DE102008033185B4

DE102008033185B4 - Internal combustion engine with micromirrors

Info

Publication number: DE102008033185B4
Application number: DE102008033185A
Authority: DE
Inventors: Roland Meyer
Original assignee: RHP GmbH
Current assignee: RHP GmbH
Priority date: 2008-07-15
Filing date: 2008-07-15
Publication date: 2010-04-15
Anticipated expiration: 2028-07-16
Also published as: DE102008033185A1

Abstract

Die Erfindung ist ein Zusatz zum Patent 10 2008 008 768. Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit innerer Verbrennung, insbesondere einen Hubkolbenmotor, mit mindestens einem Kolben und einer transparenten Laufbuchse, welche von einem Vakuum oder Edelgas umgeben ist. Die Laufbuchse ist mit Mikrospiegeln ausgestattet, die es ermöglichen, den Durchlass von Strahlungsenergie zu steuern. Die im Motor als Strahlung freigesetzte Energie gelangt durch die transparente Laufbuchse nach außen in einen Wärmespeicher und zur richtigen Zeit wieder in den Brennraum. Somit wird die Aufheizung der Zylinderlaufflächen minimiert, auf eine Kühlung kann in diesem Bereich nun weitestgehend verzichtet werden und der Wirkungsgrad der Maschine erhöht sich gravierend.The invention is an addition to patent 10 2008 008 768. The invention relates to an internal combustion engine, in particular a reciprocating engine, with at least one piston and a transparent liner, which is surrounded by a vacuum or inert gas. The liner is equipped with micromirrors that allow the passage of radiant energy to be controlled. The energy released in the engine as radiation passes through the transparent liner to the outside in a heat storage and at the right time back into the combustion chamber. Thus, the heating of the cylinder surfaces is minimized, cooling can now largely be dispensed with in this area and the efficiency of the machine increases seriously.

Description

Das vorliegende Patent ist ein Zusatz zum Patent 10 2008 008 768.The This patent is an addition to patent 10 2008 008 768.

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to an internal combustion engine, according to the preamble of claim 1.

Wie in dem oben genannten Hauptpatent beschrieben, gelangt bei heutigen Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung ein großer Teil der eingesetzten und im Verbrennungsprozess freigesetzten Energie durch die Zylinderwand in das Kühlsystem, wird ungenutzt in die Umgebungsluft abgegeben und nicht in mechanische Energie umgesetzt. Stand der Technik, um die Durchlässigkeit für Strahlungsenergie zu verändern, ist eine Veröffentlichung der Universität Kassel:
Innovative Systeme zur Tageslichtlenkung. Mai 2007. Institut für Nanostrukturtechnologie und Analytik, Heinrich-Plett-Str. 40, 34132 Kassel., 2007. – Faltblatt –
URL: http//www.ttn-hessen.de/downloads/NanoSolutions08_Hilmer_Mikrospiegelanordnungen.pdf (abgerufen am 02.02.2009)As described in the above-mentioned main patent, in today's internal combustion engines, a large part of the energy used and released in the combustion process passes through the cylinder wall into the cooling system, is released unused into the ambient air and not converted into mechanical energy. The state of the art in order to change the permeability to radiant energy is a publication of the University of Kassel:
Innovative systems for daylight control. May 2007. Institute of Nanostructure Technology and Analytics, Heinrich-Plett-Str. 40, 34132 Kassel., 2007. - Leaflet -
URL: http // www.ttn-hessen.de / downloads / NanoSolutions08_Hilmer_Mikrospiegelanordnungen.pdf (retrieved on 02.02.2009)

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Wärmeverluste durch verschiedene technische Maßnahmen zu minimieren.Of the Invention is based on the object, the heat losses through various technical measures to minimize.

Diese Aufgabe wird durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These Task is by an internal combustion engine with the features of claim 1.

Die Maschine weist wenigstens eine mindestens teilweise transparente Laufbuchse auf, deren Oberfläche ganz oder teilweise mit Mikrospiegeln versehen ist. Ferner ist die Laufbuchse von einem Raum umgeben, der ein Vakuum enthält oder mit Edelgas gefüllt ist. Die Mikrospiegel steuern den Durchlass von Strahlungsenergie aus dem Brenn- und Kompressionsraum heraus und den Durchlass von Strahlung in entgegengesetzter Richtung.The Machine has at least one at least partially transparent Bushing on the surface wholly or partially provided with micromirrors. Furthermore, the Bushing surrounded by a space that contains a vacuum or filled with inert gas is. The micromirrors control the transmission of radiant energy out of the combustion and compression space and the passage of Radiation in the opposite direction.

Die Mikrospiegel müssen nicht auf der Oberfläche der Laufbuchse, sondern können auch in der Wandung der Laufbuchse, also in der Zylinderwand angeordnet werden oder sie können sich außerhalb der Laufbuchse befinden, nämlich in dem Raum, der die Laufbuchse umgibt und ein Vakuum enthält oder mit Edelgas gefüllt ist.The Micromirror must not on the surface the liner, but you can also in the wall of the liner, that is arranged in the cylinder wall be or they can outside the Bushing are, namely in the room that surrounds the bushing and contains a vacuum or with Filled with noble gas is.

Die Mikrospiegel sind schwenkbar, somit ist es möglich die Strahlung im wesentlichen zu reflektieren oder sie im wesentlichen passieren zu lassen. Solche Mikrospiegel sind keine Utopie, sie sind heute schon funktionsfähig und werden demnächst in größerem Umfang bei der Verglasung von Gebäuden eingesetzt. Auf einer Glasfläche von einem Quadratzentimeter lassen sich weit über 1000 solcher Spiegel unterbringen. Jeder Spiegel hat einen eigenen Antrieb. Auch die Rückseiten der Mikrospiegelflächen können verspiegelt sein. Die Technik findet auch in Beamern oder anderen optischen Geräten Anwendung und soll hier nicht näher erläutert werden.The Micromirrors are pivotable, so it is possible the radiation substantially to reflect or essentially let them pass. Such Micro mirrors are not a utopia, they are already functional today will be coming soon on a larger scale used in the glazing of buildings. On a glass surface of a square centimeter can accommodate well over 1000 such mirrors. Each mirror has its own drive. Also the backsides the micromirror surfaces can be mirrored. The technique also finds in beamers or others optical devices application and should not be closer here explained become.

Die Laufbuchse muss nicht vollständig transparent sein, sie sollte aber im wesentlichen durchlässig für Infrarotstrahlung sein, denn bei den im Brennraum herrschenden Temperaturen liefert das Infrarotspektrum die mit Abstand meiste Energie.The Bushing does not have to be complete be transparent, but it should be essentially transparent to infrared radiation because of the temperatures prevailing in the combustion chamber the infrared spectrum by far the most energy.

Die Laufbuchse kann aus Glaskeramik oder aus Quarzglas oder aus Borosilikatglas oder aus Saphirglas oder aus Sodaglas oder aus Kristallglas bestehen und mit Fasern verstärkt sein, auch mit nanofeinen Fasern oder durch Nanotubes. Fasern oder Tubes, welche eine hohe Transmissionsrate für Infrarotstrahlung aufweisen sind von Vorteil. Die eben genannten Gläser sind in verschiedenen Spezifikationen erhältlich, hohe Transmissionsraten für Infrarotstrahlung sind auch hier zu bevorzugen.The Bushing can be made of glass ceramic or quartz glass or borosilicate glass or made of sapphire or soda glass or crystal glass and reinforced with fibers be, even with nanofine fibers or by nanotubes. Fibers or tubes, which have a high transmission rate for infrared radiation are beneficial. The glasses just mentioned are in different specifications available, high transmission rates for Infrared radiation is also preferable here.

In dem Raum mit dem Vakuum oder dem Edelgas befindet sich ein Wärmespeicher, er kann auch als äußere Begrenzung dieses Raumes angeordnet sein.In the room with the vacuum or inert gas is a heat storage, He can also be used as an outer boundary be arranged in this room.

Er wird aus einem Material mit guten Wärmeleiteigenschaften hergestellt und besitzt eine hohe spezifische Wärmespeicherkapazität.He is made of a material with good thermal conductivity and has a high specific heat storage capacity.

Die Oberfläche des Wärmespeichers, welche zur Laufbuchse hin ausgerichtet ist, sollte so ausgeführt werden, um Reflexionen zu vermeiden. Als Beschichtung hierfür eignen sich zum Beispiel Titanoxid, Titannitrid, Titan-Nitrid-Oxid, Zirkonnitrid, Aluminiumnitrid, Schwarzchrom, Schwarznickel oder Metallkarbide. Diese Materialien können hauchdünn aufgesputtert oder auch durch andere Oberflächenbeschichtungstechniken aufgebracht werden.The surface the heat storage, which is aligned with the bushing, should be carried out so to avoid reflections. Suitable as a coating for this purpose For example, titanium oxide, titanium nitride, titanium nitride oxide, zirconium nitride, Aluminum nitride, black chrome, black nickel or metal carbides. These materials can paper-thin sputtered or by other surface coating techniques be applied.

Die Mikrospiegel werden durch eine Regelung elektrisch angesteuert, dadurch wird die Strahlungsdurchlässigkeit der Zylinderwand so eingestellt, dass zu bestimmten Zeitintervallen Strahlung durch die Laufbuchse vom Wärmespeicher in den Brenn- und Kompressionsraum gelangen kann und zu bestimmten Zeitintervallen diese Einstrahlung im wesentlichen unterbunden wird und dass zu bestimmten Zeiten Strahlung aus dem Brenn- und Kompressionsraum gelangen kann, während sie während der übrigen Zeit dorthin zurück reflektiert wird. Die bei der Verbrennung erzeugte Infrarot-Strahlung gelangt zum größten Teil durch die Zylinderwand und die Spiegel hindurch, erwärmt den Wärmespeicher und wird zu gegebener Zeit in den Brenn- und Kompressionsraum zurückgeführt.The Micromirrors are electrically controlled by a control, As a result, the radiation transmissibility of the cylinder wall becomes so set that at certain time intervals radiation through the Bushing from the heat accumulator can get into the combustion and compression space and to certain Time intervals this irradiation is substantially prevented and that at certain times radiation from the combustion and compression space can get while she while the rest Time back there is reflected. The infrared radiation generated during combustion passes to biggest part through the cylinder wall and the mirrors, heats the heat storage and will be returned to the combustion and compression space at the appropriate time.

Die Oberfläche des Wärmespeichers wird zur Laufbuchse hin mit Solarzellen oder Photovoltaikmodulen versehen. In jüngster Zeit werden Solarzellen darauf getrimmt auch den Infrarotanteil der solaren Einstrahlung auf unseren Planeten in elektrischen Strom umzuwandeln. Diese Solarzellen sind, sofern auf die Temperaturen des Wärmespeichers ausgelegt, für diese Anwendung geeignet. Sie würden eine Lichtmaschine überflüssig machen. Die photoaktive Oberfläche der Solarzellen wird zum Brennraum hin ausgerichtet oder sie wird zum Wärmespeicher hin ausgerichtet und mit dessen Oberfläche verbunden. Im letzten Fall wird die Rückseite der Solarzellen/Solarmodule mit den oben genannten Beschichtungsmaterialien für den Wärmespeicher versehen, denn diese Fläche ist nun die zum Brennraum hin ausgerichtete Oberfläche des Wärmespeichers.The surface the heat storage becomes a liner with solar cells or photovoltaic modules Mistake. Most recently Time, solar cells are also trimmed the infrared component the solar radiation on our planet in electric current convert. These solar cells are, provided that the temperatures the heat accumulator designed, for this Application suitable. They would make an alternator superfluous. The photoactive surface the solar cell is directed towards the combustion chamber or it becomes to the heat storage aligned and connected to the surface. In the last case will the back the solar cells / solar modules with the above-mentioned coating materials for the Provided heat storage, because this area is now the surface of the combustion chamber directed toward the combustion chamber Heat storage.

Um durch die Oberfläche der Laufbuchse möglichst wenig ungewollt Strahlung zu reflektieren (wenn gerade Strahlung durchgelassen werden soll) wird sie entspiegelt. Das kann mittels aufgebrachter Interferenzschichten oder mikrofeiner Strukturen in der Oberfläche geschehen, welche eingeprägt oder mittels Sol-Gel-Schicht und thermischer Behandlung aufgebracht werden. Zwischen Laufbuchse und Zylinderkopf sowie zwischen Laufbuchse und Kurbelgehäuse befindet sich eine thermische Isolierung. Diese Isolierung kann auch sehr schwach dimensioniert oder auch weggelassen werden, wenn sich zeigt, dass sich die Laufbuchse sonst zu stark erwärmt. Somit hat man die Möglichkeit über die Auswahl der Isolierung festzulegen, wie viel der durch Absorption in der Laufbuchse aufgenommenen Wärmeenergie an den Zylinderkopf oder das Kurbelgehäuse abgegeben werden soll.Around through the surface the bushing as possible little unintentionally to reflect radiation (if just radiation is to be transmitted) it is anti-reflective. That can by means of applied interference layers or microfine structures in the surface happen, which imprinted or applied by sol-gel layer and thermal treatment become. Between liner and cylinder head and between liner and crankcase there is a thermal insulation. This insulation can also very weak dimensioned or omitted, if It shows that the liner otherwise warms up too much. Consequently one has the possibility over the Selection of insulation to determine how much the absorption heat energy absorbed in the bushing to the cylinder head or the crankcase to be delivered.

Teile des Brennraums, insbesondere der Kolben, der Zylinderkopf und die Ein- und Auslassventile werden brennraumseitig mit einer thermischen Isolierung versehen und hochglanzpoliert oder mit einer spiegelnden Oberfläche versehen.parts the combustion chamber, in particular the piston, the cylinder head and the Inlet and outlet valves be provided on the combustion chamber side with a thermal insulation and highly polished or provided with a reflective surface.

Claims

Internal combustion engine, in particular reciprocating engine, with at least one piston and a liner, according to patent 10 2008 008 768, characterized in that the liner is at least partially transparent and its surface is wholly or partially provided with the passage of radiant energy controlling micromirrors.

Internal combustion engine according to claim 1, characterized characterized in that the micromirrors are not on the surface of the Bushing, but are located in the wall of the liner.

Internal combustion engine according to one of the aforementioned Claims, characterized in that the micromirrors are outside the liner are in the room containing a vacuum or with Filled with noble gas is.

Internal combustion engine according to one of the aforementioned Claims, characterized in that the micromirrors are pivotable and thus substantially reflecting the radiation or substantially let pass.

Internal combustion engine according to one of the aforementioned Claims, characterized in that the liner made of quartz glass or from Borosilicate glass or sapphire glass or soda glass or crystal glass consists.

Internal combustion engine according to claim 5 characterized characterized in that the materials mentioned in claim 5 by Nanotubes reinforced are.

Internal combustion engine according to one of the aforementioned Claims, characterized in that the liner of one in the room with the vacuum / inert gas or as an outer limit of this Room arranged heat storage is surrounded.

Internal combustion engine according to claim 7, characterized characterized in that the heat storage for Bushing with titanium oxide or titanium nitride or titanium nitride oxide or zirconium nitride or aluminum nitride or black chrome or black nickel or metal carbides is coated.

Internal combustion engine according to claim 8, characterized in that the materials mentioned in claim 8 are sputtered on become.

Internal combustion engine according to one of the aforementioned Claims, characterized in that a control the micromirrors electrically controls and thereby controls the radiation transmission of the cylinder wall.

Internal combustion engine according to claim 7, characterized characterized in that the surface the heat storage towards the bushing with solar cells or photovoltaic modules provided is.

Internal combustion engine according to one of the aforementioned Claims, characterized in that the surface of the bushing at least partially antireflective.

Internal combustion engine according to one of the aforementioned Claims, characterized in that between the bushing and the cylinder head a thermal insulation is located.

Internal combustion engine according to one of the aforementioned Claims, characterized in that between the bushing and crankcase a thermal insulation is located.

Internal combustion engine according to one of the aforementioned Claims, characterized in that parts of the combustion chamber, in particular the piston, the cylinder head and the intake and exhaust valves on the combustion chamber side provided with a thermal insulation.