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Gegenwärtig verwendete,
herkömmliche Kraftmaschinen
werden im allgemeinen in zwei verschiedene Gruppen eingeteilt, nämlich Zweitaktmaschinen
und Viertaktmaschinen. In derartigen Motoren findet eine Verbrennung
im Innern des Zylinders statt.
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Aus
der
DE 693 19 917
T2 ist ein Motor mit Wasserdampfmaschinen- und Kolbenmotorelementen
bekannt. Der Motor weist mehrere Zylinder/Kolbeneinheiten, einen
einzigen Verdampfungszylinder, sowie eine Heizeinheit zur Verbrennung
von Brennstoff außerhalb
der Zylinder-/Kolbeneinheiten auf. Der Verdampfungszylinder wird
mit Wasser mittels einer Wassereinspritzdüse befüllt. Der in dem Verdampfungszylinder
erzeugte Dampf treibt die mehreren Kolben an. Der Verdampfungszylinder
arbeitet mit Dampf/Wasserdampf. Damit ist ein einziger Verdampfungszylinder
vorgesehen, der mit mehreren Kolben/Zylindereinheiten zusammenarbeitet.
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Aus
der
EP 0 260 908 A2 und
der
US 4 052 293 ist
ein Verbrennungsmotor mit einer in der Zylinder-/Kolbeneinheit angeordneten
internen Verbrennungskammer bekannt. Der Motor der
US 4 052 293 ermöglicht die Verbrennung eines
festen Brennstoffs.
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Die
vorliegende Erfindung sieht gemäß Patentanspruch
1 einen Motor vor, wobei der Motor als Viertakt-, oder Achttakt-,
oder Zwölftaktmotor
ausgebildet ist, bei dem anstelle eines Brennstoffes auf Erdölbasis fester
Brennstoff auf pflanzlicher Basis oder Kohle verwendet wird, wobei
die Beschickung mit Brennstoffpackungen erfolgt und der Brennstoff kontinuierlich
verbrannt wird, wobei der Motor einen Motorkörper mit darin auf und ab bewegten
Kolben und schraubenförmige
Heizrohre aufweist, wobei in verschieden Takten vorgesehen ist,
dass der Kolben Luft ansaugt, dass die angesaugte Luft in die schraubenförmigen Heizrohre
eingebracht wird, und dass die Luft aus den schraubenförmigen Heizrohren
den Kolben antreibt.
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Im
erfindungsgemäßen Zwölftaktmotor
findet die Verbrennung in einer speziellen Kammer (D1) außerhalb
des Zylindervolumens (A) statt. Die allgemeinen Eigenschaften des
in den 1, 2 und 2 dargestellten neuen
Motors werden nachstehend beschrieben.
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In 1 sind
der Motorkörper
(A), der Kolben (A/a) und der Querschnitt der Motorhaube (B) dargestellt.
An der Motorhaube befinden sich 8 [(2 × 3) + 2] Ventile. Die Ventil-Betätigungsmechanismen, Wellen,
Bolzen und andere ähnliche
Bestandteile befinden sich am anderen Teil (C). Die beiden Teile
(B) und (C) werden unter Bildung der gesamten Motorhaube zusammengebaut.
Ein Zwölftaktmotor
wurde als eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ausgewählt. Es kann sich auch um einen
Viertakt- oder Achttaktmotor handeln, wobei jedoch ein Zwölftaktmotor
gemäß vorläufigen Berechnungen bevorzugt
wird.
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Heizeinheit (1-D):
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Im
neuen Motor wird ein "fester
Brennstoff" (Treibstoff)
(SF) verwendet. Die Verbrennung des Brennstoffes findet außerhalb
des Zylinders statt, was im Gegensatz zu herkömmlichen Motoren steht. Eine
getrennte Kammer, die als "Heizeinheit" (D) bezeichnet wird,
ist für
diesen Zweck vorgesehen. Schraubenförmige Kupfer-Heizrohre (Ga1,
Ga2, Ga3) sind am äußeren Abschnitt
eines in der Einheit (D) eines Korbes (D5) vorgesehen.
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Der
feste Brennstoff wird kontinuierlich im Korb (D1)
verbrannt. Die aufgrund der Verbrennung emittierten Gase (Dämpfe) folgen
den Wegen (R1) und (L1),
durchlaufen den Auspufftopf (E) und die Rohre der Heizeinheit (F1a)
und werden durch das Abgasrohr (T) nach außen an die Atmosphäre abgegeben.
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Die
Heizeinheit (D) wird vollständig
von einer Glasfaserisolierung (H1), (H2) eingeschlossen. Luft, die bei Bewegung
des Kolbens vom unteren toten Punkt (LDP) zum oberen toten Punkt
(UDP) in den Kurbelkasten eingesaugt wird, wird durch die Rohre der
Heizeinheit (F1a) im Auspufftopf erwärmt, wenn sich der Kolben zum
LDP senkt, und im erwärmten Zustand
durch das Rohr (B) dem Ofen der Heizeinheit (D) zugeführt.
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Die
Verwendung von festem Brennstoff im erfindungsgemäß definierten
Motor bringt bestimmte Modifikationen und Schwierigkeiten mit sich.
Obgleich es bei herkömmlichen
Motoren möglich
ist, den Motor einfach durch Drücken
eines Knopfes in Betrieb zu setzen oder zu stoppen, sind für den neuen
Feststoff-Brennstoffmotor bestimmte Vorbereitungen erforderlich.
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Um
den neuen Motor zu Beginn in Betrieb zu setzen, muss der im Korb
(D1) vorhandene feste Brennstoff (SF) entzündet werden,
ebenso wie beim Entzündungsvorgang
eines Holzbrennofens. Dieser Vorgang wird nur für den anfänglichen Betriebsbeginn durchgeführt und
muss anschließend
während des
Tages nicht mehr wiederholt werden. Für kurze Pausen ist eine Erwärmung der
dem Brennstoffkorb (D1) zugeführten
Luft auf ein minimales Niveau ausreichend.
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Es
ist ersichtlich, dass beim Festbrennstoffmotor eine Möglichkeit
zum Verlust einer gewissen Energiemenge sowohl bei Inbetriebnahme
am Morgen als auch zu Betriebsschluss besteht. Jedoch kann dieser
Verlust durch folgende Maßnahmen
auf ein Minimum begrenzt werden.
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In
jedem Haushalt gibt es bestimmte Hilfsvorrichtungen, z. B. eine
Heizung des Hauses im Winter, die Zubereitung von warmer Wasser
für die Küche und
das Badezimmer und dergl. Das erfindungsgemäß konzipierte Fahrzeug ist
insbesondere für
eine bequeme Nutzung in ländlichen
Bereichen vorgesehen.
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Anordnung zur kontinuierlichen Zufuhr
von festem Brennstoff zur Heizeinheit:
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Ein
zylindrisches Rohr ist an der oberen Abdeckung (L) mittels Bolzen
(F) angebracht. Festbrennstoffpackungen (U1, U2, U3, ....) sind
im Rohr (V1) gestapelt. Beim Verbrennen der Packung, die sich auf
dem tiefsten Niveau befindet (U1), gelangen die oben befindlichen übrigen Packungen
aufgrund der Schwerkraft nach unten. Das fortlaufende Verbrennen
der Masse wird aufgrund des Kontakts mit dem verbrennenden Festbrennstoff
erreicht. Somit ermöglicht
es eine ausreichende Menge an Festbrennstoffpackungen, das Fahrzeug
ohne jegliche Pause über
eine bestimmte Distanz (km) zu fahren.
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Entleerung der in der Heizeinheit (D)
angesammelten Asche:
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Die
Asche wird über
Z entleert.
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Zuführen
der für
die Verbrennung des Brennstoffes erforderlichen Luft zum Verbrennungskorb
(D1) unter Vorheizen der Luft:
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Bekanntlich
werden bei einigen herkömmlichen
Motoren Turbolader zur Verstärkung
der Leistung verwendet. Im erfindungsgemäßen Motor wird eine ähnliche
Verstärkung
oder Verbesserung durch eine praktische Lösung, die keine derartige Vorrichtung
erfordert, erreicht:
- 1) Wenn der Kolben (A/a)
sich von LDP zu UDP hebt, öffnet
sich der Kurbelkasten und Luft wird sodann in den Kurbelkasten angesaugt,
wenn sich der Kolben (A/a) von UDP zu LDP senkt. Diese im Kurbelkasten
gesammelte Luft wird durch das Luftrohr (E) in den Auspufftopf gepumpt.
Diese Luft wird nach Aufheizen durch Zirkulation um die warmen Rohre
(F/a) des Auspufftopfes (E) durch ein Rohr (F2)
dem Korb (D1) zugeführt. Somit wird die für die Verbrennung
des festen Brennstoffes erforderliche Luft in einem vorgeheizten Zustand
eingesetzt.
- 2) Während
des Vorgangs, bei dem Luft in den Korb (D1) im erfindungsgemäßen Zwölftaktmotor gepumpt
wird, findet ein weiterer Vorgang statt: Während des 1. und 2., des 3.
und 4. sowie des 5. und 6. Taktes des Motors wird frische Luft angesaugt
und in die schraubenförmigen
Rohre (6a1, 6a2, 6a3) gepumpt, wo die Luft kontinuierlich erwärmt wird.
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Am
Ende der 7.-8., 9.-10. und 11.-12. Taktzeiten wird warme Luft nacheinander
3-mal dem brennenden Festbrennstoff im Korb (D1)
mittels des Rohrs (F3) zugeführt, und
zwar beim Öffnen
des Ventils (B/B4) während
der entsprechenden 8., 10. und 12. Taktzeiten (wie beim Abgaszyklus
des herkömmlichen
Viertaktmotors. Kurz zusammengefasst:
- a) 6
Volumenteile Luft (erwärmt)
werden aus dem Kolben (A/a)-Kurbelkasten
durch die Leitungen (F1 und F2)
in den Korb D2 gepumpt, und zwar einmal
alle zwei Taktperioden, und
- b) 3 Volumenteile Luft (erwärmt)
werden 3-mal über
die Leitung (F3) durch die Öffnung des
Ventils (B/B4) in den Korb D2 gepumpt, und
zwar einmal alle 4 Taktperioden.
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Infolgedessen
lässt sich
eine effizientere Motorkonstruktion durch eine neue Anordnung erreichen,
ohne dass eine zusätzliche
Vorrichtung, wie ein Turbolader oder eine ähnliche Vorrichtung, verwendet
werden. Daher kann der Motor auch mit Festbrennstoff betrieben werden.
Zusammenfassend ausgedrückt:
- a) Im erfindungsgemäßen Zwölftaktmotor wird, im Kolben-Kurbelkasten-Teil, erwärmte Luft
vom über
die Leitungen (F1 und F2 während 6
Taktzeiten) vom Kurbelkasten in den Brennstoffverbrennungskorb (D1) gepumpt, und andererseits
- b) wird zusätzliche
erwärmte
Luft durch das Rohr (F3) während 3
Taktzeiten im gleichen Zwölftaktmotor
(im Abgaszustand) gepumpt.
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Somit
werden insgesamt 9 Volumenteile warme Luft innerhalb einer Zwölftaktperiode
gepumpt.
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Nachstehend
wird der Betrieb des Zwölftaktmotors
beschrieben:
Die 1 und 2 zeigen
die Schraubengänge (6a1, 6a2, 6a3) und die Verbindungen der Schrauben mit
dem Zylindervolumen (B/k1); (B/k2); (B/k3) sowie (B/b1; B/b2; B/b3) und den
Kanal (K), der die Verbindung mit dem Zylindervolumen herstellt.
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Nahstehend
werden diese Einheiten und die Art und Weise der Ausführung der
zwölf Takte
beschrieben.
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1. und 2. Taktzeit
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- 1. Takt: Der Kolben (A/a) bewegt sich von UDP nach LDP.
Das Ansaugventil B/B3 wird geöffnet.
Atmosphärische
Luft wird beim Senken des Kolbens angesaugt. Der Kolben erreicht
schließlich
den Punkt LDP, wobei sich das Ventil B/B3 schließt.
- 2. Takt: Der Kolben (A/a) bewegt sich von LDP nach UDP. B/B3
wird geschlossen und B/b1 geöffnet.
Die Schrauben (Ga1) füllen sich über dem Kanal (B/k1) mit
frischer Luft. Wenn der Kolben den Punkt UDP erreicht, wird B/b1
geschlossen. Frische Luft wird durch die Heizeinheit erwärmt.
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3. und 4. Taktzeit:
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- 3. Takt: Der Kolben A/a befindet sich am Punkt UDP. Das
Ventil B/B3 wird erneut geöffnet.
Der Kolben senkt sich nach LDP und Luft wird angesaugt. Am Punkt
LDP wird B/B3 erneut geschlossen.
- 4. Takt: Der Kolben (A/a) bewegt sich von LDP nach UDP. Das
Ventil B/B3 wird geschlossen und B/b2 geöffnet. Komprimierte Luft wird
in die schraubenförmigen
Kupferrohre (Ga2) durch den Kanal (K), das
Ventil B/b2 und den Kanal (B/k2) gepumpt.
Diese komprimierte Luft wird kontinuierlich durch die Heizeinheit erwärmt.
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5. und 6. Taktzeit:
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- 5. Takt: Der Kolben A/a befindet sich bei UDP und das Ventil
B/B3 wird erneut geöffnet.
Der Kolben senkt sich zum Punkt LDP und Luft wird erneut angesaugt.
- 6. Takt: Der Kolben (A/a) bewegt sich von LDP nach UDP. Das
Ventil B/B3 wird geschlossen und B/b3 wird geöffnet.
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7. und 8. Taktzeiten:
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- 7. Takt: Die "heiße und komprimierte
Luft", die kontinuierlich
in der Schraube (Ga1) der Heizeinheit während 3 × 2 = 6
Taktzeiten erwärmt
wird, durchläuft
das geöffnete
Schaltventil (P1), anschließend
das Ventil (B/b1) und den Heißluftkanal
(K), drückt
den Kolben (A/a) in Richtung zum Punkt LDP und setzt die Kurbelwelle
in Drehbewegung und damit den Motor in Betrieb.
Aufgrund der
Schwierigkeit der Öffnung
eines breiten Plattenventils (B/b1, B/b2, B/b3) gegen eine unter Druck
gesetzte Umgebung wird zunächst
ein kleineres Plattenventil (P1, P2 und P3) betätigt. Die komprimierte Luft
durchläuft
den Kanal (Bd) und gelangt in die Ventile (B/b1, B/b2 und B/b3),
wodurch der Öffnungswiderstand
verringert und die Öffnung
durch Ausbildung eines Gegendruckes erleichtert wird.
- 8. Takt: Wenn der Kolben am Punkt LDP seine Bewegung in Richtung
zum Punkt UDP beginnt, wird das Abgasventil B/B4 geöffnet und
die Luft wird aus dem Zylinder abgegeben und durch das Rohr (r)
in den Brennstoffkorb (D1) gepumpt.
Diese abgegebene Luft ist
relativ warm und trägt
zum Erwärmen
des Festbrennstoffes bei. Hierbei handelt es sich um eine ähnliche
Situation wie bei der Leistungsverstärkung von herkömmlichen
Motoren durch einen Turbolader.
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9. und 10. Taktzeit:
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- 9. Takt: Die "heiße und komprimierte
Luft", die in den Schrauben
(Ga2) in zwei Zyklen erwärmt worden ist, gelangt erneut
durch das geöffnete
Ventil (P1), anschließend durch das Ventil (B/b1)
und über
den Heißluftkanal
(K), drückt
den Kolben (A/a) in Richtung zum Punkt LDP, versetzt die Kurbelwelle
in Drehbewegung und bewirkt den Betrieb.
- 10. Takt: Wenn sich der Kolben bei LDP in Richtung zum Punkt
UDP zu bewegen beginnt, wird das Abgasventil B/B4 geöffnet und
die Luft wird aus dem Zylinder abgegeben und durch das Rohr (r)
in den Brennstoffkorb (D1) gepumpt. Wie beim Takt 8 ergibt sich
eine ähnliche
Wirkung wie bei einem Turbolader. Das Pumpen von Luft in D1 erfolgt nach einem Vorheizvorgang.
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11. und 12. Taktzeit:
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- 11. Takt: Es wird das gleiche Verfahren wie im Takt 9 angewandt,
jedoch wird die Luft in der Schraube Ga3 und
nicht in Ga2 erwärmt.
- 12. Takt: Gleicher Vorgang wie beim Takt 10.