerscheibe I (48)
über den Steuerwellenhebel (46) und die innere Steuerkolbenwelle (44) den
Steuerkolben I (24).
So wird der Steuerkolben I (24) kurz vor der Zündung des Gasgemisches weiterbewegt,
damit das explodierende Gemisch den auf dem Rotationszylinder
(22) sitzenden Schwenkkolben (23) vorwärtsdrücken kann (Abb. 4 und 5, Fig. 10 bis 14).
In der Position gemäß Fig. 14 wird der Steuerkolben I (24) durch die Steuerscheibe
(48) angehalten, bis der Steuerkolben II (25) bei der nächsten Umdrehung
diese Position übernimmt.
Währenddessen wird der frei bewegliche Steuerkolben II (2) durch den in der
Vorkompression sich aufbauenden Gasdruck in der Zündungskammer (29) weiterbewegt
bis zur Stellung gemäß Fig. 17 bis 19 und Fig. 24 bis 26.
Bei der nächsten Umdrehung übernimmt dann, wie erwähnt, die Steuerscheibe II
(49) die Steuerung des Steuerkolbens II (25) analog der Steuerung von Steuerkolben
I (24).
Damit die Führungsschienen (55+56) der Steuerscheiben alternierend ihre Steuerfunktion
auf die Steuerwellenhebel (46+47) übertragen können, wird jeweils
am Ende einer Umdrehung das Steuerscheibenpaar vom Steuerwellenhebel (46)
über die schiefe Führungsebene (58) auf der Abstands- und Gleitschiene (50)
so verschoben, daß während der nächsten Umdrehung der Steuerwellenhebel
(47) in der Führungsrinne (56) gesteuert werden kann (Abb. 9, Fig. 22 und 23 und
Abb. 10, Fig. 24 bis 29).
Die rotationssymmetrische Drehbewegung des Steuerscheibenzylindergehäuses
(51) wird ebenfalls über die Zahnradwelle (52) und die Zahnradübersetzungen
(53c, 40, 41) möglich.
Durch diese Arbeitsweise wird ein deutlich
verbesserter Wirkungsgrad gegenüber herkömmlicher Brennkraftmaschinen
erzielt durch
einen Ablauf aller Motorfunktionen während einer Umdrehung, durch eine
günstigere Kraftübersetzung bedingt durch die Zahnradtechnik
bei den Kolben- und Zylinderbewegungen, durch eine nahezu
vollkommene Umsetzung der kinetischen Energie der Zündungsgase in
Vorschub, da die Verweildauer der Brenngase in der Expansionskammer
eine völlige Verbrennung ermöglicht und diese Gase auf Umgebungsdruck
entspannen können.
Damit ergeben sich vorteilhafterweise
- - eine wesentliche Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs,
- - minimale Motorgeräusche, da kein Nachbrennen der Auspuffgase,
- - eine Minimierung der Schadstoffemissionen (abhängig vom Kraftstoff), und
- - insgesamt eine Reduzierung der Umweltbelastung.
Eine Ausführung der erfindungsgemäßen Strömungsbrennkraftmaschine
ist in den Zeichnungen dargestellt.
Darin zeigt
Abb. 1, Fig. 1 die schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Maschine mittels eines Gesamtquerschnitts.
Jedoch sind die Zylinderbuchse (18) ohne die Kompressionskolben (1+2) und
den Rotationsinnenzylinder (3) dargestellt, wie auch Zylinderbuchse (38) nicht
mit den Steuerkolben (24+25) und der Rotationsaußenzylinder (22) ohne Schwenkkolben
(23) gezeigt wird. In dieser Gesamtdarstellung wird dadurch die Anordnung
der Kammern deutlicher sichtbar.
In Abb. 2, Fig. 2-2a und Fig. 3-3a sind Querschnitte durch die Vorkompressionszylinderbuchse
(18) sowie Kompressionskolben (11) und Nockenscheiben (13) aufgezeigt.
Die Fig. 2-2a zeigen den Kompressionskolben (11) im unteren Totpunkt und die bewegten
Teile im Vorkompressionszylinder.
Die Fig. 3-3a zeigen die bewegten Teile zueinander während der oberen Totpunktstellung
des Kompressionskolbens (11).
In Abb. 3, Fig. 4-9 sind die Stellungen von Vorkompressionskolben I+II
(1+2) und Rotationszylinder/Innenläufer (3) sowie Kompressionskolben (11) in
den Kammern (18) und (19) während einer Umdrehung aufgezeigt.
Abb. 4, Fig. 10-11 sowie Abb. 5+6, Fig. 12-19 zeigen die Stellunge von
Expansionszylinder (22) und Schwenkkolben (23) während einer Umdrehung.
Abb. 7, Fig. 20 veranschaulicht die Lage von Vorkompressionszylinderraum (18)
und insbesondere von Endkompressionszylinderraum (19) zur Zündungskammer
(29), um an diesem Übergang den Strömungsweg der Gase durch die Maschine
zu verdeutlichen.
In Abb. 8, Fig. 21 ist ein Schnitt durch die Stellungen des rotierenden Expansionszylinders
(22) und des Schwenkkolbens (23) während einer Umdrehung dargelegt.
Dabei wird das Oberflächenprofil der Führungswand (42) sichtbar sowie dazu
der Verlauf der Führungsrinne (43) für den Gleitstutzen (33). Im Zusammenwirken
dieser Steuermechanismen wird ein gasdichtes Gleiten des Kippgleitschuhs
(34) über die beiden Halbkreisprofile des Schneckengehäuses (26)
erreicht.
Die Abb. 9, Fig. 22+23 sowie die Abb. 10, Fig. 24-29 verdeutlichen die Arbeitsweise
der beiden Steuerscheiben (48+49).
Die Fig. 24-29 stellen die Steuerscheibe (49) in Blickrichtung
auf die Scheibe (48) und durch die Steuerkolbenwellenöffnung (57) auf die
Steuerkolben (24+25) sowie das Schneckengehäuse (26) dar. Letztere sind deshalb
spiegelverkehrt zu sehen, verglichen mit den anderen Darstellungen.
Die Motorgehäusewand (20) ist bei dieser Darstellung weggelassen und der
Blick wird frei auf Teile des Schneckengehäuses (26) und der bewegten Kolben
(24+25).
Beschreibung der Zeichnungen
1 Vorkompressionskolben I
2 Vorkompressionskolben II
3 Vorkompressionsrotationszylinder/Innenläufer
4 Vorkompressionszylinderflansch
5 Welle von Vorkompressionskolben I
6 Achse von Vorkompressionskolben II
7 Kolbenwellenbolzen
8 Zylindergleitschuh I
9 Zylindergleitschuh II
10 Gelenkbolzen von Zylindergleitschuh 8 und 9
11 Kompressionskolben
12 Brennstoffeinlaßöffnung
13 Nockenscheibe
14 Nockenwelle
15 Nockenwellenzahnrad
16 Laufrinne für Vorkompressionszylinderflansch 4
17 Zahnrad der Vorkompressionskolbenwelle
18 Vorkompressionszylinderbuchse/-kammer a+b
19 Endkompressionszylinderkammer
20 Motorgehäusewand
21 Motorgehäusesockel
22 Expansionsrotationszylinder/Außenläufer
23 Schwenkkolben
24 Steuerkolben I
25 Steuerkolben II
26 Auspuff- und Zündungskammerschneckengehäuse
27 Auspuffkammer
28 Abgasauslaßöffnungen
29 Kompressions- und Zündungskammer
30 Expansionskammer
31 Ausgleichsgewicht
32 Führungsgleitschuh
33 Führungsgleitstutzen
34 Kippgleitschuh mit Spannfeder
35 Schwenkkolbenachse mit Spannfeder
36 Schwenkkolbenachsbolzen
37 Zylinderflansch des Außenläufers 22
38 Steuerkolbenzylinderbuchse
39 Außenzahnkranz auf Expansionszylinder/Außenläufer 22
40 Zahnrad
41 Außenzahnkranz auf Steuerscheibenzylindergehäuse 51
42 Führungswand für Gleitschuh 32
43 Führungsrinne für Gleitstutzen 33
44 Innere Steuerkolbenwelle
45 Äußere Steuerkolbenwelle
46 Steuerkolbenwellenhebel I
47 Steuerkolbenwellenhebel II
48 Steuerscheibe I
49 Steuerscheibe II
50 Steuerscheibenabstands- und -gleitschiene
51 Steuerscheibenzylindergehäuse
52 Zahnradwelle
53 Zahnrad (a, b, c) auf Zahnradwelle 52
54 Auspuffrohr
55 Führungsschiene für Steuerkolbenwellenhebel 46
56 Führungsschiene für Steuerkolbenwellenhebel 47
57 Durchgangsöffnung in Steuerscheibenzylinderwand 51 für Steuerkolbenwelle
58 Schiefe Führungsebene in Führungsrinne 55 für Steuerkolbenwellenhebel 46
59 Schiefe Führungsebene in Führungsrinne 56 für Steuerkolbenwellenhebel 47
60 Steuerscheibenzylinderlager
61 Führungsrinne für Gleitringlager 62
62 Gleitringlager von Steuerscheibenzylinder 51
63 Scheitelpunkt in Vorkompressionszylinderbuchse
2 Vorkompressionskolben II
3 Vorkompressionsrotationszylinder/Innenläufer
4 Vorkompressionszylinderflansch
5 Welle von Vorkompressionskolben I
6 Achse von Vorkompressionskolben II
7 Kolbenwellenbolzen
8 Zylindergleitschuh I
9 Zylindergleitschuh II
10 Gelenkbolzen von Zylindergleitschuh 8 und 9
11 Kompressionskolben
12 Brennstoffeinlaßöffnung
13 Nockenscheibe
14 Nockenwelle
15 Nockenwellenzahnrad
16 Laufrinne für Vorkompressionszylinderflansch 4
17 Zahnrad der Vorkompressionskolbenwelle
18 Vorkompressionszylinderbuchse/-kammer a+b
19 Endkompressionszylinderkammer
20 Motorgehäusewand
21 Motorgehäusesockel
22 Expansionsrotationszylinder/Außenläufer
23 Schwenkkolben
24 Steuerkolben I
25 Steuerkolben II
26 Auspuff- und Zündungskammerschneckengehäuse
27 Auspuffkammer
28 Abgasauslaßöffnungen
29 Kompressions- und Zündungskammer
30 Expansionskammer
31 Ausgleichsgewicht
32 Führungsgleitschuh
33 Führungsgleitstutzen
34 Kippgleitschuh mit Spannfeder
35 Schwenkkolbenachse mit Spannfeder
36 Schwenkkolbenachsbolzen
37 Zylinderflansch des Außenläufers 22
38 Steuerkolbenzylinderbuchse
39 Außenzahnkranz auf Expansionszylinder/Außenläufer 22
40 Zahnrad
41 Außenzahnkranz auf Steuerscheibenzylindergehäuse 51
42 Führungswand für Gleitschuh 32
43 Führungsrinne für Gleitstutzen 33
44 Innere Steuerkolbenwelle
45 Äußere Steuerkolbenwelle
46 Steuerkolbenwellenhebel I
47 Steuerkolbenwellenhebel II
48 Steuerscheibe I
49 Steuerscheibe II
50 Steuerscheibenabstands- und -gleitschiene
51 Steuerscheibenzylindergehäuse
52 Zahnradwelle
53 Zahnrad (a, b, c) auf Zahnradwelle 52
54 Auspuffrohr
55 Führungsschiene für Steuerkolbenwellenhebel 46
56 Führungsschiene für Steuerkolbenwellenhebel 47
57 Durchgangsöffnung in Steuerscheibenzylinderwand 51 für Steuerkolbenwelle
58 Schiefe Führungsebene in Führungsrinne 55 für Steuerkolbenwellenhebel 46
59 Schiefe Führungsebene in Führungsrinne 56 für Steuerkolbenwellenhebel 47
60 Steuerscheibenzylinderlager
61 Führungsrinne für Gleitringlager 62
62 Gleitringlager von Steuerscheibenzylinder 51
63 Scheitelpunkt in Vorkompressionszylinderbuchse
Claims (8)
1. Strömungsbrennkraftmaschine, gekennzeichnet durch mehrere nacheinander
angelegte Kammern (18a+b, 19, 27, 29, 30a+b) für die Motorfunktionen Ansaugen,
Vorkompression, Endkompression, Verbrennung, Expansion und Gasausstoß
mit innen und außen laufenden Zylindern (3, 22) und Kolben (1, 2, 11, 23,
24, 25), die von einer zentralen Zahnradwelle (52) durch Zahnradübersetzungen
(53a-b-c, 15, 17, 39, 40, 41) rotationssymmetrisch gesteuert werden und in denen
alle Motorfunktionen gleichzeitig nebeneinander während einer Umdrehung
ablaufen (Fig. 1-19).
2. Strömungsbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß in einer Vorkompressionszylinderbuchse (18) durch einen innen rotierenden
Doppelkolben (1+2) und einen Rotationszylinder (3) zwei in ihrem Volumen
sich verändernde Kammern (18a+b) gebildet werden derart, daß eine in Drehrichtung
vor dem Kolben (1) liegende Kammer (18b) bei jeder Umdrehung von
ihrem vollen Volumen bis auf Null verkleinert wird und die in dieser Kammer
enthaltenen Gasgemische dabei in die benachbarte Kammer (19) gedrückt werden
und daß gleichzeitig eine hinter dem Kolben (2) liegende Kammer (18a) in dieser
Drehphase von Null zum vollen Volumen vergrößert wird und infolge des entstehenden
Unterdrucks in der Kammer (18a) das Frischgas durch die Einlaßöffnung
(12) angesaugt wird (Fig. 2-9).
3. Strömungsbrennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß Laufrinnen (16) in beiden flachen Seitenwänden der Vorkompressionszylinderbuchse
(18) den Flanschen (4) eines Rotationszylinders (3), dessen Durchmesser
kleiner ist als jener der Zylinderbuchse (18), ein Rundlaufbett bieten
so, daß der Rotationszylinder (3) auf der einen Seite gasdicht mit der Rundung
der Zylinderbuchse (18) am Scheitelpunkt (63) abschließt und zur anderen Seite
mit der Zylinderbuchse (18) eine sichelförmige Kammer (18a+b) bildet, daß die
Enden des einseitig offenen Zylindermantels des Rotationszylinders (3) durch
Zylindergleitschuhe (8+9) beweglich mit den Stirnseiten der Kompressionskolben
(1+2) verbunden sind, daß diese Gleitschuhe (8+9) während der Kolben- und
Zylinderumdrehungen ein Auf- und Abgleiten der Zylinderenden auf den Kolbenstirnflächen
erlauben, daß die beiden Kolben (1+2) während einer Umdrehung
ihre unterschiedlichen Winkelstellungen zum Innenzylinder (3) durch Scherenbewegungen
zueinander ausgleichen können, daß der Vorkompressionskolben (1)
fest auf einer Welle (5) sitzt, die durch den Kolbenwellenbolzen (7) im Zentrum
der Vorkompressionszylinderbuchse (18) fixiert ist, daß auf der gleichen
Achse (6) der Vorkompressionskolben (2) rotiert, daß der Vorkompressionskolben
(1) durch die Zahnradübersetzungen über die Welle (5) angetrieben den
Rotationszylinder (3) und den Vorkompressionskolben (2) als Mitläufer bewegen
kann, daß die Vorkompressionsdoppelkolben (1+2) in jeder Stellung während
einer Umdrehung mit der Zylinderbuchsenrundung (18) gasdicht abschließen
(Fig. 2-9).
4. Strömungsbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß in der Kompressionskammer (19) der Kompressionskolben (11) während
seiner Bewegung zum unteren Totpunkt das vorkomprimierte Gemisch in die
direkt daneben liegende Zündungskammer (29) endkomprimiert und daß der
Kompressionskolben (11) in seinem unteren Totpunkt die Kompressionskammer (19)
gänzlich zur Zündungskammer (29) und zum Rotationskolben (1) und damit zur
Vorkompressionskammer (18a+b) hin gasdicht abschließt (Fig. 2, 4-5).
5. Strömungsbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß in einer anschließenden Zylinderbuchse (38) zwei Rotationssteuerkolben
(24+25) zwischen sich die Kompressions- und Zündungskammer (29) bilden, in
die hinein das Gasgemisch von Kompressionskolben (11) endkomprimiert wird, daß
die Steuerkolben (24+25) durch einen Steuermechanismus rotationssymmetrisch
so gesteuert werden können, daß durch Weiterdrehen der Steuerkolben (24+25)
mittels dieses Steuermechanismus die Zündungskammer (29) sich zur Expansionskammer
(30a) öffnet und so dem explodierenden Gasgemisch in der Expansionskammer
(30a) den Arbeitsdruck auf den Schwenkkolben (23) und den Expansionsrotationszylinder
(22) ermöglicht (Fig. 1+3, 10-14, 22-29).
6. Strömungsbrennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß dieser Steuermechanismus aus einem Steuerscheibenzylindergehäuse (51)
mit zwei alternierend arbeitenden Steuerscheiben (48+49) besteht, die auf Abstands-
und Gleitschienen (50) hin- und herbeweglich sind, daß während einer
Umdrehung jeweils eine der beiden Steuerscheiben (z. B. 48) einem von zwei
Steuerkolbenwellenhebeln (z. B. 46) und damit einen der beiden Steuerkolben
(z. B. 24) steuern kann, daß während der jeweils nächsten Umdrehung
die andere Steuerscheibe die gleiche Steuerfunktion über den anderen
Steuerkolbenwellenhebel auf den anderen Steuerkolben ausübt, daß die rotationssymmetrische
Drehung des Steuerscheibenzylindergehäuses (51) über einen
Außenzahnkranz (41) auf dem Zylindergehäuse (51) durch Zahnradübersetzungen
(53c, 40) ausgehend von der Zahnradwelle (52) erreicht wird
(Fig. 22-29).
7. Strömungsbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß um ein Schneckengehäuse (26) herum der Expansionsrotationszylinder (22)
und auf diesem sitzend der Schwenkkolben (23) rotiert, daß dieses Schneckengehäuse
(26) die Zündungskammer (29) zwischen den Motorgehäusewänden
(20) mit den beiden Steuerkolben (24+25) sowie die innen liegende Auspuffkammer
(27) umfaßt, daß der Schwenkkolben (23) von den expandierenden
Brenngasen vorwärts getrieben mit seinem Gleitschuh (34) gasdicht über die
Halbkreisoberflächenprofile des Schneckengehäuses (26) gleitet, daß dieses
gasdichte Gleiten über die beiden Halbkreisoberflächenprofile des Schneckengehäuses
(26) von den Führungsgleitschuh (32) und dem Kippgleitschuh (34)
unterstützt wird, wobei der Führungsgleitschuh an der Führungswand (42)
und der Führungsstutzen (33) in der Führungsrinne (43) geführt wird, daß
die Schwenk- und Kippbewegungen des Schwenkkolbens (23) und des Kippgleitschuhes
(34) durch Spannfedern in der Schwenkkolbenachse (35) und im
Kippgleitschuh (34) unterstützt werden, daß der Schwenkkolben (23) während
seiner Expansionsdrehbewegung gleichzeitig mit seiner Stirnseite die im
Zylinderraum (30b) vom vorigen Expansionsvorgang noch vorhandenen Abgase
über die Auspufföffnungen (28) in die Auspuffkammer (27) im Inneren des
Schneckengehäuses (26) und von dort weiter durch das Auspuffrohr (54) entlüftet
(Fig. 10-19, 21).
8. Strömungsbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Außenzahnkranz (39) auf dem Expansionsrotationszylinder (22)
das beim Arbeitstakt erzeugte Drehmoment über Zahnräder (40, 53) auf die
zentrale Zahnradwelle (52) überträgt (Fig. 1).
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