DE102007052959B4

DE102007052959B4 - Tragbare Stromerzeugungsvorrichtung, Vorrichtung zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft für die tragbare Stromerzeugungsvorrichtung, Mikromotor mit Gleichstromspülung für die tragbare Stromerzeugungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102007052959B4
Application number: DE102007052959.9A
Authority: DE
Inventors: Gang-Chul Kim; Yong-Jae Lee; Yong-Dug Pyo; Young-Min Woo; Oh-Seuk Kwon; Jong-Pyo Cho; Hak-Geun Jung; Nam-Jo Jeong; Jong-Huy Kim; Choong-Sik Bae
Original assignee: Korea Institute of Energy Research KIER
Current assignee: Korea Institute of Energy Research KIER
Priority date: 2007-03-15
Filing date: 2007-10-30
Publication date: 2018-11-08
Anticipated expiration: 2027-10-31
Also published as: US20080224476A1; JP2008223756A; JP4604075B2; DE102007052959A1; US7671479B2

Abstract

Tragbare Stromerzeugungsvorrichtung, aufweisend:eine Vorrichtung (90) zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft, welche von außen zugeführten Kraftstoff mit Außenluft vermischt, so dass Mischgas bereitgestellt wird;einen Mikromotor (20) mit Gleichstromspülung, welcher Mischgas von der Vorrichtung zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft aufnimmt und das Mischgas entzündet, so dass es explodiert;eine Bedienungstafel (110) zum Bedienen und Steuern des Mikromotors (20) mit Gleichstromspülung;eine Kondensatorbatterie (120), welche sowohl die Bedienungstafel (110) als auch den Mikromotor (20) mit Gleichstromspülung mit Energie versorgt, wobei die Vorrichtung (90) zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft aufweist:ein erstes Laufrad (31), welches durch Rotation Kraftstoff ansaugt;ein zweites Laufrad (41), welches durch Abgasdruck gedreht wird, wobei das Abgas vom Mikromotor (20) mit Gleichstromspülung abgegeben wird; undein drittes Laufrad (51), welches durch Rotation Außenluft ansaugt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine tragbare Stromerzeugungsvorrichtung, insbesondere eine kleine tragbare Stromerzeugungsvorrichtung, welche sich leicht tragen lässt und ohne räumliche und örtliche Einschränkungen verwendbar ist, wobei die tragbare Stromerzeugungsvorrichtung eine Vorrichtung zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft, welche mit einem Dimethylether (DME)-Kraftstoff enthaltenden Kraftstofftank verbunden ist, und einen Motor aufweist, wobei der Motor unter Verwendung des von der Vorrichtung zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft zugeführten Kraftstoffes eine Reihe von Arbeitsabläufen, wie Zündung, Explosion, Kompression und Absaugung durchführt, um mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, wodurch verschiedene Vorrichtungen, wie tragbare elektronische Vorrichtungen und autonome Roboter, angetrieben werden.
Beschreibung des Standes der Technik
In dem Fachmann bekannter Weise sind elektronische Vorrichtungen durch die Micro-Electro-Mechanical-System (MEMS)-Fertigungstechnologien, von denen jede einzelne als fortgeschrittene Technologie des 21. Jahrhunderts große Beachtung erlangt hat, sehr verkleinert worden. Diese Technologie ermöglichte die schnelle Entwicklung tragbarer elektronischer Vorrichtungen, wie das Mobiltelefon, der Personal-Data-Assistent (PDA) und das Notebook, und erschloss neue Gebiete, wie das der Micro Air Vehicles (MAV) und das der Mikroroboter, wodurch diese Technologie die treibende Kraft zur Verwirklichung des ubiquitären Zeitalters darstellte. Dennoch besteht dringender Bedarf an einer Kondensatorbatterie oder einer Stromerzeugungsvorrichtung (d.h., einer tragbaren Stromversorgungsvorrichtung) mit einer hohen Ausgangsleistung, da eine tragbare Vorrichtung zur mobilen Kommunikation aufgrund der größeren Anzeige der Vorrichtung und der Addition von Bild- und dynamischen Bildfunktionen eine größere Menge an elektrischer Energie benötigt, und da sich ein Mikroroboter in einem weiten Bereich bewegen können und während eines langen Zeitintervalls in Betrieb sein können sollte.
Derzeit weist eine Lithium (Li)-Ionen-Kondensatorbatterie, wie sie hauptsächlich in kleinen elektronischen Vorrichtungen verwendet wird, eine Energiedichte von etwa 90 Wh/kg auf. Diese Batterie kann 3 bis 4 Stunden lang fortlaufend in Betrieb sein und muss danach wieder aufgeladen werden. Demzufolge besteht zur Wegbereitung eines weiterentwickelten ubiquitären Zeitalters dringender Bedarf an einer Stromerzeugungsvorrichtung, welche eine Energiedichte von 500 Wh/kg oder mehr aufweist und es derartigen elektronischen Vorrichtungen gestattet, während eines längeren Zeitintervalls in Betrieb zu sein.
Die derzeit existierenden Stromerzeugungsvorrichtungen sind jedoch zu komplex, als dass sich ihre Größe reduzieren ließe. Selbst wenn die Stromerzeugungsvorrichtung sehr verkleinert ist, reicht ihre Kapazität nicht aus, so dass eine Mehrfachverwendung verhindert wird.
US 6 479 964 B2 offenbart eine tragbare Stromerzeugungsvorrichtung, die eine Vorrichtung zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft und einen Mikromotor mit Gleichstromspülung aufweist. Die Vorrichtung zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft vermischt von außen zugeführten Kraftstoff mit Außenluft, so dass Mischgas bereitgestellt wird. Der Mikromotor nimmt das Mischgas von der Vorrichtung zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft auf und entzündet das Mischgas, so dass es explodiert.
US 6 460 493 B2 offenbart eine tragbare Stromerzeugungsvorrichtung, die eine Vorrichtung zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft und einen Mikromotor mit Gleichstromspülung aufweist.
EP 1 361 349 A2 offenbart einen Mikromotor mit Gleichstromspülung, der eine Zylinderlaufbuchse, Zylinderköpfe und Zylinderblockköpfe aufweist. Hier ist jeder Zylinderkopf an ein entsprechendes Ende von einander gegenüberliegenden Ende der Zylinderlaufbuchse angekoppelt und eine Zündvorrichtung aufweist. Die Zündvorrichtung entzündet das in die Zylinderlaufbuchse eingeleitete Mischgas, so dass es explodiert. Jeder Zylinderbockkopf ist an einen äußeren Teil des entsprechenden Zylinderkopfs angekoppelt, um das Mischgas in die Zylinderlaufbuchse einzuleiten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorbeschriebenen Probleme, die im Stand der Technik bestehen, zu lösen. Die Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft bereit, wobei die Vorrichtung zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft mittels des Verdampfungsdrucks des Kraftstoffes und des Abgasdrucks eine Vielzahl von Laufrädern in Betrieb setzen kann, um Kraftstoff und Luft miteinander zu vermischen und Mischgas in einen Motor hineinzuleiten, ohne dass dafür zusätzliche Vorrichtungen wie ein Kompressor und eine Pumpe erforderlich wären, wodurch die Materialkosten reduziert werden, während die Herstellung aufgrund einer einfachen Konstruktion leichter wird und die Herstellungszeit verringert wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung zur Realisierung der Aufgabe stellt die Erfindung eine tragbare Stromerzeugungsvorrichtung bereit, wobei die Stromerzeugungsvorrichtung aufweist: einen Kraftstofftank, welcher den Kraftstoff nach außen befördert; eine Vorrichtung zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft, welche den von außen zugeführten Kraftstoff mit Außenluft vermischt, so dass Mischgas bereitgestellt wird, wobei die Vorrichtung zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft auf dem Kraftstofftank aufgesetzt ist; einen Mikromotor mit Gleichstromspülung, welcher das Mischgas von der Vorrichtung zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft aufnimmt und das Mischgas entzündet, so dass es explodiert; eine Bedienungstafel zum Bedienen und Steuern des Mikromotors mit Gleichstromspülung; und eine Kondensatorbatterie, welche Glühkerzen der Bedienungstafel und des Mikromotors mit Gleichstromspülung mit Energie versorgt, wobei die Kondensatorbatterie eine im Mikromotor auftretende Schwankung des Laststroms kompensiert.
Die Vorrichtung zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft gemäß der Erfindung weist auf: eine Kraftstoffeinlasseinheit, welche eine in einem Mittelteil der Kraftstoffeinlasseinheit befindliche Einlassöffnung aufweist, wobei die Einlassöffnung mit einer Auslassöffnung des Kraftstofftanks in Verbindung steht, um Kraftstoff anzusaugen, und wobei die Kraftstoffeinlasseinheit weiterhin ein erstes Laufrad, welches an der Einlassöffnung angekoppelt ist und durch den Verdampfungsdruck des angesaugten Kraftstoffes gedreht wird, aufweist; eine Abgasfördereinheit, welche auf der Kraftstoffeinlasseinheit aufgesetzt ist und ein im Mittelteil der Abgasfördereinheit befindliches zweites Laufrad aufweist, wobei das zweite Laufrad durch den Druck des durch das Innere der Abgasfördereinheit zugeführten Abgases gedreht wird; eine Lufteinlasseinheit, welche auf der Abgasfördereinheit aufgesetzt ist und ein im Mittelteil der Lufteinlasseinheit befindliches drittes Laufrad, welches Luft von außen ansaugt, aufweist; eine Einheit zum Mischen von Kraftstoff und Luft, welche auf der Lufteinlasseinheit aufgesetzt ist und eine Durchgangsöffnung aufweist, wobei sich die Durchgangsöffnung in der mit dem dritten Laufrad korrespondierenden Position befindet, um durch das dritte Laufrad Luft einzuleiten, so dass sich die durch die Durchgangsöffnung eingeleitete Luft mit dem Kraftstoff mischt; und eine Abdeckung, welche auf der Einheit zum Mischen von Kraftstoff und Luft aufgesetzt ist und Verbindungsöffnungen, welche in einander gegenüberliegenden Enden der Abdeckung ausgebildet sind, aufweist, wobei die Verbindungsöffnungen zur Zufuhr des Kraftstoffes mit dem Motor verbunden sind.
Figurenliste
Die oben genannten und weitere Aufgaben, Eigenschaften und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende ausführliche Beschreibung, die in Verbindung mit den beigefügten Figuren erfolgt, besser verständlich, wobei:

1 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer tragbaren Stromerzeugungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 eine perspektivische Darstellung der tragbaren Stromerzeugungsvorrichtung gemäß der Erfindung im montierten Zustand zeigt;
3 eine perspektivische Explosionsdarstellung der in 1 gezeigten Vorrichtung zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft zeigt;
4 eine perspektivische Darstellung der in 3 gezeigten Kraftstoffeinlasseinheit zeigt;
5 eine perspektivische Darstellung der in 3 gezeigten Abgasfördereinheit zeigt;
6 eine perspektivische Darstellung der in 3 gezeigten Lufteinlasseinheit zeigt;
7 eine perspektivische Darstellung der in 3 gezeigten Einheit zum Mischen von Kraftstoff und Luft zeigt;
8 eine perspektivische Darstellung der in 3 gezeigten Abdeckung zeigt;
9 eine perspektivische Explosionsdarstellung des in 1 gezeigten Mikromotors mit Gleichstromspülung zeigt;
10 eine Abwicklungsdarstellung der in 9 gezeigten Einlasseinheit zeigt;
11 eine Abwicklungsdarstellung der in 9 gezeigten Glühkerze zeigt;
12 eine Vorderansicht des in 9 gezeigten Ventils zeigt;
13 eine Abwicklungsdarstellung des in 9 gezeigten Brennraumes zeigt;
14 eine Abwicklungsdarstellung des in 9 gezeigten Kolbens zeigt;
15 eine Abwicklungsdarstellung der in 9 gezeigten Führung zeigt;
16 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Mikromotors mit Gleichstromspülung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;
17 eine perspektivische Darstellung des Mikromotors mit Gleichstromspülung gemäß der zweiten Ausführungsform im montierten Zustand zeigt;
18 eine Abwicklungsdarstellung der in 16 gezeigten Einlasseinheit zeigt;
19 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb des Mikromotors mit Gleichstromspülung gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt;
20 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Mikromotors mit Gleichstromspülung gemäß der dritten Ausführungsform zeigt;
21 eine perspektivische Darstellung des Mikromotors mit Gleichstromspülung gemäß der dritten Ausführungsform im montierten Zustand zeigt;
22 eine Abwicklungsdarstellung des in 20 gezeigten Kopfes des Zylinderblocks zeigt;
23 eine Abwicklungsdarstellung des in 20 gezeigten Zylinderkopfes zeigt;
24 eine Abwicklungsdarstellung des in 20 gezeigten Zylinderblocks zeigt;
25 eine Vorderansicht des in 20 gezeigten Kolbens zeigt;
26 eine Abwicklungsdarstellung der in 20 gezeigten Zylinderlaufbuchse zeigt; und
27 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb des Mikromotors mit Gleichstromspülung gemäß der dritten Ausführungsform zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlicher beschrieben, wobei in den Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt sind.
1 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung einer tragbaren Stromerzeugungsvorrichtung 200 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, während 2 eine perspektivische Darstellung der tragbaren Stromerzeugungsvorrichtung 200 gemäß der Erfindung im montierten Zustand zeigt.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, weist die tragbare Stromerzeugungsvorrichtung 200 gemäß der Erfindung einen Kraftstofftank 100, eine Vorrichtung 90 zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft, einen Mikromotor 20 mit Gleichstromspülung, eine Bedienungstafel 110 und eine Kondensatorbatterie 120 auf.
Der Kraftstofftank 100 ist dazu geeignet, typischen Dimethylether (DME)-Kraftstoff aufzuweisen, wobei die Baugröße reduziert ist. Der Kraftstofftank 100 weist einen in der Mitte des oberen Teils des Kraftstofftanks 100 befindlichen Auslass 101 auf, wobei der Auslass 101 mit der Vorrichtung 90 zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft in Verbindung steht, so dass der im Kraftstofftank 100 enthaltene DME-Kraftstoff nach außen befördert werden kann. (Nachfolgend wird der DME-Kraftstoff „Kraftstoff“ genannt.)
Der Auslass 101 weist ein Schaltventil 102, welches verhindert, dass Kraftstoff zugeführt wird, wenn die tragbare Stromerzeugungsvorrichtung 200 nicht verwendet wird, auf. Ein Teil des Schaltventils 102 ragt aus einer Seite des Kraftstofftanks 100, auf welchem der Auslass 101 angeordnet ist, hervor, so dass der Verwender das Schaltventil 102 bedienen kann.
Die Bedienungstafel 110 bedient, bzw. steuert die tragbare Stromerzeugungsvorrichtung 200. Die Bedienung der Bedienungstafel 110 kann durch eine Fernbedienung oder einen (nicht gezeigten) Bedienknopf, welcher auf einem äußeren Ende der Bedienungstafel bereitgestellt wird, aktiviert werden.
Die Kondensatorbatterie 120 wird entweder einstückig mit oder getrennt von der Bedienungstafel 110 bereitgestellt. Die Kondensatorbatterie 120 speichert eine vorbestimmte Menge an elektrischer Energie, welche die Glühkerzen 3 und 6 des Mikromotors 20 mit Gleichstromspülung versorgen kann und kompensiert im Mikromotor 20 mit Gleichstrom auftretende Schwankungen des Laststroms.
3 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung der in 1 gezeigten Vorrichtung 90 zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft, während 4 eine perspektivische Darstellung einer in 3 gezeigten Kraftstoffeinlasseinheit 30 zeigt, 5 eine perspektivische Darstellung einer in 3 gezeigten Abgasfördereinheit 40 zeigt, 6 eine perspektivische Darstellung einer in 3 gezeigten Lufteinlasseinheit 50 zeigt, 7 eine perspektivische Darstellung einer in 3 gezeigten Einheit 60 zum Mischen von Kraftstoff und Luft zeigt, und 8 eine perspektivische Darstellung einer in 3 gezeigten Abdeckung 70 zeigt.
Wie in 3 gezeigt, weist die Vorrichtung 90 zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft gemäß der Erfindung die Lufteinlasseinheit 30, die Abgasfördereinheit 40, die Lufteinlasseinheit 50, die Einheit 60 zum Mischen von Kraftstoff und Luft 60 und die Abdeckung 70 auf.
Gemäß 4 weist die Kraftstoffeinlasseinheit 30 eine in der Mitte der Kraftstoffeinlasseinheit 30 befindliche Einlassöffnung 32 auf, wobei die Einlassöffnung 32 mit dem Kraftstofftank in Verbindung steht, um Kraftstoff aus dem Kraftstofftank anzusaugen. In der Kraftstoffeinlasseinheit 30 ist ein erstes Laufrad 31 an die Einlassöffnung 32 gekoppelt und dreht sich in Reaktion auf den Verdampfungsdruck des angesaugten Kraftstoffes. Die durch den Verdampfungsdruck des Kraftstoffes ausgelöste Rotation des ersten Laufrades 31 wirkt mit dem Verdampfungsdruck zusammen, so dass der Kraftstoff befördert wird.
In der Kraftstoffeinlasseinheit 30 sind Zuführungsnuten 33 derart ausgebildet, dass sie in einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet sind, wobei sich die Zuführungsnuten 33 von der in der Mitte der Kraftstoffeinlasseinheit 30 angeordneten Einlassöffnung 32 ausgehend in entgegengesetzte Richtungen erstrecken, so dass der Kraftstoff durch das erste Laufrad 31 eingeleitet werden kann. Der durch die Zuführungsnuten 33 zugeführte Kraftstoff wird nach oben eingeleitet, sobald er die Enden der Zuführungsnuten 33 erreicht hat.
Gemäß 5 ist die Abgasfördereinheit 40 auf der Kraftstoffeinlasseinheit 30 aufgesetzt. Ein zweites Laufrad 41 ist in der Mitte der Abgasfördereinheit 40 derart ausgebildet, dass das Abgas befördert werden kann, sobald der Motor gestartet wurde, wobei das zweite Laufrad durch den Druck des Abgases gedreht wird.
Die Abgasfördereinheit 40 weist Abgasfördernuten 42 auf, welche sich in einer Längsrichtung durch die Abgasfördereinheit 40 hindurch erstrecken, um Abgas befördern zu können. Die Abgasfördernuten 42 stehen mit dem durch den Abgasdruck rotierenden zweiten Laufrad 41 in Verbindung, so dass das Abgas nach außen abgegeben wird. Die Schaufeln des zweiten Laufrades 41 weisen eine spezifische Form auf, welche nicht nur durch den Abgasdruck die Rotation des zweiten Laufrades 41 erleichtern kann, sondern darüber hinaus das Abgas zur rechten und linken Seite der Abgasfördereinheit 40 befördern kann. Das zweite Laufrad 41 steht vertikal mit dem ersten Laufrad 31 in Verbindung und dreht sich zusammen mit dem ersten Laufrad 31.
Die Abgasfördernuten 42 stehen mit dem zweiten Laufrad 41 in Verbindung und gabeln sich in der Nähe der Längsenden der Abgasfördereinheit 42. Den derart geformten Abgasfördernuten 42 gelingt es effektiv, eine große Menge an Abgas schnell und einfach zu befördern.
Die Abgasfördereinheit 40 wird an den Bereichen, an denen sich die Abgasfördernuten 42 gabeln, mit Verbindungsöffnungen 80 bereitgestellt, durch welche das Abgas nach oben befördert werden kann. Die Verbindungsöffnungen 80 sind in Positionen, welche mit distalen Enden der Zuführungsnuten 33 der Kraftstoffeinlasseinheit 30 korrespondieren, angeordnet.
Gemäß 6 ist die Lufteinlasseinheit 50 auf der Abgasfördereinheit 40 aufgesetzt. Die Lufteinlasseinheit 50 weist ein drittes Laufrad 51, welches in der Mitte der Lufteinlasseinheit 50 ausgebildet ist und Luft von außen ansaugt, auf, wobei die Lufteinlasseinheit 50 weiterhin eine Vielzahl von Lufteinlassöffnungen 52, welche im Außenumfang der Lufteinlasseinheit 50 ausgebildet sind und mit dem dritten Laufrad 51 in Verbindung stehen, um Luft von außen anzusaugen, aufweist.
Die Schaufeln des dritten Laufrades 51 sind in einem vorbestimmten Winkel und in einer vorbestimmten Breite gebogen, so dass sie die durch die Lufteinlassöffnungen 52 der Lufteinlasseinheit 50 eingeleitete Luft nach oben befördern. Das dritte Laufrad 51 ist sowohl mit dem ersten Laufrad 31 als auch mit dem zweiten Laufrad 41 verbunden, so dass es sich dreht, wenn das erste Laufrad 31 durch den Verdampfungsdruck des Kraftstoffes gedreht wird und wenn das zweite Laufrad 41 durch den Abgasdruck gedreht wird.
Ebenso wie die Abgasfördereinheit 50 weist auch die Lufteinlasseinheit 50 Verbindungsöffnungen 80 auf, wobei die Verbindungsöffnungen 80 in den Positionen, welche mit den Verbindungsöffnungen 80 der Abgasfördereinheit 40 korrespondieren, ausgebildet sind. Wenn die Lufteinlasseinheit 50 auf der Abgasfördereinheit 40 aufgesetzt ist, sind die Verbindungsöffnungen 80 vertikal miteinander verbunden, so dass der Kraftstoff nach oben befördert werden kann.
Gemäß 7 ist die Einheit 60 zum Mischen von Kraftstoff und Luft auf der Lufteinlasseinheit 50 aufgesetzt. Die Einheit 60 zum Mischen von Kraftstoff und Luft weist eine Durchgangsöffnung 61 auf, wobei die Durchgangsöffnung 61 in der Position, welche mit dem dritten Laufrad 51 korrespondiert, ausgebildet ist, um die Luft von außen durch das dritte Laufrad 51 anzusaugen. Die von außen durch die Durchgangsöffnung 61 angesaugte Luft wird in der Einheit 60 zum Mischen von Kraftstoff und Luft mit dem Kraftstoff gemischt.
Die Einheit 60 zum Mischen von Kraftstoff und Luft weist ebenfalls Verbindungsöffnungen 80 auf, wobei die Verbindungsöffnungen 80 in den Positionen, welche mit den Verbindungsöffnungen 80 der Abgasfördereinheit 40 und der Lufteinlasseinheit 50 korrespondieren, ausgebildet sind, um den Kraftstoff anzusaugen und mit der durch die Durchgangsöffnung 61 eingeleiteten Luft zu mischen.
Um den Kraftstoff mit der Luft zu vermischen und die Mischung dann weiter zu befördern, weist die Einheit 60 zum Mischen von Kraftstoff und Luft Mischnuten 62, welche mit der Durchgangsöffnung 61 verbunden sind, auf. Die Mischnuten 62 sind derart ausgebildet, dass sie in einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet sind, wobei sie sich von der Durchgangsöffnung 61 ausgehend in entgegengesetzte Richtungen erstrecken. Die Verbindungsöffnungen 80 sind in inneren Teilen (Böden) der Mischnuten 62 ausgebildet.
Gemäß 8 ist die Abdeckung 70 auf der Einheit 60 zum Mischen von Kraftstoff und Luft aufgesetzt und weist Verbindungsöffnungen 71, welche zur Zufuhr des Kraftstoffes mit dem Motor verbunden sind, auf.
Die Abdeckung 70 ist auf dem höchstgelegenen Teil der Vorrichtung 90 zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft angebracht, wobei die Abdeckung 70 das untere Ende des Motors, welcher auf der Abdeckung 70 angeordnet ist, trägt. Um nacheinander die Kraftstoffeinlasseinheit 30 zusammenzusetzen, verbinden sich die Abgasfördereinheit 40, die Lufteinlasseinheit 50 und die Einheit 60 zum Mischen von Kraftstoff und Luft zu einem einheitlichen Körper, wobei an einem Ende der Abdeckung 70 weiterhin eine (nicht gezeigte) Kopplungseinheit bereitgestellt wird.
9 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung des in 1 gezeigten Mikromotors 20 mit Gleichstromspülung, während 10 eine Abwicklungs-darstellung einer in 9 gezeigten Einlasseinheit 1, 8 zeigt, 11 eine Abwicklungsdarstellung einer in 9 gezeigten Glühkerze 3, 6 zeigt, 12 eine Vorderansicht eines in 9 gezeigten Ventils 2, 7 zeigt, 13 eine Abwicklungsdarstellung eines in 9 gezeigten Brennraumes 4 zeigt, 14 eine Abwicklungsdarstellung eines in 9 gezeigten Kolbens 5 zeigt, und 15 eine Abwicklungsdarstellung einer in 9 gezeigten Führung 9 zeigt.
Wie in 9 gezeigt, weist der Mikromotor 20 mit Gleichstromspülung gemäß der Erfindung die Einlasseinheiten 1 und 8, die Führungen 9, die Ventile 2 und 7, die Glühkerzen 3 und 6 und den Brennraum 4 auf.
Gemäß 10 sind die Einlasseinheiten 1 und 8 den einander gegenüberliegenden Enden des Brennraumes 4 zugewandt, um das Mischgas, welches den vom Kraftstofftank zugeführten Kraftstoff und die Luft aufweist, anzusaugen.
Jede der Einlasseinheiten 1 und 8 weist eine Vielzahl in Verbindung stehender Einlassöffnungen 10 auf, wobei die in Verbindung stehenden Einlassöffnungen 10 sich von der Innenfläche zur Außenfläche der Einlasseinheit erstrecken, um das Mischgas in den Brennraum 4 einzusaugen. Die Einlassöffnungen 10 weisen einen geringen Durchmesser auf, um den Druck des die Mischung aus Kraftstoff und Luft aufweisenden Mischgases zu erhöhen.
Gemäß 11 ist jede der Glühkerzen 3 und 6 auf der Innenfläche der entsprechenden Einlasseinheit 1 und 8 aufgesetzt und an diese angekoppelt, wobei jede der Glühkerzen 3 und 6 das eingeleitete Mischgas durch einen Funken entzündet. Jede der Glühkerzen 3 und 6 weist Einsatzöffnungen 13 auf, wobei die Einsatzöffnungen 13 in den Positionen, welche mit den Einlassöffnungen 10 der Einlasseinheiten 1 und 8 korrespondieren, ausgebildet sind. Die Ventile 2 und 7 sind in den Einsatzöffnungen 13 installiert, um die Einsatzöffnungen zu öffnen, bzw. zu schließen.
In den Glühkerzen 3 und 6 ausgebildete Zündvorrichtungen 14 erzeugen Funken, wenn sie von einer (nicht gezeigten) außen bereitgestellten Kondensatorbatterie mit Energie versorgt werden. Ein Teil jeder Zündvorrichtung 14 ragt teilweise aus der Außenfläche der Glühkerze 3 oder 6 hervor, wobei sich der entgegengesetzte Teil jeder Zündvorrichtung 14 von der Außenfläche zur Innenfläche der Glühkerze 3 oder 6 erstreckt und teilweise aus dem Inneren der Einsatzöffnung 13 hervorragt.
Die Zündvorrichtungen 14 sind radial entlang der Einsatzöffnung 13 angeordnet und erzeugen in Reaktion auf einen an den Zündvorrichtungen 14 angelegten elektrischen Strom Funken, so dass das Mischgas (Kraftstoff und Luft) entzündet wird und explodiert.
Gemäß 12 ist jedes der Ventile 2 und identisch mit der Einsatzöffnung 13 ausgebildet und bewegt sich in Reaktion auf Innendruck in entgegengesetzte Richtungen, so dass das Kraftstoff und Luft aufweisende Mischgas abgegeben, bzw. am Durchströmen gehindert wird. Um das Mischgas abzugeben, bzw. am Durchströmen zu hindern, tritt ein Teil des Ventils 2 oder 7 wiederholt mit den Einlassöffnungen 10 der Einlasseinheiten 1 und 8 in Verbindung und trennt sich wiederholt von ihnen.
Aufgrund von in den Ventilen 2 und 7 ausgebildeten Durchgangsöffnungen kann der Kraftstoff durch die Ventile 2 und 7 hindurchströmen. Insbesondere sind die Durchgangsöffnungen 15 radial um die Mitte des Ventils 2 oder 7 herum angeordnet, wobei die Durchgangsöffnungen 15 in einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet sind.
Gemäß den 9 und 13 sind die Einlasseinheiten 1 und 8 und die Glühkerzen 3 und 6 an die einander gegenüberliegenden Enden des Brennraumes 4 angekoppelt, wobei sie aufeinander aufgesetzt sind, und wobei die Führungen 9 wie eine Abdeckung an die distalen Enden des Brennraumes 4 angekoppelt sind. Im Inneren des Brennraumes 4 ist ein Kolbenraum 16 ausgebildet, so dass sich der Kolben 5 im Kolbenraum 16 in entgegengesetzten Richtungen hin- und herbewegen kann. Wenn das Mischgas wechselweise durch die Glühkerzen 3 und 6 entzündet wird, explodiert es wechselweise in einander gegenüberliegenden Innenbereichen des Brennraumes 4, so dass sich der Kolben im Kolbenraum 16 in entgegengesetzte Richtungen bewegen (d.h., eine Seitwärtsbewegung ausführen) kann.
Wenn das durch die Glühkerzen 3 und 6 entzündete Mischgas explodiert, wird im Brennraum 4 Gas erzeugt. Der Brennraum 4 weist eine Vielzahl von Auslasskanälen 17, welche eine von der Innenfläche des Kolbenraumes 16 zur Außenfläche des Brennraumes 4 reichende Verbindung aufweisen.
An einander gegenüberliegenden Seitenteilen des Brennraumes sind Magnetöffnungen 4a ausgebildet, wobei in den Magnetöffnungen 41 Magnete 14 angeordnet sind. In Reaktion darauf, dass sich der Kolben 5 im Kolbenraum 16 in entgegengesetzten Richtungen hin und her bewegt, erzeugen die Magnete 14 Elektrizität, wobei die Elektrizität wiederum die Kondensatorbatterie 120 lädt oder dort verwendet wird, wo sie benötigt wird.
Gemäß 14 ist der Kolben 5 mit einem Schaft ausgeführt, wobei der Schaft an einander gegenüberliegenden Enden des Schaftes befindliche Kolbenböden 18 aufweist. Die Kolbenböden 18 sind derart ausgestaltet, dass sie die Innenfläche des Kolbenraumes 16 des Brennraumes 4 kontaktieren.
Um die Außenfläche des Schaftes des Kolbens 5 ist eine Spule 11 gewickelt, die in Reaktion auf das Magnetfeld des Magneten 12 Elektrizität erzeugt, wenn der Kolben 5 sich in entgegengesetzten Richtungen hin und her bewegt.
Die Anfangs- und Endpunkte der Spule 11 werden oberhalb des Schaftes bereitgestellt und sind mit der Kondensatorbatterie 120 oder mit einem außen befindlichen Teil verbunden.
Die Enden der Kolbenböden 18 weisen eine flache Form auf und sind aus einem Material, das dazu geeignet ist, Stößen zu widerstehen, hergestellt, so dass sich der Kolben 5 in eine Richtung bewegen kann, wenn das durch die Glühkerzen 3 und 6 entzündete Mischgas explodiert.
Gemäß 15 werden die Führungen 9 auf der Außenseite der Einlasseinheiten 1 und 8 bereitgestellt. Jede der Führungen 9 weist eine Führungsausnehmung 9a auf, wobei die Führungsausnehmung 9a in einer Oberfläche der Führung 9, insbesondere in einer Oberfläche, welche mit der Einlasseinheit 1, 8 in Kontakt steht, angeordnet ist. Die Führungsausnehmung 9a kann Kraftstoff und Luft aufweisendes Mischgas bis hin zu den Einlassöffnungen 10 der Einlasseinheit 1, 8 ansaugen.
Die Führungsausnehmung 9a ist derart geformt, dass sie das Mischgas durch die Unterseite der Führung 9 ansaugen kann, wobei die Führungsausnehmung 9a eine Größe, aufgrund derer sie alle Einlassöffnungen 10 der Einlasseinheit 1, 8 bedeckt, aufweist, so dass das Mischgas in alle Einlassöffnungen eingeleitet werden kann.
Die Struktur der Einlasseinheiten 1 und 8 des Mikromotors 20 mit Gleichstromspülung kann derart abgewandelt werden, dass das Mischgas über eine zusätzliche Zuführungseinheit zugeführt werden kann.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren weitere Ausführungsformen des Mikromotors mit Gleichstromspülung ausführlicher beschrieben.
16 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Mikromotors mit Gleichstromspülung gemäß einer zweiten Ausführungsform, während 17 eine perspektivische Darstellung des Mikromotors mit Gleichspülung gemäß der zweiten Ausführungsform im montierten Zustand zeigt und 18 eine Abwicklungsdarstellung der in 16 gezeigten Einlasseinheit zeigt.
Beim Mikromotor 20 mit Gleichstromspülung können Kupplungen 19 aus äußeren Enden der Einlasseinheiten 1 und 8 hervorragen. Die Kupplungen 19 können mit einer zusätzlichen Zuführungseinheit verkoppelt sein, wobei die zusätzliche Zuführungseinheit mit einem Kraftstofftank in Verbindung steht, um Kraftstoff und Luft aufweisendes Mischgas zuzuführen.
In jeder der Kupplungen 19 der Einlasseinheiten 1 und 8 ist eine Einlassöffnung 10 ausgebildet, wobei sich die Einlassöffnung 10 von der Innenfläche zur Außenfläche der Einlasseinheit 1, 8 erstreckt, so dass das zugeführte Mischgas in den Brennraum 4 eingeleitet werden kann. In der Einlassöffnung 10 werden eine Membran 11, welche das Innere blockiert, und eine Vielzahl von Zuführungsöffnungen 12 für Kraftstoff bereitgestellt, wobei die Zuführungsöffnungen 12 für Kraftstoff radial angeordnet sind und in einem vorbestimmten Abstand zur Mitte angeordnet sind. Vorzugsweise weisen die Zuführöffnungen 12 für Kraftstoff eine geringe Größe auf, um zu verhindern, dass bei der Explosion des Mischgases erzeugte Flammen aus dem Brennraum 4 zum (nicht gezeigten) Kraftstofftank gelangen.
19 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb des Mikromotors mit Gleichstromspülung gemäß der zweiten Ausführungsform. Wie in 19 gezeigt, wird gemäß dem Verfahren zum Betrieb des erfindungsgemäßen Mikromotors 20 mit Gleichstromspülung gemäß S100 den Einlasseinheiten 1 und 8 Kraftstoff und Luft aufweisendes Mischgas durch Kompression zugeführt.
Gemäß S200 werden, wenn das Mischgas den Einlasseinheiten 1 und 8 zugeführt wird, die Ventile 2 und 7 geöffnet und das Mischgas in den Brennraum eingeleitet. Gemäß S300 explodiert das durch die Einlasseinheit 1 eingeleitete Mischgas, nachdem es von der Zündvorrichtung 14 der Glühkerze 3 entzündet worden ist.
Gemäß S400 dehnt sich aufgrund der Explosion der Explosionsbereich im Brennraum 4 aus, wodurch der Kolben 5 in eine Richtung verschoben wird und der Druck des Explosionsbereiches steigt, so dass das Ventil 2 aufgrund der Druckdifferenz geschlossen wird.
Gemäß S500 wird der Innenbereich des Brennraumes 4, zu welchem der Kolben 4 geschoben wurde, aufgrund des Druckanstieges komprimiert, so dass das Ventil 7 geschlossen wird, wodurch die Einleitung des Mischgases durch das Ventil 7 beendet wird, wobei der im Innenbereich des Brennraumes 4, in welchem die Explosion stattfand, befindliche Auslasskanal 17 geöffnet wird, um das bei der Verbrennung produzierte Abgas nach außen abzugeben, und wobei der Druck im Brennraum 4 abfällt, wodurch das Ventil 2 wieder geöffnet wird, so dass wieder Mischgas angesaugt wird.
Gemäß S600 wird, wenn der Kolben 5 durch die Explosion in einer Richtung bis zum Ende geschoben wurde, der entsprechende Innenbereich komprimiert, wobei das durch das Ventil 7 eingeleitete Mischgas aufgrund der Kompressionszündung explodiert.
Gemäß S700 dehnt sich der Innenbereich des Brennraumes 4, in welchem die Explosion stattfand, aufgrund der Explosion aus, so dass der Kolben 5 in die entgegengesetzte Richtung verschoben wird, wobei der Innenbereich des Brennraumes 4, zu welchem der Kolben 4 geschoben wurde, komprimiert wird, so dass das Ventil 2 aufgrund des Druckanstieges geschlossen wird, wodurch die Zufuhr von Mischgas beendet wird.
Gemäß S800 wird dementsprechend der Auslasskanal 17 des Innenbereich des Brennraumes 4, in welchem die Explosion stattfand, geöffnet, wobei Abgas nach außen abgegeben wird, wodurch der Druck im Brennraum 4 abfällt, so dass das Ventil 7 geöffnet wird, um Mischgas anzusaugen.
Schließlich wird gemäß S900 der entsprechende Innenbereich komprimiert, wenn der Kolben 5 durch die Explosion bis zum Ende geschoben wurde, wobei das durch das Ventil 7 eingeleitete Mischgas aufgrund einer Kompressionszündung explodiert, wodurch der Kolben 5 in die entgegengesetzte Richtung verschoben wird. Auf diese Weise kommt es zu einer wiederholten Hin-und-Her-Bewegung des Kolbens 5.
Wird Mischgas von den Zündvorrichtungen 14 der Glühkerzen 3 und 6 entzündet, so wird ein höherer elektrischer Strom selektiv an eine der Glühkerzen 3 und 6 angelegt, so dass das Mischgas nicht an beiden Glühkerzen 3 und 6 gleichzeitig explodiert, sondern zuerst durch die ausgewählte Glühkerze entzündet wird. Nach dem Starten können die Zündvorrichtungen 14, auch ohne dass Elektrizität an sie angelegt wird, rotglühend bleiben.
20 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung des Mikromotors mit Gleichstromspülung gemäß einer dritten Ausführungsform, während 21 eine perspektivische Darstellung des Mikromotors mit Gleichstromspülung gemäß der dritten Ausführungsform im montierten Zustand zeigt und 22 eine Abwicklungsdarstellung des in 20 gezeigten Kopfes des Zylinderblocks zeigt.
Wie in den 20 und 21 gezeigt, kann der Mikromotor 20 mit Gleichstromspülung Zylinderblockköpfe 210, Zylinderköpfe 220, einen Zylinderblock 230, einen Kolben 240 und eine Zylinderlaufbuchse 250 aufweisen.
Gemäß 22 werden die Zylinderblockköpfe 210 an einander gegenüberliegenden Enden des Zylinderblocks 230 bereitgestellt, um das Kraftstoff und Luft aufweisende Mischgas, welches von einem (nicht gezeigten) Kraftstofftank zugeführt wird, anzusaugen. Im Mittelteil jedes der Zylinderblockköpfe 210 ist eine Einlassöffnung 211 ausgebildet, welche das vom Kraftstofftank zugeführte Mischgas durch den Zylinderkopf 220 bis hin zur Zylinderlaufbuchse 250 ansaugt. In der Innenfläche der Einlassöffnung 211 sind Innengewinde, welche mit einer Zuführungseinheit in Eingriff stehen, ausgebildet, wobei die Zuführungseinheit das Mischgas vom außen befindlichen Kraftstofftank zuführt.
Der Zylinderblockkopf 210 weist einen Kupplungsfortsatz 213 auf, wobei der Kupplungsfortsatz 213 aus einer Oberfläche des Zylinderblockkopfes 210 hervorragt und mit dem entsprechenden Zylinderkopf 220 in Kontakt steht, so dass der Zylinderblockkopf 210 mit dem Zylinderkopf 220 verkoppelbar ist. Der Kupplungsfortsatz 213 ragt in einem vorbestimmten Abstand aus der Außenfläche der Einlassöffnung 211 hervor.
In der Kontaktfläche des Zylinderblockkopfes 210 sind Anschlussabschnitte 212 ausgebildet, so dass die distalen Enden der Zündvorrichtungen 221 des Zylinderkopfes 220 über (nicht gezeigte) elektrische Leitungen mit einer (nicht gezeigten) außen befindlichen Batterie verbunden werden können, wobei die elektrischen Leitungen in die Anschlussabschnitte 212 eingesetzt sind. Die Anschlussabschnitte 212 sind mit der Außenfläche des Blockkopfes 210 verbunden, wobei die elektrischen Leitungen in die Anschlussabschnitte 212 eingesetzt sind.
23 zeigt eine Abwicklungsdarstellung des in 20 gezeigten Zylinderkopfes. Wie in 23 gezeigt, sind die Zylinderköpfe 220 derart in den Zylinderblock 230 eingesetzt, dass sie auf den einander gegenüberliegenden Enden der Zylinderlaufbuchse 250 aufgesetzt sind. Im Mittelteil des Zylinderkopfes 220 ist eine Einlassöffnung 220, welche Mischgas durch den Zylinderkopf 220 in die Zylinderlaufbuchse 250 einsaugt, ausgebildet. Die Einlassöffnung 221 ist in einer Position, welche mit der Einlassöffnung 211 des Zylinderblockkopfes 210 korrespondiert, ausgebildet, wobei das Mischgas entzündet wird, wenn die Zündvorrichtungen 221 rot glühen.
Die Zündvorrichtungen 221 des Zylinderkopfes 220 werden durch elektrischen Strom, welcher von einer (nicht gezeigten) außen befindlichen Batterie an die elektrischen Leitungen angelegt wird, zum Rotglühen gebracht. Jede der Zündvorrichtungen 221 erstreckt sich durch das Innere des Zylinderkopfes 220 hindurch, wobei ein Ende der Zündvorrichtung 221 mit einer Spule ausgeführt ist und in der Zylinderlaufbuchse 250 ausgebildet ist, und wobei das gegenüberliegende Ende der Zündvorrichtung 221 mit Anschlüssen ausgeführt ist, wobei die Anschlüsse in einem vorbestimmten Abstand in derjenigen Richtung, in welcher der Zylinderkopf 220 den Zylinderblockkopf 210 kontaktiert, hervorragen, so dass sie mit den elektrischen Leitungen verbunden sind.
Die Zündvorrichtungen 221 (z. B. zwei Zündvorrichtungen 221) sind voneinander getrennt, wobei sie auf beiden Seiten des (Kupplungsfortsatzes 213 des) Zylinderblockkopfes 210 angeordnet sind. Wenn die Zündvorrichtungen 221 durch den elektrischen Strom zum Rotglühen gebracht worden sind, wird das (Kraftstoff und Luft aufweisende) Mischgas entzündet, woraufhin es explodiert.
Ein Ende des Zylinderkopfes 220 ist in den Zylinderblock 230 eingesetzt, wobei der Zylinderblockkopf 210 auf dem gegenüberliegenden Ende des Zylinderkopfes 220 aufgesetzt ist. Der Zylinderblockkopf 210 ist auf dem Zylinderkopf 220 aufgesetzt, wobei der Kupplungsfortsatz 213 des Zylinderblockkopfes 210 in die Einlassöffnung 22 des Zylinderkopfes 220 eingesetzt ist. Ein Ende des Zylinderblockkopfes 210 ist durch (nicht gezeigte) Kupplungsglieder, wie etwa Bolzen, sicher am Zylinderblockkopf 230 befestigt.
24 zeigt eine Abwicklungsdarstellung des in 20 gezeigten Zylinderblocks, während 25 eine Vorderansicht des in 20 gezeigten Kolbens zeigt und 26 eine Abwicklungsdarstellung der in 20 gezeigten Zylinderlaufbuchse zeigt.
Wie in 24 gezeigt, sind die Zylinderblockköpfe 210 und die Zylinderköpfe 220 an die einander gegenüberliegenden Ecken des Zylinderblocks 230 angekoppelt, wobei sie aufeinander aufgesetzt sind. Die Zylinderlaufbuchse 250 ist mit dem Inneren des Zylinderblocks 230 verkoppelt und weist einen Kolbenraum 252 auf. Der Kolben 240 ist im Kolbenraum 252 angeordnet, so dass sich der Kolben in entgegengesetzten Richtungen hin und her bewegen kann. Wird Mischgas wechselweise durch die Zylinderköpfe 220 entzündet, so dass es wechselweise in einander gegenüberliegenden Innenbereichen des Zylinderblocks 230 explodiert, so bewegt sich der Kolben 240 im Kolbenraum 252 hin und her (d.h., er führt eine Kolbenbewegung aus).
In der Zylinderlaufbuchse 250 ist eine Vielzahl von Kanälen 260 zur Luftzirkulation ausgebildet, wobei sich die Kanäle 260 zur Luftzirkulation von der Außenfläche der Zylinderlaufbuchse 250 bis zum Kolbenraum 252 erstrecken, so dass in der Zylinderlaufbuchse 250 Luft zirkulieren kann. Die Kanäle 260 zur Luftzirkulation sind auf beiden Seiten der Zylinderlaufbuchse 250 bezüglich der Mitte der Länge der Zylinderlaufbuchse 250 angeordnet, wobei sie in einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet sind.
Eine Vielzahl von Auslasskanälen 270 ist in Längsrichtung in einem vorbestimmten Abstand zu den Kanälen 260 zur Luftzirkulation angeordnet. Die Auslasskanäle 270 sind derart ausgestaltet, dass sie das Abgas, welches bei der durch die Zylinderköpfe 220 verursachten Explosion des Mischgases in der Zylinderlaufbuchse 250 erzeugt wird, abgeben. Die Auslasskanäle 270 sind in vorgegebenen Positionen ausgebildet, so dass einer der Auslasskanäle 270 durch den Kolben 240 blockiert wird, wenn sich der Kolben 240 in der Zylinderlaufbuchse 250 in entgegengesetzten Richtungen hin und her bewegt.
Gemäß 25 ist der Kolben 240 mit einem Schaft ausgeführt, wobei der Schaft einen im Mittelteil des Schaftes befindlichen Magneten 241 und an einander gegenüberliegenden Enden des Schaftes befindliche Kolbenböden 242 aufweist. Die Kolbenböden 242 sind derart ausgestaltet, dass sie die Innenfläche des Kolbenraumes 252 der Zylinderlaufbuchse 250 kontaktieren. Die Enden der Kolbenböden 242 weisen eine flache Form auf und sind aus einem Material, welches dazu geeignet ist, Stößen zu widerstehen, hergestellt, so dass sich der Kolben 240 in eine Richtung bewegen kann, wenn das durch den Zylinderkopf 220 entzündete Mischgas explodiert.
Vorstehende Teile 243 ragen in einem vorbestimmten Abstand aus entgegengesetzten Stirnseiten der Kolbenböden 242 hervor, wobei die vorstehenden Teile 243 derart ausgestaltet sind, dass sie das Mischgas, welches in Reaktion darauf, dass sich der Kolben 240 im Kolbenraum 252 der Zylinderlaufbuchse 250 hin und her bewegt, eingeleitet wird, abgeben, bzw. daran gehindert wird, zu passieren. Wenn das Mischgas abgegeben, bzw. daran gehindert wird, zu passieren, wird jeder der vorstehenden Teile 243 derart eingesetzt, dass er in eine zur Einlassöffnung 222 des Zylinderkopfes 220 benachbarte Position gelangt, um das Mischgas daran zu hindern, zu passieren, und wird von der Einlassöffnung 222 entfernt, um das Mischgas in die Zylinderlaufbuchse 250 einzusaugen.
Gemäß 26 weist die Zylinderlaufbuchse 250 die Form einer hohlen Säule auf, wobei die Zylinderlaufbuchse 250 im Zylinderblock 230 angeordnet ist. In der Zylinderlaufbuchse 250 ist ein Kolbenraum 252 ausgebildet, wobei der Kolben 240 im Kolbenraum 252 untergebracht und derart angeordnet ist, dass er in entgegengesetzte Richtungen verschiebbar ist.
Die Zylinderköpfe 220 sind auf einander gegenüberliegenden Enden der Zylinderlaufbuchse 250 aufgesetzt und ortsfest an das Innere des Zylinderblocks 230 angekoppelt.
Eine in mehreren Lagen gewickelte Spule 251 ist in den Kolbenraum 252 der Zylinderlaufbuchse 250 eingesetzt und ist in der Mitte des Kolbenraumes 252 angeordnet, wobei sich der Schaft des Kolbens 240 durch die Spule 251 hindurch erstreckt. In Reaktion auf die wiederholte Verschiebung des Kolbens 240 erzeugt die Spule 251 aufgrund der Magnetkraft des Magneten 241 elektrische Energie, wobei die elektrische Energie an eine (nicht gezeigte) außen befindliche Batterie und Ähnliches übertragen wird.
Die Zylinderlaufbuchse 250 weist ebenfalls Kanäle 260 zur Luftzirkulation und Auslasskanäle 270 auf, wobei die Position und die Anzahl der Kanäle 260 zur Luftzirkulation und der Auslasskanäle 270 gleich der Position und der Anzahl der Kanäle 260 zur Luftzirkulation und der Auslasskanäle 270 des Zylinderblocks 230 ist.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ein Verfahren zum Betrieb des Mikromotors mit Gleichstromspülung gemäß der dritten Ausführungsform ausführlicher beschrieben.
27 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb des Mikromotors mit Gleichstromspülung gemäß der dritten Ausführungsform.
Wie in 27 gezeigt, wird gemäß dem Verfahren zum Betrieb des erfindungsgemäßen Mikromotors 20 mit Gleichstromspülung gemäß S10 Kraftstoff und Luft aufweisende Mischluft von außen durch die Einlassöffnungen 211 der Zylinderblockköpfe 210 befördert und durch die Einlassöffnungen 222 der Zylinderköpfe 220 in die Zylinderlaufbuchse 250 eingeleitet.
Gemäß S20 wird die in die Zylinderlaufbuchse 250 eingeleitete Mischluft zuerst durch die Zündvorrichtungen 221 eines der Zylinderköpfe 220 entzündet. Bei der Erstzündung wird von einer (nicht gezeigten) außen befindlichen Batterie über (nicht gezeigte) elektrische Leitungen elektrischer Strom an die Zündvorrichtungen 221 angelegt, so dass ausschließlich die Erstzündung des Motors durchgeführt wird.
Gemäß S30 explodiert in Reaktion auf die Zündung das Mischgas in einem Innenbereich der Zylinderlaufbuchse 250, wodurch Druck auf den Kolbenboden 242 ausgeübt wird, so dass der Kolben 240 in Richtung des gegenüberliegenden Innenbereiches der Zylinderlaufbuchse 250 verschoben wird.
Gemäß S40 komprimiert der verschobene Kolben 240 den gegenüberliegenden Innenbereich der Zylinderlaufbuchse 250, was eine Kompressionszündung des in die Zylinderlaufbuchse 250 eingeleiteten Mischgases auslöst. Der auf dem Kolbenboden 242 befindliche vorstehende Teil 243 wird derart eingesetzt, dass er in eine zur Einlassöffnung 222 des Zylinderkopfes 220 benachbarte Position gelangt, wodurch das Mischgas daran gehindert wird, in einer derartigen Richtung in die Zylinderlaufbuchse 250 eingeleitet zu werden.
Gemäß S50 wird der Kolben 240 zum gegenüberliegenden Innenbereich der Zylinderlaufbüchse 250 verschoben, wenn das Mischgas aufgrund einer Kompressionszündung explodiert, so dass der gegenüberliegende Innenbereich komprimiert wird, wobei das in den gegenüberliegenden Innenbereich eingeleitete Mischgas aufgrund einer Kompressionszündung explodiert, was eine nacheinander erfolgende, lineare Hin-und-Her-Bewegung des Kolbens 240 bewirkt. Der Mikromotor 20 mit Gleichstromspülung wird somit in Betrieb gesetzt.
Im Falle einer Erstzündung durch die Zündvorrichtungen 221 des Zylinderkopfes 220 oder einer Kompressionszündung durch den Kolben 240 wird das bei der Explosion erzeugte Abgas durch die Auslasskanäle 270 sowohl des Zylinderblocks 230 als auch der Zylinderlaufbuchse 250 abgegeben und wird frische Luft durch die Kanäle 260 zur Luftzirkulation in die Zylinderlaufbuchse 250 eingeleitet.
Wie oben dargelegt, weist die kompakte, tragbare Stromerzeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft, welche mit einem Dimethylether (DME)-Kraftstoff enthaltenden Kraftstofftank verbunden ist, und einen Motor auf, wobei der Motor unter Verwendung des von der Vorrichtung zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft zugeführten Kraftstoffes eine Reihe von Arbeitsabläufen, wie Zündung, Explosion, Kompression und Absaugung durchführt, um mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, wodurch verschiedene Vorrichtungen, wie tragbare elektronische Vorrichtungen und autonome Roboter, angetrieben werden. Daher lässt sich die kompakte, tragbare Stromerzeugungsvorrichtung leicht tragen und ist ohne räumliche und örtliche Einschränkungen verwendbar.
Die Vorrichtung zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft gemäß der vorliegenden Erfindung kann mittels des Verdampfungsdrucks des Kraftstoffes und des Abgasdrucks eine Vielzahl von Laufrädern in Betrieb setzen, um Kraftstoff und Luft miteinander zu vermischen und Mischgas in einen Motor hineinzuleiten, ohne dass dafür zusätzliche Vorrichtungen wie ein Kompressor und eine Pumpe erforderlich wären, wodurch die Materialkosten reduziert werden, während die Herstellung aufgrund einer einfachen Konstruktion leichter wird und die Herstellungszeit verringert wird.
Beim Mikromotor mit Gleichstromspülung für eine tragbare Stromerzeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird Mischgas, welches von einem Kraftstofftank zugeführten Kraftstoff und Luft aufweist, in einen Brennraum eingeleitet und explodiert, wenn es durch eine Glühkerze entzündet wird, wodurch ein Kolben im Inneren des Brennraumes in entgegengesetzte Richtungen verschoben wird, und wobei bei dem Mikromotor mit Gleichstromspülung durch die Verbrennung des Mischgases erzeugtes Abgas durch einen Auslasskanal des Brennraumes nach außen abgegeben wird, so dass die Gleichstromspülung den Verlust an Mischgas reduzieren und dadurch die Effizienz steigern kann, wobei sowohl die durch die Glühkerze ermöglichte Erstzündung als auch die darauf folgende Verbrennung vom Typ der Kompressionszündung zusammenwirken, um den Grad der Wärmeausnutzung zu steigern.
Beim Mikromotor mit Gleichstromspülung vom magnetischen Saugventiltyp gemäß der vorliegenden Erfindung wird Kraftstoff und Luft aufweisendes Mischgas durch Einlässe, welche sich an einander gegenüberliegenden Enden eines Zylinderkopfes befinden, in einen Brennraum eingeleitet, wobei die Einlässe durch die Bewegung eines Kolbens automatisch geöffnet, bzw. geschlossen werden, und wobei das in den Brennraum eingeleitete Mischgas (Kraftstoff und Luft) durch Zündvorrichtungen, welche sich an den einander gegenüberliegenden Enden des Zylinderkopfes befinden, zum ersten Mal entzündet wird, und wobei die Stärke der der Erstzündung folgenden Explosion den Kolben in die entgegengesetzte Richtung bewegt, so dass der gegenüberliegende Raum des Brennraumes komprimiert wird, und wobei das in einer Zylinderlaufbuchse befindliche komprimierte Mischgas durch eine Kompressionszündung nacheinander entzündet und zum Explodieren gebracht wird, so dass die durch eine einfache Struktur realisierte Gleichstromspülung die Effizienz des Motors steigern kann und die durch die einfache lineare Hin-und-Her-Bewegung ermöglichte einfache Struktur die Herstellung erleichtern und die Lebensdauer erhöhen kann, wobei der Kolben, die Zylinderlaufbuchse und der Zylinderkopf aus einem Keramikmaterial, welches eine hervorragende Wärmeisolation und eine geringe Wärmeausdehnung aufweist, hergestellt sein kann, wodurch sich der Grad an Wärmeausnutzung und die Lebensdauer bedeutend steigern lassen.

Claims

Tragbare Stromerzeugungsvorrichtung, aufweisend: eine Vorrichtung (90) zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft, welche von außen zugeführten Kraftstoff mit Außenluft vermischt, so dass Mischgas bereitgestellt wird; einen Mikromotor (20) mit Gleichstromspülung, welcher Mischgas von der Vorrichtung zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft aufnimmt und das Mischgas entzündet, so dass es explodiert; eine Bedienungstafel (110) zum Bedienen und Steuern des Mikromotors (20) mit Gleichstromspülung; eine Kondensatorbatterie (120), welche sowohl die Bedienungstafel (110) als auch den Mikromotor (20) mit Gleichstromspülung mit Energie versorgt, wobei die Vorrichtung (90) zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft aufweist: ein erstes Laufrad (31), welches durch Rotation Kraftstoff ansaugt; ein zweites Laufrad (41), welches durch Abgasdruck gedreht wird, wobei das Abgas vom Mikromotor (20) mit Gleichstromspülung abgegeben wird; und ein drittes Laufrad (51), welches durch Rotation Außenluft ansaugt.
Tragbare Stromerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste und/oder das dritte Laufrad (31, 51) an das zweite Laufrad (41) angekoppelt sind/ist, so dass sie/es sich im Verbund mit dem zweiten Laufrad (41) drehen/dreht.
Tragbare Stromerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Vorrichtung (90) zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft aufweist: eine Kraftstoffeinlasseinheit (30), auf welcher das erste Laufrad (31) angebracht ist; eine Abgasfördereinheit (40), auf welcher das zweite Laufrad (41) angebracht ist; eine Lufteinlasseinheit (50), auf welcher das dritte Laufrad (51) angebracht ist; eine Einheit (60) zum Mischen von Kraftstoff und Luft, welche den durch das erste Laufrad (31) eingeleiteten Kraftstoff mit der durch das dritte Laufrad (51) eingeleiteten Luft mischt, so dass Mischgas hergestellt wird; und eine Abdeckung (70), durch welche das in der Einheit (60) zum Mischen von Kraftstoff und Luft hergestellte Mischgas dem Mikromotor (20) mit Gleichstromspülung zugeführt wird.
Tragbare Stromerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Kraftstoffeinlasseinheit (30), die Abgasfördereinheit (40), die Lufteinlasseinheit (50), die Einheit (60) zum Mischen von Kraftstoff und Luft und die Abdeckung (70) der Reihe nach aufeinander aufgesetzt sind.
Vorrichtung zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft, welche Kraftstoff aus einem Kraftstofftank und Außenluft miteinander vermischt, wobei der Kraftstoff und die Außenluft einem Mikromotor (20) mit Gleichstromspülung zugeführt werden, und wobei die Vorrichtung (90) zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft aufweist: ein erstes Laufrad (31), welches durch Rotation Kraftstoff ansaugt; ein zweites Laufrad (41), welches durch Abgasdruck gedreht wird, wobei das Abgas vom Mikromotor (20) mit Gleichstromspülung abgegeben wird; und ein drittes Laufrad (51), welches durch Rotation Außenluft ansaugt.
Vorrichtung zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft nach Anspruch 5, wobei das erste und/oder das dritte Laufrad (31, 51) an das zweite Laufrad (41) angekoppelt sind/ist, so dass sie/es sich im Verbund mit dem zweiten Laufrad (31) drehen/dreht.
Vorrichtung zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft nach Anspruch 5, wobei das erste Laufrad (31) durch den Verdampfungsdruck des von außen zugeführten Kraftstoffs gedreht wird.
Vorrichtung zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft nach Anspruch 7, weiterhin aufweisend: eine Kraftstoffeinlasseinheit (30), auf welcher das erste Laufrad (31) angebracht ist; eine Abgasfördereinheit (40), auf welcher das zweite Laufrad (41) angebracht ist; eine Lufteinlasseinheit (50), auf welcher das dritte Laufrad (51) angebracht ist; eine Einheit (60) zum Mischen von Kraftstoff und Luft, welche den durch das erste Laufrad eingeleiteten Kraftstoff mit der durch das dritte Laufrad eingeleiteten Luft mischt, so dass Mischgas hergestellt wird; und eine Abdeckung (70), durch welche das in der Einheit zum Mischen von Kraftstoff und Luft hergestellte Mischgas dem Mikromotor (20) mit Gleichstromspülung zugeführt wird.
Vorrichtung zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft nach Anspruch 8, wobei die Kraftstoffeinlasseinheit (30), die Abgasfördereinheit (40), die Lufteinlasseinheit (50), die Einheit (60) zum Mischen von Kraftstoff und Luft und die Abdeckung (70) der Reihe nach aufeinander aufgesetzt sind.
Vorrichtung zur Versorgung mit Kraftstoff und Luft nach Anspruch 8, wobei die Abgasfördereinheit (40) dazu ausgebildet ist, Abgas von außen in einer Querrichtung anzusaugen und das Abgas in einer Längsrichtung abzugeben, nachdem das zweite Laufrad (41) durch das Abgas gedreht worden ist.
Vorrichtung zur Versorgung von Kraftstoff und Luft nach Anspruch 8, wobei aufgrund der Lufteinlasseinheit (50) Luft, welche durch das zweite Laufrad (41) angesaugt wird, der Einheit (60) zum Mischen von Kraftstoff und Luft zugeführt werden kann.