WO1993010332A1 - Mehrkammerströmungskraftmaschine - Google Patents

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WO1993010332A1
WO1993010332A1 PCT/DE1992/000957 DE9200957W WO9310332A1 WO 1993010332 A1 WO1993010332 A1 WO 1993010332A1 DE 9200957 W DE9200957 W DE 9200957W WO 9310332 A1 WO9310332 A1 WO 9310332A1
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piston
cylinder
compression
control
chamber
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PCT/DE1992/000957
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Werner E. Friedrich
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Friedrich Werner E
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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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B53/00—Internal-combustion aspects of rotary-piston or oscillating-piston engines
    • F02B53/02—Methods of operating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B53/00—Internal-combustion aspects of rotary-piston or oscillating-piston engines
    • F02B2053/005—Wankel engines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • Wankel engine does not offer any drastic improvement in terms of energy yield and environmental impact. Its current market significance is practically negligible.
  • the invention is based on the object of demonstrating a concept of an internal combustion engine which offers the technical prerequisites for a better energy yield and is less polluting to the environment than previous internal combustion engines.
  • This object is achieved according to the invention by the features specified in claim 1, namely by a flow internal combustion engine (Fig.l) with several successively arranged chambers (18a and b, 19, 29, 30a and b, 27), in which the engine functions suction , Precompression, Endkom ⁇ compression, ignition, combustion, expansion and gas evacuation run simultaneously side by side during one revolution, the gas flow through the individual chambers being rotationally symmetrical in the logic of this machine via a central gear shaft (52) by gear ratios (53a + b + c , 40, 17, 15, 39, 41) and is controlled by cylinders and pistons rotating in and around the chambers. ( Figures 1 to 19).
  • troughs (16) offer the flanges (4) of the pre-compression rotation cylinder (3) a rotary bed.
  • the axis of the pre-compression rotating cylinder (3) lies on the diameter of the pre-compression cylinder sleeve (18), its diameter is smaller than that of the cylinder sleeve (18).
  • the rotary cylinder (3) seals the pre-compressed mixture (18b) against the fresh gas drawn into the space (18a).
  • the crescent-shaped pre-compression chamber (18a + b). (Figs. 2-8).
  • the sliding shoes (8 + 9) which are movably fixed to the inner cylinder (3) by axle bolts (10), allow the cylinder ends to slide up and down on the piston end faces during the piston and cylinder revolutions.
  • the two pistons (1 + 2) move relative to each other like opening and closing a pair of scissors and thus compensate for their different angular positions relative to the inner cylinder (3) during the revolution.
  • the rotating pre-compression piston I (1) and its moving piston II (2) form two chambers (18a + b) that change in volume in such a way that between the end face of the piston I (1) and the walls of the cylinder liner ( 18) and the rotary cylinder (3) the pre-compression chamber (18b) is reduced to zero and between the rear end of piston II (2) and the walls of the cylinder liner (18) and rotary cylinder (3) the suction chamber (18a ) is increased from zero to its full volume.
  • FIG. 2 in Figures 2 - 2a and 3 - 3a and the FIG. 3 with FIGS. 4 to 9 show the function and sequence of one revolution of these moving parts during pre-compression.
  • the pre-compression cylinder space (18a) was filled with fresh gas through the fuel inlet opening (12).
  • the rotary movement of the pre-compression piston I (1) counter-clockwise pre-compresses the gas mixture until it has received the highest pre-compression as shown in FIG. 9.
  • the gas filling and pre-compression process is thus completed in the pre-compression cylinder chamber (18) and the same process is repeated counterclockwise when the pre-compression piston I (1) is turned further.
  • the compression piston (11) is pushed upward by the pre-compressed mixture as a result of the movement of pre-compression piston I (1) according to positions as in FIGS. 6 to 9.
  • the movements of the piston (11) are determined by the cam discs (13).
  • the piston (11) reaches its top dead center.
  • the cam disks (13) push the compression piston (11) to its bottom dead center. This happens during the supply of the BEWE ⁇ Vorkompressionskolbens I (1) from position of FIG. 9 to Stel ⁇ lungs according to FIGS 4 and 5. (Fig. 9, 4, 5, 2, 2a).
  • the compression piston (11) begins after the top dead center according to position in FIG. 7, the opposite movement compressed even before the precompression piston ⁇ I (1) its position has reached according to Fig. 9.
  • the control piston I (24) is held in its position according to FIG. 14 by the control disc (48) and the control piston II (25), which is freely movable in this phase of the rotation. by moving gas pressure is moved (Fig. 15) up to its position acc. 16, in which the maximum possible volume of the ignition chamber (29) between the two control pistons 24 and 25) is reached.
  • the pivot piston (23) slides with its end face in the Zylin ⁇ derraum (30b) remaining from the previous expansion stroke exhaust gases through the exhaust gas discharging openings (28) in the lie ⁇ in the interior of the screw housing (26) constricting the exhaust chamber (27) and from there through the side wall (20) of the engine housing and the exhaust pipe (54) to the outside.
  • Figures 5 and 6, Figures 12 to 17 Guided by the slide shoe (32) along the guide wall (42) and by the guide socket (33) in the guide groove (43), the pivoting piston around the worm housing (26) and the control pistons (24 and 25) again reaches its position according to Fig. 11.
  • the tilting and pivoting movements are supported by the tension springs in the pivoting piston axis (35) and the tilting slide shoe (34).
  • the torque of the expansion cylinder (22) is transmitted through the external ring gear (39) and the gear wheels (40, 53b) to the gear shaft (52).
  • the pre-compression piston I (1) on the piston shaft (5) is driven by the gear shaft (52) via the gear wheels (53a, 40, 17).
  • the pre-compression piston I (1) moves as its follower the pre-compression cylinder inner rotor (3) embedded in the grooves (16) and on the axis (6) the pre-compression piston II (2).
  • one of the two control disks (48 or 49) alternately guides one of the two control piston shaft levers (46 or 47) and thus one of the two control pistons (24 or 25), e.g. controls control disc I (48) via control shaft lever (46) and inner control piston shaft (44) controls control piston 1 (24).
  • control piston I (24) is thus moved shortly before the gas mixture is ignited so that the exploding mixture can push the pivoting piston (23) seated on the rotary cylinder (22) forward. ( Figures 4 and 5, Figures 10 to 14).
  • the control piston I (24) is stopped by the control disc (48) until the control piston II (25) takes over this position during the next rotation.
  • control disc cylinder housing (51) The rotationally symmetrical rotary movement of the control disc cylinder housing (51) is also possible via the gear shaft (52) and the gear ratios (53c, 40, 41).
  • FIG. 1, Fig. 1 shows the schematic representation of the machine according to the invention by means of an overall cross section.
  • the cylinder liner (18) is shown without the compression pistons (1 and 2) and the rotating inner cylinder (3), just as the cylinder liner (38) is not shown with the control pistons (24 and 25) and the rotating outer cylinder (22) without the pivoting piston (23) becomes.
  • the arrangement of the chambers is more clearly visible in this overall representation.
  • FIGS. 2 and 2a and FIGS. 3 and 3a show cross sections through the pre-compression cylinder bushing (18) as well as compression pistons (11) and cam discs (13).
  • Figures 2 and 2a show the compression piston (11) at bottom dead center and the moving parts in the pre-compression cylinder.
  • Figures 3 and 3a show the moving parts to each other during the top dead center position of the compression piston (11).
  • FIGS. 4 to 9 show the positions of the pre-compression pistons I and II (1 and 2) and the rotary cylinder / inner rotor (3) as well as the compression piston (11) in the chambers (18) and (19) during one revolution.
  • Figures 10 and 11 and FIG. 5 and 6, FIGS. 12 to 19 show the positions of the expansion cylinder (22) and pivoting piston (23) during one revolution.
  • Fig. 7, Fig. 20 illustrates the position of the pre-compression cylinder space (18) and in particular of the end compression cylinder space (19) to the ignition chamber (29) in order to illustrate the flow path of the gases through the machine at this transition.
  • FIG. 21 shows a section through the positions of the rotating expansion cylinder (22) and the pivoting piston (23) during one revolution.
  • the surface profile of the guide wall (42) and the course of the guide groove (43) for the sliding connector (33) become visible.
  • gas-tight sliding of the tilting slide shoe (34) is achieved over the two semicircular profiles of the screw housing (26).
  • FIG. 9, Figures 22 and 23 and FIG. 10, FIGS. 24 to 29 illustrate the mode of operation of the two control disks (48 and 49).
  • FIGS. 24 to 29 show the control disk (49) in the direction of view of the disk (48) and through the control piston shaft opening (57) onto the control piston (24 and 25) and the worm housing (26). The latter are therefore to be seen mirror-inverted compared to the other representations.
  • the motor housing wall (20) is omitted in this illustration and the view is free of parts of the worm housing (26) and the moving pistons (24 and 25).

Abstract

Strömungsbrennkraftmaschine 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. Der Gasfluß durch die einzelnen Kammern wird rotationssymmetrisch in der Logik dieser Maschine über eine zentrale Zahnradwelle (52) durch Zahnradübersetzungen (53a, b, c, 15, 17, 39, 40, 41) und durch in/um den/die Kammern rotierende Zylinder (3, 22) und Kolben (1, 2, 11, 23, 24, 25) kontrolliert gesteuert. Die beschriebene Konstruktion und Arbeitsweise der Maschine läßt einen deutlich verbesserten Wirkungsgrad gegenüber herkömmlichen Maschinen erwarten und damit verbunden eine wesentliche Reduzierung des Verbrauchs und der Umweltbelastung. Das Maschinenkonzept bietet eine Vielzahl von Möglichkeiten der weiteren Ausgestaltung und Optimierung in allen Funktionsteilen.

Description

ehrkammerströmuπgskraftmaschlne
Be s chreib u n g
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 Umgebung s druck zu entspannen. Die in den Abgasen noch enthaltene kinetische und Wärmeenergie wird inzwi¬ schen durch immer weiter entwickelte Techniken genutzt zur Verbesserung der Energiebilanz solcher Verbrennungsmotoren. So hat z.B. die Abgasturbo¬ ladertechnik große Bedeutung erlangt.
Darüberhinaus werden Verbesserungen erreicht durch genauere Dosierungen der Kraftstoff zufuhr mittels Einspritzpumpen sowie Verbesserung der Luft¬ verhältnisse durch die Luftkompressionstechnik. Die Erhöhung der Anzahl der Ein- und Auslaßventile für den Gaswechsel trägt ebenfalls zur Steigerung der Energie ausbeute dieser Motoren bei.
Die Struktur der heutigen Kolbenmotoren wird jedoch die Optimierung der Energiebilanz immer an Grenzen stoßen lassen. Die ungenutzte Abgabe ei¬ nes hohen Prozentsatzes der im Kraftstoff enthaltenen Energie an die Umge¬ bung ist mit dieser Technik nicht zu vermeiden.
Die Entwicklung von Kreiskolbenmotoren hat bisher ebenfalls nicht zu Lösun¬ gen 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 a ch er keine durchschlagende Verbesserung in Bezug auf Energieausbeute und Um¬ weltbelastung. Seine derzeitige Marktbedeutung ist praktisch zu vernachlässi¬ gen.
Es bleibt daher festzustellen, daß die heutigen Verbrennungsmotoren mit Ener¬ gieausbeuten unter 50% im Hinblick auf die immer knapper werdenden Rohstoff¬ vorräte der Welt eine enorme Verschwendung dieser Rohstoffe bedeuten. Technische Lösungen zur Verbesserung der Energiebilanz der herkömmlichen Motortechnik sind offensichtlich nur eingeschränkt und mit erheblichem Auf¬ wand möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Konzept eines Verbrennungs¬ motors aufzuzeigen, das die technischen Voraussetzungen für eine bessere Ener¬ gieausbeute bietet und die Umwelt weniger belastet als bisherige Brennkraft¬ maschinen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angege¬ benen Merkmale gelöst, nämlich durch eine Strömungsbrennkraftmaschine (Abb.l) mit mehreren nacheinander angelegten Kammern (18a und b, 19, 29, 30a und b, 27), in denen die Motorfunktionen Ansaugen, Vorkompression, Endkom¬ pression, Zündung, Verbrennung, Expansion und Gasentleerung während einer Umdrehung gleichzeitig nebeneinander ablaufen, wobei der Gasfluß durch die einzelnen Kammern wird 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. (Figuren 1 bis 19).
Konstruktive Beschreibung und Arbeitsweise der erfindungs gemäßen Maschine Ansaugen / Vorkompres sion
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 verbun¬ den der Rotationszylinder (3) als Innenläufer auf der anderen Achse bewegt. Der Vorkompressionsrotationskolben 1 (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 Lauf- rinnen (16) den Flanschen (4) des Vorkompressϊonsrotationszylinders (3) ein Rund¬ laufbett. 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 Rotatationszylin- der (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 Gleit¬ schuhe (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 unter¬ schiedlichen 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 Vorkompres¬ sionskammer (18b) bis auf Null verkleinert wird und zwischen der rückwärtigen Stirnseite von Kolben II (2) und den Wänden von Zylinderbuchse (18) und Ro¬ tationszylinder (3) die Ansaugkammer (18a) von Null bis zu ihrem vollen Volumen vergrößert wird.
ERSATZBLATT Die ABB. 2 in den Figuren 2 - 2a und 3 - 3a sowie die ABB. 3 mit den Figu¬ ren 4 bis 9 zeigen Funktion und Ablauf einer Umdrehung dieser bewegten Teile bei der Vorkompression.
In Fig. 4 wurde der Vorkompressionszylinderraum (18a) durch die Brennstoff¬ einlaßöffnung (12) mit Frischgas gefüllt. Die Drehbewegung des Vorkompres¬ sionskolbens 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 Uhrzeiger¬ sinn.
Endk ompre s ion
Durch das vorkomprimierte Gemisch infolge der Bewegung von Vorkompres¬ sionskolben I (1) gemäß Stellungen wie in den Figuren 6 bis 9 wird der Kom¬ pressionskolben (11) nach oben gedrückt. Die Bewegungen des Kolbens (11) werden durch die Nockenscheiben (13) bestimmt. Bei Stellung gemäß Figuren 3 und 3a sowie Figur 7 erreicht der Kolben (11) seinen oberen Totpunkt. Nach erfolgter Vorkompression drücken die Nockenscheiben (13) den Kompression- skol- ben (11) zu seinem unteren Totpunkt. Dies geschieht während der Bewe¬ gung des Vorkompressionskolbens I (1) von Stellung gemäß Fig. 9 bis Stel¬ lungen gemäß Figuren 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 Vorkompressions¬ kolben I (1) seine Stellung gemäß Fig. 9 erreicht hat.
Gleichzeitig mit der Vorverdichtung der Kammern (18b und 19) wird die Zün¬ dungskammer (29) gefüllt beginnend etwa bei Stellung von Vorkompressions- kolben I (1) gemäß Figuren 6 und 7 und Stellung des Schwenkkolbens (23) auf dem Expansionszylinder (22) gemäß Figuren 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 beweg¬ liche Steuerkolben II (25) durch den sich aufbauenden Gasdruck weiterbewegt wird (Fig. 15) bis zu seiner Stellung gem. Fig. 16, bei der das maximal mög¬ liche Volumen der Zündungskammer (29) zwischen den beiden Steuerkolben 24 und 25) erreicht ist. Die von den Steuerkolben (24 und 25) bei Fig. 16 erreichte Stellung behalten sie bei bis kurz vor der Zündung des Gasgemisches gemäß Figuren 11 und 12. Die Zündungskompression des Gasgemischs in der Zündungskammer (29) ist erreicht, wenn die Nockenscheiben (13) den Kompres¬ sionskolben (11) zu seinemunteren Totpunkt gedrückt haben. Nach Erreichen dieser Position des Kompressionskolbnen (11) ist der Kompres¬ sionszylinderraum (19) gänzlich zur Zündungskammer (29) hin abgeschlossen. (ABB. 3, Figuren 4 und 5 sowie ABB. 4, Fig. 11, ABB. 5, Figuren 11 und 13 sowie ABB. 6, Figuren 18 und 19).
ERSATZBLATT Zündung/Expansion/ Arbeit stakt
Wenn der Kompressionskolben (11) seinen unteren Totpunkt erreicht, wird das endkomprimϊerte Gemisch in der Zündungskammer (29) durch den Steuerkolben (24) weiterbewegt und in dieser Phase gezündet. (ABB. 4, Fig. 11 und ABB. 5, Figurn 12 und 13). Jetzt kann das Arbeitsgas aus der Zündungskammer (29) ent¬ weichen und seine Arbeit leisten. Das entzündete Gemisch drückt in die Expansi¬ onskammer (30a) und dort den Schwenkkolben (23) und mit diesem den Ex- pansionsrotationszylinder (22) in Uhrzeigerrichtung weiter (ABB. 5, Figuren 12 bis 15). Gleichzeitig schiebt der Schwenkkolben (23) mit seiner Stirnseite die im Zylin¬ derraum (30b) vom vorigen Expansionstakt noch vorhandenen Abgase durch die Abgasauslaßöffnungen (28) in die im Innern des Schneckengehäuses (26) lie¬ gende Auspuffkammer (27) und von dort weiter durch die Seitenwand (20) des Motorgehäuses und das Auspuffrohr (54) ins Freie. (ABBn 5 und 6, Figuren 12 bis 17). Geführt durch den Gleitschuh (32) entlang der Führungswand (42) und durch den Führungsstutzen (33) in der Führungsrinne (43) erreicht der Schwenk¬ kolben um das Schneckengehäuse (26) und die Steuerkolben (24 und 25) herum wieder seine Position gemäß Fig. 11. Die Kipp- und Schwenkbewegungen wer¬ den 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 Umgebungs¬ druck 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 und b, 19, 29, 30a und b, 27) die Motorfunktionen von Ansaugen, Vorkompression, Endkompression . Zünden, Verbrennen, Expan¬ sion/Arbeitstakt und Gasausstoß gleichzeitig nebeneinander ablaufen.
Steilermechanismen
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 Expansionszylϊnders (22) wird durch den Außenzahn¬ kranz (39) und die Zahnräder (40,53b) auf die Zahnrad welle (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 Lauf rinnen (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 Hub¬ bewegungen des Kompressionskolbens (11) erreicht.
ERSATZBLATT Der Kompressionskolben (11) schließt in der Position seines unteren Totpunkts dicht ab mit dem Vorkompressionskolben I (1) einerseits und zur Steuerkolben¬ zylinderbuchse (38) hin mit den Steuerkolben I und II (24 und 25) andererseits. (ABB. 2, Figuren 2 und 2a, ABB. 3, Figuren 4 und 5).
Der dichte Abschluß des Kompressionskolbens (11) zur Zündungskammer (29) erlaubt es nun, die Steuerkolben (24 und 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 und 25) mittels der beiden Steuerscheiben I und II (48 und 49) über die Steuerkolbenwellenhe- bel I und II (46 und 47) bewegt. (ABB. 9, Figuren 22 und 23, ABB. 10, Figuren 24 bis 29). Diese Steuerscheiben I und II (48 und 49) wiederum sind im Steuer- scheibenzylindergehäuse (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 Steuer¬ scheibe I (48) über den Steuerwellenhebel (46) und die innere Steuerkolbenwel¬ le (44) den Steuerkolben 1 (24).
So wird der Steuerkolben I (24) kurz vor der Zündung des Gasgemisches wei¬ terbewegt, damit das explodierende Gemisch den auf dem Rotationszylinder (22) sitzenden Schwenkkolben (23) vorwärtsdrücken kann. (ABBn 4 und 5, Figu¬ ren 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.
Während dessen wird der frei bewegliche Steuerkolben II (2) durch den in der Vorkompression sich aufbauenden Gasdruck in der Zündungskammer (29) wei¬ terbewegt bis zur Stellung gemäß Figuren 17 bis 19 und Figuren 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 Steuer¬ kolben I (24).
Damit die Führungsrinnen (55 und 56) der Steuerscheiben alternierend ihre Steuer¬ funktion auf die Steuerwellenhebel (46 und 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, Figuren 22 und 23 und ABB. 10, Figuren 24 bis 29).
Die rotationssymmetrische Drehbewegung des Steuerscheibenzylindergehäuses (51) wird ebenfalls über die Zahnradwelle (52) und die Zahnradübersetzungen (53c, 40, 41) möglich.
ERSATZBLATT Mit dieser Arbeitsweise wird ein deutlich verbesserter Wirkungsgrad gegen¬ über herkömmlichen Brennkraftmaschinen erreicht durch
- einen Ablauf aller Motorfunktionen während einer Umdrehung,
- eine günstigere Kraftübersetzung bedingt durch die Zahnradtechnik bei den Kolben- und Zylinderbewegungen,
- 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.
ERSATZBLATT 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 und 2) und den Rotationsinnenzylinder (3) dargestellt, wie auch Zylinderbuchse (38) nicht mit den Steuerkolben (24 und 25) und der Rotationsaußenzylinder (22) ohne Schwenkkolben (23) gezeigt wird. In dieser Gesamtdarstellung wird da¬ durch die Anordnung der Kammern deutlicher sichtbar.
In ABB. 2, Figuren 2 und 2a und Figuren 3 und 3a sind Querschnitte durch die Vorkompressionszylinderbuchse (18) sowie Kompressionskolben (11) und Nockenscheiben (13) aufgezeigt.
Die Figuren 2 und 2a zeigen den Kompressionskolben (11) im unteren Totpunkt und die bewegten Teile im Vorkompressionszylinder.
Die Figuren 3 und 3a zeigen die bewegten Teile zueinander während der oberen Totpunktstellung des Kompressionskolbens (11).
In ABB. 3, Figuren 4 bis 9 sind die Stellungen von Vorkompressionskolben I und II (1 und 2) und Rotationszylinder/Innenläufer (3) sowie Kompressiosnkol- ben (11) in den Kammern (18) und (19) während einer Umdrehung wiedergegeben. ABB. 4. Figuren 10 und 11 sowie ABB. 5 und 6, Fig. 12 bis 19 zeigen die Stellun¬ gen von Expansionszylinder (22) und Schwenkkolben (23) während einer Um¬ drehung.
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 Expan¬ sionszylinders (22) und des Schwenkkolbens (23) während einer Umdrehung dargestellt. 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, Figuren 22 und 23 sowie die ABB. 10, Figuren 24 bis 29 verdeut¬ lichen die Arbeitsweise der beiden Steuerscheiben (48 und 49). Die Figuren 24 bis 29 stellen die Steuerscheibe (49) in Blickrichtung auf die Scheibe (48) und durch die Steuerkolbenwellenöffnung (57) auf die Steuerkol¬ ben (24 und 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 und 25).
ERSATZBLATT Beschriftung der Zeichnungen
1. Vorkompressionskolben I
2. Vorkompressionskolben II
3. Vorkompressionsrotatϊoπszylinder /Inn enläuf er
4. Vorkompressionszylinderflansch
5. Welle von Vorkompressionskolben I
6. Achse von Vorkompressionskolben II
7. Kolbenwellenbolzen
8. Zylindergleϊtschuh I
9. Zylindergleitschuh II
10. Gelenkbolzen von Zylindergleitschuh 8 und 9
11. Kompressionskolben
12. Brennstoffeinlaßöffnung
13. Nockenscheϊbe
14. Nockenwelle
15. Nockenwellenzahnrad
16. Laufrinne für Vorkompressionszylinderflansch 4
17. Zahnrad der Vorkompressionskolbenwelle
18. Vorkompressionszylinderbuchse / -kammer a + b
19. Endkompressϊonszylinderkammer
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
ERSATZBLATT Beschriftung der Zeichnungen
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. Führungsrinne für Steuerkolbenwellenhebel 46
56. Führungsrinne für Steuerkolbenwellenhebel 47
57. Durchgangsöffnung in Steuerscheibenzylinderwand 51 für Steuerkolbenwelk»
58. Schiefe Führungsebene in Führungsrinne 55 für Steuerkolbenwellenhebel 46
59. Schiefe Führungsebene in Führungsrinne 56 für Steuerkolbenwellenhebel 47
60. Steuerscheibenzylinderiager
61. Führungsrinne für Gleitringiager 62
62. Gleitringlager von Steuerscheibenzylinder 51
63. Scheitelpunkt in Vorkompressionszylinderbuchse
ERSATZBLATT

Claims

Ansprüche 1.) Strömungsbrennkraftmaschine, gekennzeichnet durch mehrere nacheinander angelegte Kammern (18a,b, 19, 27, 29, 30a,b) für die Motorfunktionen Ansau¬ gen, Vorkompression, Endkompression, Verbrennung, Expansion und Gasaus¬ stoß mit innen und außen laufenden Zylindern (3, 22) und Kolben (1, 2, 11, 23, 5 24, 25), die von einer zentralen Zahnradwelle (52) durch Zahnradübersetzungen (53a-b-c, 15, 17, 39, 40, 41) rotationssymmetrisch gesteuert werden und in de¬ nen alle Motorfunktionen gleichzeitig nebeneinander während einer Umdrehung ablaufen (Figuren 1 bis 19).
2.) Strömungsbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß in einer Vorkompressionszylinderbuchse (18) durch einen innen rotierenden Doppelkolben (1 und 2) und einen Rotationszylinder (3) zwei in ihrem Volumen sich verändernde Kammern (18a und b) gebildet werden derart, daß eine in Dreh¬ richtung 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 ent¬ stehenden Unterdrucks in der Kammer (18a) das Frischgas durch die Einla߬ öffnung (12) angesaugt wird (Figuren 2 bis 9).
3.) Strömungsbrennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Laufrinnen (16) in beiden flachen Seitenwänden der Vorkompressionszylin¬ derbuchse (18) den Flanschen (4) eines Rotationszylinders (3), dessen Durch¬ messer kleiner ist als jener der Zylinderbuchse (18), ein Rundlaufbett bieten so, daß der Rotationszylinder (3) auf der einen Seite gasdicht mit der Rundung der Zylinderderbuchse (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 Kompressionskol¬ ben (1,2) verbunden sind, daß diese Gleitschuhe (8+9) während der Kolben- und Zylinderumdrehungen ein Auf- und Abgleiten der Zylinderenden auf den Kol¬ benstirnflächen erlauben, daß die beiden Kolben (1,2) während einer Umdrehung ihre unterschiedlichen Winkelstellungen zum Innenzylinder (3) durch Scheren¬ bewegungen zueinander ausgleichen können, daß der Vorkompressionskolben (1) fest auf einer Welle (5) sitzt, die durch den Kolbenwellenbolzen (7) im Zen- trum der Vorkompressionszylinderbuchse (18) fixiert ist, daß auf der gleichen Achse (6) der Vorkompressionskolben (2) rotiert, daß der Vorkompressions¬ kolben (1) durch die Zahnradübersetzungen über die Welle (5) angetrieben den Rotationszylinder (3) und den Vorkompressionskolben (2) als Mitläufer bewe¬ gen kann, daß die Vorkompressionsdoppelkolben (1,2) in jeder Stellung während einer Umdrehung mit der Zylinderbuchsenrundung (18) gasdicht abschließen (Figuren 2 bis 9).
ERSATZBLATT 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. (Figuren 2,
4 bis 5).
5.) Strömungsbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn- zeichnet, daß in einer anschließenden Zylinderbuchse (38) zwei Rotationssteuerkol¬ ben (24,25) zwischen sich die Kompressions- und Zündungskammer (29) bilden, in die hinein das Gasgemisch vom 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 Expansi¬ onskammer (30a) öffnet und so dem explodierenden Gasgemisch in der Expan¬ sionskammer (30a) den Arbeitsdruck auf den Schwenkkolben (23) und den Ex- pansionsrotationszylinder (22) ermöglicht. (Figuren 1, 3, 10 bis 14, 22 bis 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 Ab¬ stands- und Gleitschienen (50) hin- und herbeweglich sind, daß während einer Umdrehung jeweils eine der beiden Steuerscheiben (z.B. 48) einen von zwei Steuerkolbenwellenhebeln (z.B. 46) und damit einen der beiden Steuerkol- ben (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 rota¬ tionssymmetrische Drehung des Steuerscheibenzylindergehäuses (51) über ei¬ nen Außenzahnkranz (41) auf dem Zylindergehäuse (51) durch Zahnradüber- Setzungen (53c, 40) ausgehend von der Zahnradwelle (52) erreicht wird. (Figuren 22 bis 29).
7.) Stömungsbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß um ein Schneckengehäuse (26) herum der Expansionsrotations- zylinder (22) und auf diesem sitzend der Schwenkkolben (23) rotiert, daß dieses Schneckengehäuse (26) die Zündungskammer (29) zwischen den Motorgehäusewän¬ den (20) mit den beiden Steuerkolben (24,25) sowie die innen liegende Auspuff¬ kammer (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 g asdichte Gleiten über die beiden Halbkreisoberflächenprofile des Schnecken¬ gehäuses (26) von dem Führungsgleitschuh (32) und dem Kippgleitschuh (34 ) unterstützt wird, wobei der Führungsgleitschuh an der Führung wand (-12) und der Führungsstutzen (33) in der Führungsrinne (43) geführt, wird, daß die Schwenk- und Kippbewegungen des Schwenkkolbens (23) und des Kipp-
ERSATZBLATT 90 gleitschuhes (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
95 Schneckengehäuses (26) und von dort weiter durch das Auspuffrohr (54) ent¬ lüftet. (Figuren 10 bis 19, 21).
8.) Strömungsbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß ein Außenzahnkranz (39) auf dem Expansionsrotationszylin- der (22) das beim Arbeitstakt erzeugte Drehmoment über Zahnräder (40, 53b) 100 auf die zentrale Zahnradwelle (52) überträgt (Figur 1).
ERSATZBLATT
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