DE19909689A1 - Kolbenmotor mit kontinuierlicher Verbrennung - Google Patents
Kolbenmotor mit kontinuierlicher VerbrennungInfo
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Abstract
Bei einem Kolbenmotor mit kontinuierlicher Verbrennung, bei welchem aus einer Brennkammer ausströmendes Arbeitsmedium sukzessive wenigstens zwei Zylindern zugeführt wird, ist jeder Zylinder bezüglich der Brennkammer ortsfest angeordnet und weist einen Einlaß auf, wobei Steuermittel vorgesehen sind, die den Einlaß sukzessive mit der Brennkammer verbinden bzw. von der Brennkammer trennen. Auf diese Weise lassen sich mechanische Verluste minimieren.
Description
Die Erfindung betrifft einen Kolbenmotor mit kontinuierlicher
Verbrennung, bei welchem aus einer Brennkammer ausströmendes
Arbeitsmedium sukzessive wenigstens zwei Zylindern zugeführt wird.
Ein derartiger Motor besteht bekanntermaßen aus einem feststehenden
Gehäuse, in welchem ein Zylinderblock mit kreisförmig angeordneten
achsparallelen Zylindern rotiert. Die Kolben arbeiten über Pleuel auf eine
schräg gestellte, synchron mit dem Zylinderblock umlaufende
Kurbelscheibe, deren feststehende Achse gegenüber der Motorwelle um
einen Winkel geneigt ist.
Eine einzige, für alle Zylinder gemeinsame Brennkammer befindet sich in
einem feststehenden Zylinderkopf und ist durch eine Einlaß- und eine
Auslaßbohrung mit einer Steuerfläche des Zylinderkopfes verbunden, an
welcher sich die umlaufenden Zylinder vorbeibewegen. Zwischen dem
rotierenden Zylinderblock und dem feststehenden Zylinderkopf ist eine
Abdichtung vorgesehen.
Während einer Umdrehung einer Motorwelle, die, starr mit dem
Zylinderblock verbunden ist, erhält jeder Zylinder in dem Bereich des
unteren Kolbentotpunktes Frischluft, die im Verlaufe der weiteren Drehung
durch die Kolbenbewegung bedingt verdichtet wird, bis sie in der Nähe des
oberen Totpunktes in die Brennkammer eingegeben und mit dort
eingespritztem Kraftstoff verbrannt wird. Die Kolbenbewegung folgt
hierbei aus der Schrägstellung der Kurbelscheibe.
Nach Durchgang durch den oberen Totpunkt nimmt der Zylinder
Verbrennungsgase aus der Brennkammer auf, die dann expandieren, bis ein
für alle Zylinder gemeinsamer Auslaß kurz vor dem unteren Totpunkt
öffnet. Anschließend findet ein Ladungswechsel nach dem 2-Takt-
Verfahren statt. Der Kraftstoff wird der Brennkammer durch eine
Einspritzdüse kontinuierlich zugeführt, so daß die Verbrennung
ununterbrochen aufrechterhalten bleibt; eine elektrische Zündung erfolgt
daher nur zum Anlassen des Motors.
Ein derartiger Kolbenmotor unterliegt jedoch verhältnismäßig hohen
mechanischen Verlusten, die einerseits durch die Dichtung des
Zylinderblocks und andererseits durch die Fliehkraft der Kolben bedingt
sind.
Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung einen Kolbenmotor mit
kontinuierlicher Verbrennung bereitzustellen, der wesentlich weniger
Verluste aufweist.
Als Lösung schlägt die Erfindung einen Kolbenmotor mit kontinuierlicher
Verbrennung vor, bei welchem aus einer Brennkammer ausströmendes
Arbeitsmedium sukzessive wenigstens zwei Zylindern zugeführt wird, jeder
Zylinder bezüglich der Brennkammer ortsfest angeordnet ist und einen
Einlaß aufweist sowie Steuermittel vorgesehen sind, die den Einlaß
sukzessive mit der Brennkammer verbinden bzw. von der Brennkammer
trennen.
Dadurch, daß die Zylinder ortsfest bezüglich der Brennkammer angeordnet
sind, kann eine Bewegung zwischen Zylinderblock und Zylinderkopf bzw.
Brennkammer vermieden werden. Somit benötigt eine Abdichtung zwischen
Zylinderkopf und Zylinderblock keine zusätzlichen Maßnahmen, und es
kann auf bei bekannten Motoren angewandte Technologien zurückgegriffen
werden.
Mechanische Verluste lassen sich darüber hinaus dadurch reduzieren, daß
die Abtriebswelle bezüglich des Zylinderblocks bewegt wird. Hierdurch ist
es möglich, den Zylinder, den Zylinderkopf sowie die Brennkammer
ortsfest anzuordnen, wodurch sich durch Fliehkräfte der Kolben bedingte
mechanische Verluste vermeiden lassen. Es versteht sich, daß diese Lösung
auch für sich vorteilhaft ist.
Um eine derartige Bewegung zu realisieren, kann die Abtriebswelle
beispielsweise eine Taumelscheibe aufweisen, die über Pleuel mit in den
Zylindern arbeitenden Kolben verbunden ist. Hierbei beschreibt der Begriff
einer Taumelscheibe einen drehbar auf einem Kniewellenabschnitt der
Abtriebswelle angeordneten Taumelkörper, der radial außenliegend
Anlenkpunkte für die Pleuel der Kolben aufweist. Einer Veränderung des
Winkels des Taumelkörpers, wie er durch eine Kolbenbewegung bedingt
ist, kann die Abtriebswelle bzw. der Kniewellenabschnitt der Abtriebswelle
nur durch eine Rotation folgen, wodurch die lineare Kolbenbewegung in
eine Drehbewegung umgesetzt wird.
Ebenso kann eine Abtriebswelle vorgesehen sein, die eine Kurvenscheibe
aufweist, entlang welcher in den Zylindern arbeitende Kolben laufen. Eine
derartige Kurvenscheibenanordnung weist einen außerordentlichen hohen
Wirkungsgrad auf.
Andererseits können auch sämtliche andere Anordnungen, mit welchen eine
linear Bewegung der Kolben in eine Drehbewegung umgesetzt werden
kann, vorteilhaft Verwendung finden.
Ein besonders günstiger Kraftfluß folgt, wenn die Brennkammer koaxial
zur Abtriebswelle angeordnet ist. Dieses ist insbesondere im
Zusammenhang mit der Verwendung einer Taumel- bzw. Kurvenscheibe
vorteilhaft, wobei dieser günstige Kraftfluß auch bei anderen, von den
Kolben angetriebenen Abtrieben vorteilhaft ist. Diese Anordnung
ermöglicht insbesondere einen einflutigen Abtrieb eines gattungsgemäßen
Kolbenmotors, wodurch sich ein Zugriff auf die Brennkammer,
beispielsweise zu Wartungszwecken, erleichtert.
Ein erfindungsgemäßer Kolbenmotor läuft verhältnismäßig rund, wenn die
Zylinder symmetrisch zur Brennkammer angeordnet sind. Hierdurch läßt
sich der von der Brennkammer ausgehende Arbeitsmediumstrom
gleichmäßig auf die Zylinder verteilen.
Während gattungsgemäße Kolbenmotoren als Einfluter bekannt sind, das
heißt, daß der Abtrieb lediglich nach einer Seite erfolgt, ermöglichen die
ortsfesten Zylinder erstmals, daß ein gattungsgemäßer Kolbenmotor
zweiflutig ausgebildet ist, so daß ein Nebenabtrieb, beispielsweise für Öl-,
Kraftstoff und/oder Verteilerpumpe, auch brennkammerseitig erfolgen
kann. Insbesondere ist es möglich, einen entsprechenden Abtrieb zwischen
den ortsfesten Zylindern anzuordnen, so daß hierfür kein zusätzlicher
Bauraum bereitgestellt werden muß.
Zumindest ein Einlaß eines Zylinders kann brennkammerseitig über
wenigstens einen Schieber öffnen- bzw. verschließbar sein. Dieses
gewährleistet einerseits, daß beim Rückweg des Kolbens das
Arbeitsmedium gezielt durch einen Auslaß aus dem Zylinder befördert
werden kann. Darüber hinaus kann der Einlaß verschlossen werden, bevor
der entsprechende Kolben seinen oberen Totpunkt erreicht bzw. das
Arbeitsmedium den Zylinder zur Gänze ausgefüllt hat. Hierdurch kann in
dem Arbeitsmedium vorhandene Energie besser ausgenutzt werden, da
ansonsten ein Teil des durch den Einlaß einströmenden Arbeitsmediums
einen Beitrag zur Gesamtarbeit, also zum Antrieb des Kolbens, nicht leisten
kann.
Eine derartige Anordnung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn von der
Brennkammer zu jedem Einlaß ein Schußkanal verläuft, durch welchen
ansonsten Arbeitsmedium zu jedem Zeitpunkt in den Zylinder strömen
könnte. Dieses würde eine Rückbewegung des Kolbens nach Expansion des
Arbeitsmediums verhindern.
Hierbei sind die Schieber vorteilhafterweise derart angesteuert, daß sie
synchronisiert zur Motorumdrehung bzw. zur Lage des Kolbens bewegt
werden. Auf diese Weise kann zu gewählten Zeitpunkten der Schieber
geöffnet werden und Arbeitsmedium in den Zylinder gelangen.
Andererseits kann der Schußkanal geschlossen werden, so daß das
expandierte Arbeitsmedium ungehindert ausströmen kann.
Es versteht sich, daß eine derartige Ansteuerung von Schußkanälen
verschließenden bzw. freigebenden Schiebern auch unabhängig von den
übrigen Merkmalen eine Kolbenmotors mit kontinuierlicher Verbrennung
vorteilhaft anwendbar ist.
Es ist andererseits auch denkbar, die Brennkammer mit einem
Brennkammerboden zu versehen, der zumindest einen Schußkanal aufweist,
wobei der Brennkammerboden mit dem Schußkanal derart verlagert wird,
daß der Schußkanal sukzessive auf jeweils einen Einlaß gerichtet ist.
Hierdurch ist ebenfalls ein gezieltes Verteilen des heißen Arbeitsmediums
auf die einzelnen Zylinder möglich.
Insbesondere wenn die Zylinder symmetrisch um die Brennkammer
angeordnet sind, kann es ausreichen, den Brennkammerboden lediglich
synchron zur Motordrehgeschwindigkeit zu rotieren.
Es versteht sich, daß ein derartiger, rotierender Brennkammerboden auch
unabhängig von den übrigen Merkmalen des Kolbenmotors mit
kontinuierlicher Verbrennung dahingehend vorteilhaft ist, daß durch den
rotierenden Brennkammerboden baulich bedingt wesentlich geringere
Wärmeverluste beim Übergang zwischen Brennkammer und Zylinder
auftreten und der Kolbenmotor ansich wesentlich einfacher baut.
Während bei der letzt genannten Anordnung ein vorbeschriebener
Schieber nicht unbedingt vorgesehen sein muß, kann dieser dennoch
kumulativ Anwendung finden.
Insbesondere kann der Schieber eine zylinderförmige, um einen in dem
Zylinder angeordneten Kolben vorgesehene Hülse umfassen, die eine mit
dem Einlaß korrespondierende Öffnung aufweist, wobei die Öffnung mit
der Motorumdrehung synchronisiert mit dem Einlaß in Deckung gebracht
wird.
Eine derartige Anordnung ist äußerst betriebssicher und verhältnismäßig
einfach im Aufbau, da eine derartige Hülse genau der Symmetrie des
Zylinders sowie des Kolbens entspricht. Diese Hülse kann sehr sicher
gelagert und ohne weiteres synchronisiert zur Motorumdrehung,
beispielsweise durch Hebel oder Zahnräder, bewegt werden.
Um ein reibungsloses Bewegen dieser Hülse zu gewährleisten, kann diese
geeignet geschmiert gelagert sein.
Die Hülse kann auf äußerst einfacher Weise synchronisiert zu der
Motorumdrehung mit dem Einlaß in Deckung gebracht werden, wenn die
Hülse um die Zylinderachse eine Drehbewegung ausführt. Dieses kann
einerseits eine Rotation sein. Andererseits ist auch eine Pendel- bzw.
Schwingungsbewegung möglich.
Eine derartige Hülsenbewegung gewährleistet darüber hinaus ein Verteilen
des zuvor angesprochenen Schmiermittels. Wenn die Hülse auch eine
Axialbewegung axial zu dem Zylinder durchläuft, also einen Axialhub
aufweist, kann auch ein Verteilen des Schmiermittels parallel zur
Zylinderachse gewährleistet werden.
Ein derartiger Axialhub kann beispielsweise schon durch die Kolbenreibung
gewährleistet werden, wenn der Kolben innen unmittelbar an der Hülse
anliegt. Sollte diese Kolbenreibung nicht ausreichen, kann der Axialhub
aber auch durch Zwangskräfte vorgenommen werden. Dieses ist einerseits
durch Hebel bzw. Zahnräder möglich, es kann aber beispielsweise auch ein
gasgesteuerter Axialhub, der durch eine Druckdifferenz bedingt ist,
vorhanden sein.
Als Hülse bietet sich beispielsweise ein Burt-McCullumn-Schieber an.
Insbesondere kann die Hülse auch eine periodische Bewegung durchlaufen,
deren Periode ein Bruchteil der Motordrehzahl ist. Dieses ist beispielsweise
möglich, wenn die Hülse mehrere identische Öffnungen aufweist. Eine
derartige Maßnahme ermöglicht eine geringere Materialbelastung und
geringere Anforderungen an die Schmierung. Insbesondere kann die Hülse
halb so schnell wie der Motor angetrieben werden.
Selbiges gilt auch für die Bewegung eines Brennkammerbodens,
insbesondere wenn dieser Brennkammerboden eine entsprechend höhere
Anzahl an Schußkanälen aufweist.
Je nach gewählter, konstruktiver Ausgestaltung ist der Abstand zwischen
Brennkammer und Zylinder verhältnismäßig gering. Dieses kann dazu
führen, daß die Zylinder einer zu hohen Temperaturbelastung unterliegen.
Insbesondere kann dieses die vorbeschriebene, als Steuermittel dienende
Hülse betreffen. So kann diese Hülse beispielsweise in einer Laufbuchse
gelagert sein, durch welche die Hülse, insbesondere wenn sie unmittelbar
in Kontakt mit dem entsprechenden Kolben kommt, stabilisiert wird.
Zwischen der Laufbuchse und der Hülse wird ein Schmiermittel, wie Öl,
vorgesehen. Wird nunmehr die Hülse bzw. die Laufbuchse übermäßig
erhitzt, so kann dieses zu einer Zerstörung des Schmiermittelfilms führen.
Um eine Überhitzung zu vermeiden, kann zwischen der Brennkammer und
jedem Zylinder ein Hitzeschild vorgesehen sein. Erfindungsgemäß kann ein
derartiger Hitzeschild jede zwischen Brennkammer und einer Baugruppe
des Zylinders vorgesehene Anordnung sein, die in gewisser Weise von der
Brennkammer sowie der Zylinderbaugruppe thermisch getrennt ist. Diese
Trennung kann beispielsweise einen Luftspalt, einen Materialübergang oder
ein anderes thermisches Hindernis umfassen. Insbesondere ist es auch
denkbar, daß das Hitzeschild an einer weiter entfernt liegenden Stelle mit
der Brennkammer oder/und dem Zylinder verbunden ist, wobei die bis
dahin zu überwindende Strecke eine ausreichende Temperatursperre bildet.
Vorteilhafterweise ist das Hitzeschild vor den Einlaß bringbar, so daß das
Hitzeschild auch einen Schieber bzw. eine Hülse, die diesen Einlaß
verschließt, abdecken kann. Auf dieser Weise kann die Temperatur des
Schiebers bzw. der Hülse ausreichend niedrig gehalten werden, so daß
beispielsweise ein für diese Baugruppen notwendiger Schmiermittelfilm
bzw. Ölfilm nicht zerstört wird.
Bei geöffneten Einlaß wird andererseits das Hitzeschild entfernt, so daß das
Arbeitsmedium mit hoher Temperatur durch den Einlaß in den Zylinder
strömen kann. Etwa vorhandene Schmiermittelreste werden bei diesen
hohen Temperaturen quasi schadstofffrei verbrannt.
Die auf diese Weise bereitgestellte Anordnung gewährleistet somit, daß
einerseits ein Schmiermittelfilm erhalten bleibt und das andererseits in dem
Zylinder befindliche Schmiermittelreste quasi schadstofffrei verbrannt
werden.
Ein Kolbenmotor mit einer derartigen Anordnung ermöglicht somit eine
Funktionstrennung. Während das Hitzeschild unmittelbar angreifende
Temperaturen abhält, sorgt der Schieber bzw. die Hülse für eine
ausreichend dichten Abschluß des Zylinders und zwar sowohl nach innen
als auch nach außen. Eine derartige Aufgabentrennung bzw. das Vorsehen
eines Hitzeschildes zwischen einer Baugruppe des Zylinders und der
Brennkammer ist auch unabhängig von den übrigen Merkmalen des
Kolbenmotors mit kontinuierlichen Verbrennung vorteilhaft.
Um ein Wegbrennen des Schieberrandes bzw. des Hülsenöffnungsrandes
zu vermeiden, ist es von Vorteil, wenn, die Hülse bzw. der Schieber und
das Hitzeschild im Moment der Freigabe des Einlasses sowie im Moment
des Verschließen des Einlasses eine im wesentlichen gleichgerichtete
Bewegung ausführen. Hierzu ist es insbesondere denkbar, daß sich das
Hitzeschild gegensinnig zu den Hülsen um die Brennkammer bewegt.
Durch diese gleichgerichtete Bewegung kann gewährleistet werden, daß das
Hitzeschild den Öffnungsrand bzw. Schieberrand ausreichend abdeckt. Es
versteht sich, daß abgesehen hiervon die Bewegung von Hitzeschild und
Schieber bzw. Hülse nicht koordiniert sein brauchen, so daß beispielsweise
die Hülse eine Schwingungsbewegung und das Hitzeschild eine
Drehbewegung ausführen können.
Wird, wie bereits vorstehend beschrieben, der Brennkammerboden
verlagert bzw. rotiert, kann auch das Hitzeschild mit verlagert bzw. rotiert
werden. Andererseits kann das Hitzeschild auch stationär um den Einlaß
herum angeordnet sein. Ebenso sind leichte Verlagerungsbewegungen, die
der Rotation des Brennkammerbodens nur während des Moments folgen,
in dem der Schußkanal einen entsprechenden Einlaß erreicht, denkbar.
Es versteht sich, daß auch das Hitzeschild mit einer geringeren Drehzahl
als die Motordrehzahl umlaufen kann.
Um die Motorleistung zu optimieren, können Mittel vorhanden sein, um
eine Totpunktlage der Kolben bezüglicher einer Position der Steuermittel
bzw. des Schiebers, der Hülse oder des Hitzeschildes zu verschieben.
Ebenso können die Bewegungen dieser Baugruppen in Relation zueinander
verschiebbar sein. Hierdurch ist es möglich, den Fließ- bzw.
Bewegungsgeschwindigkeiten der einzelnen Baugruppen und ihrer
unterschiedlichen Wirkung bei verschiedenen Drehzahlen bzw. bei
verschiedener Last Rechnung zu tragen. So können diese Steuermittel
lastabhängig bzw. drehzahlabhängig bezüglich der Totpunktlage der Kolben
variieren.
Zumindest einer der Zylinder kann ein Auslaßventil umfassen. Hierdurch
kann weitgehend vermieden werden, daß beim Ausdrücken des entspannten
Arbeitsmediums als Abgas wegen vorhandener Schmierstoffe bzw. Öle
unnötig unverbrannte Kohlenstoffe in das Abgas gelangen. Jegliche
ansonsten noch vorhandenen Schmierstoffe sind durch die hohe Temperatur
des eintretenden Arbeitsmediums zuverlässig verbrannt worden.
Die Verwendung von Ventilen zur Steuerung des Auslasses des
Arbeitsmediums ist auch unabhängig von sämtlichen anderen Merkmalen
des Kolbenmotors mit kontinuierlicher Verbrennung vorteilhaft, um ein
Austreten von Schmiermittel bzw. Öl zu vermeiden und die ausgestoßenen
Schadstoffe zu minimieren. So können auch bei den bekannten
Kolbenmotoren mit kontinuierlicher Verbrennung Regelungen durch
Schieber bzw. durch Zylinderverlagerung angewendet werden, die eine
Abdichtung erzwingen, an welcher Schmiermittel mit ausströmendem,
entspanntem Arbeitsmedium in Kontakt gelangt. Dieses läßt sich auch bei
diesen Kolbenmotoren mit kontinuierlicher Verbrennung durch ein
Auslaßventil vermeiden.
Im vorliegenden Zusammenhang beschreibt der Begriff des Ventils jedes
Absperrorgan, bei welchem eine Dichtfläche von einem Sitz abgehoben
wird. Bei einer derartigen Anordnung kann auf Dicht- bzw. Schmiermittel
verzichtet werden, wodurch die erfindungsgemäßen Vorteile bedingt sind.
Insofern bedingt die Verwendung von Ventilen eine völlige Abkehr zu den
bis dato bekannten, für Kolbenmotoren mit kontinuierlicher Verbrennung
angewandte Abdichtmechanismen. Es versteht sich andererseits, daß unter
Inkaufnahme leichter Schadstoffanteile auch andere Ausgangssteuerungen,
insbesondere durch Öffnungen in der Hülse bzw. durch weitere Schieber,
denkbar sind. Derartige Lösungen können insbesondere auch dann
Anwendung finden, wenn durch andere Maßnahmen ein Kontakt des
Abgases mit unverbrannten Schmierstoffen unterbunden werden kann oder
eine nachgeschaltete Beseitigung dieser Schadstoffe erfolgt.
Als Ventilantrieb können sämtliche geeignete Ventilantriebe Verwendung
finden. So können die Ventile beispielsweise hydraulisch angetrieben
werden. Hierzu kann eine Hydraulikpumpe, die beispielsweise über eine
Nockenanordnung angesteuert ist Verwendung finden. Ebenso ist es
möglich, die Ventile elektrisch bzw. magnetisch anzusteuern. Bei diesen
beiden Möglichkeiten ist eine Steuerung der Ventile je nach Last bzw.
Drehzahl des Motors verhältnismäßig einfach zu realisieren. Insbesondere
ist es auch denkbar, den Ventilhub zu messen, beispielsweise durch eine
Druckmessung oder durch eine elektrische Spule. Das Ergebnis dieser
Ventilhubmessung kann ebenfalls in die Ansteuerung der Ventile einfließen.
Ebenso kann der Ventilantrieb eine Kurvenscheibe, eine Taumelscheibe
bzw. eine Nockenscheibe umfassen. Eine derartige Scheibe kann durch
separaten Abtrieb synchron mit den übrigen Motor bewegt werden.
Andererseits ist es auch denkbar, die Nockenanordnung oder ähnliches
unmittelbar durch den Schieber bzw. die Hülse anzutreiben.
Ebenso können als Ventilantrieb, auch kumulativ, Stößelanordnungen
Verwendung finden.
Als Ventile kommen insbesondere Teller- und Kugelventile, auch
keramische, in Betracht.
In Abkehr von allen bis dato bekannten Kolbenmotoren mit
kontinuierlichen Verbrennung kann auch verdichterseitig ein Einlaß-
und/oder ein Auslaßventil vorgesehen sein. Hierbei ermöglichen derartige
Ventile in konstruktiv verhältnismäßig einfacher Weise eine relativ hohe
Verdichtung gegenüber den bekannten Verdichtern, bei welchen
verhältnismäßig aufwendige Abdichtungen wegen der sehr großen
Abdichtflächen notwendig sind.
Prinzipiell kommen hierfür unter anderem auch die für das
Zylinderauslaßventil beschriebenen Ventilarten in Frage. Ebenso sind
entsprechende Ventilantriebe möglich. Es versteht sich, daß auch diese
Ventilantriebe entsprechend der Last bzw. der Motordrehzahl gegenüber
Bewegungstotpunkten der entsprechenden Verdichter verlagert werden
können, wenn dieses zur Steigerung der Motorleistung vorteilhaft ist.
Darüber hinaus ist es auch möglich, die Einlaß- bzw. Auslaßventile, je
nach Erfordernissen, passiv auszubilden. Hierdurch lassen sich
insbesondere Kosten sparen.
Beispielsweise kann ein Verdichter ein Einlaßventil umfassen, daß einen
verdichterseitig aufsitzenden Ventildeckel aufweist, der durch eine Feder
gegen einen Ventilsitz gezogen wird. Eine derartige Anordnung
gewährleistet auf baulich verhältnismäßig einfache Weise, daß das
Einlaßventil durch verdichterseitigen Unterdruck geöffnet werden kann, so
daß ein zu verdichtendes Medium einströmt, während das Ventil dichtet,
so bald dieses Einströmen aussetzt. Während des Verdichtens hingegen
wird das Einlaßventil durch den hierbei auftretenden Druck gegen den
Ventilsitz gedrückt, so daß die abdichtende Wirkung verstärkt wird.
Um beim Öffnen ein zu hartes Anschlagen des Einlaßventils an einem
Anschlag zu vermeiden, kann zwischen dem Ventil und dem Anschlag ein
Federelement wirksam sein. Insbesondere ist es möglich, daß dieses durch
die Feder geschieht, die das Ventil gegen den Ventilsitz zieht. Letztere
Anordnung baut verhältnismäßig einfach, da zwei Funktionen durch ein
und die selbe Baugruppe ermöglicht werden.
Als Auslaßventil kann der Verdichter ein Kugelventil umfassen. Da
auslaßseitig verhältnismäßig geringe Volumina bewegt werden, durchläuft
das Auslaßventil verhältnismäßig kleine Wegstrecke. Hierbei ermöglicht ein
Kugelventil als Rückschlagventil eine ausreichende Abdichtung sowie einen
ausreichend hohen Durchfluß des verdichteten Medium. Wegen der kleinen
Wegstrecken ist eine Federung hierbei nicht zwingend notwendig.
Der Kolbenmotor mit kontinuierlicher Verbrennung kann eine
Ansaugkammer aufweisen, die mit wenigstens einem Verdichter
wirkverbunden und an einem von der Brennkammer wegweisenden Ende
des Motors angeordnet ist. Die vorbeschriebenen Einlaßventile können
hierbei unmittelbar in diese Ansaugkammer münden. Eine derartige
Anordnung gewährleistet trotz feststehender Zylinder einen einfachen
Aufbau des Motors und eine beherrschbare Versorgung der Verdichter mit
dem zu verdichtenden Medium. Insbesondere kann auf diese Weise ein
gemeinsamer Zugang zu sämtlichen Verdichtern geschaffen werden, so daß
das Medium, beispielsweise Luft, ohne weiteres einer gemeinsamen
Vorbehandlung, wie einem Filtern, unterzogen werden kann. Eine derartige
Anordnung eignet sich insbesondere für Kolbenmotoren mit
kontinuierlicher Verbrennung, bei denen Verdichter und Arbeitszylinder
getrennt voneinander an gegenüberliegenden Enden des Motors angeordnet
sind.
Auch schlägt die Erfindung vor, einen separaten Verdichterzylinder mit
einem Verdichterkolben vorzusehen, der über einen Verdichterpleuel mit
einem Pleuel eines in einem Zylinder laufenden Zylinderkolbens verbunden
ist. Die Erfindung schlägt somit entgegen allen bisher bekannten
Kolbenmotoren mit kontinuierlicher Verwendung vor, Verdichterzylinder
und Arbeitszylinder zu trennen. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil,
daß die jeweiligen Zylinder ihren Aufgaben entsprechend spezialisiert
ausgebildet werden können. Auf diese Weise läßt sich der
Gesamtwirkungsgrad erhöhen.
Arbeitspleuel und Verdichterpleuel können starr miteinander verbunden
sein, so daß von dem Arbeitspleuel geleistete Arbeit unmittelbar in eine
Verdichtung umgesetzt werden kann. Hierdurch wird der Wirkungsgrad
beim Verdichten erhöht. Hierbei können Arbeits- und Verdichtpleuel als
gemeinsame Pleuelstange ausgebildet sein, so daß von dem Arbeitskolben
aufgebrachte Kräfte unmittelbar und geradlinig zu dem Verdichter
weitergeleitet werden. Als Montageerleichterung kann die Pleuelstange
zweigeteilt ausgebildet werden, wobei diese zwei Teile bei der Montage
starr miteinander verbunden werden.
Die Pleuelstange kann zwei Laufrollen aufweisen, die eine Kurvenscheibe
einer Abtriebswelle umgreifen. Eine derartige Anordnung aus einer
geradlinigen Pleuelstange, die Arbeitskolben und Verdichterkolben mit
einander verbindet, und einer Kurvenscheibe, die durch die Pleuelstange
angetrieben ist, ist auch unabhängig von den übrigen Merkmalen für einen
Kolbenmotor mit kontinuierlicher Verbrennung vorteilhaft. Eine derartige
Anordnung zeichnet sich durch einen außerordentlich hohen Wirkungsgrad
aus.
Es ist denkbar, hierbei auf Laufrollen bzw. wälzgelagerte Laufrollen, zu
verzichten, so lange die Reibung zwischen Pleuelstange und Kurvenscheibe
in vertretbaren Grenzen gehalten werden kann. Insbesondere sind hierzu
auch andere geeignete Maßnahmen denkbar.
Die Verwendung einer Kurvenscheibe für einen Kolbenmotor mit kontinu
ierlicher Verbrennung kann aber auch vorteilhaft sein, wenn eine derartige
durchgehende Pleuelstange nicht vorhanden ist. Insbesondere kann eine
derartige Kurvenscheibe auch für Anordnungen, bei denen Arbeitszylinder
und Verdichtezylinder nicht linear zueinander angeordnet sind, Verwen
dung finden.
Die Pleuelstangen können auf verhältnismäßig einfache Weise an einer
Drehbewegung um ihre eigene Längsachse gehindert werden, wenn
wenigstens eine der Laufrollen eine Schulter und/oder eine
Führungsscheibe aufweist, die radial außen an der Kurvenscheibe anliegt.
Durch geeignete Wahl der Zahl der Zylinder kann ein Kolbenmotor mit
kontinuierlicher Verbrennung frei von translatorischen Kräften, die durch
die Kolbenbewegung bedingt sind, betrieben werden. Werden darüber
hinaus mehrere Kolben gleichsinnig bewegt und sind diese Kolben
symmetrisch zueinander angeordnet, so können auch torsionale Momente
zur Gänze vermieden werden. Derartige mehrphasige Kolbenmotoren mit
kontinuierlicher Verbrennung können somit ohne weiteres nahezu
schwingungsfrei betrieben werden.
Einphasige Kolbenmotoren mit kontinuierlicher Verbrennung, bei denen
somit kein Momenteausgleich erfolgt, unterliegen allerdings torsionalen
Momenten, die bedingen, daß der Kolbenmotor zu einer Taumelbewegung
neigt. Um einer derartigen Taumelbewegung entgegenzuwirken, muß der
Kolbenmotor ausgewuchtet werden. Hierbei können klassische Verfahren,
bei denen ein Auswuchten an der Abtriebswelle erfolgt, zu verhältnismäßig
großen Verbiegebeanspruchungen in der Abtriebswelle führen, die
unerwünscht sind.
Aus diesem Grunde schlägt die Erfindung vor, bei einem Kolbenmotor mit
kontinuierlicher Verbrennung, der einphasig betrieben wird, das
Auswuchten bereits durch die zwischen Arbeitskolben und Abtriebswelle
vorgesehenen Getriebeglieder vorzunehmen. Hierfür sind insbesondere eine
Kurven- bzw. Taumelscheibe geeignet. Bei praktischen Versuchen hat sich
jedoch gezeigt, daß ein Anbringen von Gewichten nicht notwendigerweise
ausreicht, um den Auswuchtkräften ausreichend zu begegnen. Aus diesem
Grunde schlägt die Erfindung für einen Kolbenmotor mit kontinuierlicher
Verbrennung vor, die Getriebeglieder, die zwischen Kolben- und
Abtriebswelle wirksam sind, derart auszulegen, daß deren Auswuchtkräfte
durch die Auswuchtkräfte der Kolben kompensiert werden. Hierbei können
diese Getriebeglieder Massen bzw. Materialstärken aufweisen, die über die
Massen bzw. Materialstärken hinausgehen, die aus Stabilitätsgründen zum
Betrieb des Kolbenmotors notwendig sind. Insbesondere kann
beispielsweise eine Kurvenscheibe so breit ausgelegt sein, daß deren
Auswuchtkräfte durch die Auswuchtkräfte der Kolbenanordnung
kompensiert werden. Die durch letztere Anordnung gewonnene Laufruhe
wird auf Kosten einer größeren Baulänge des gesamten Kolbenmotors
realisiert.
Insoweit beansprucht vorliegende Erfindung bei Kolbenmotoren mit
kontinuierlicher Verbrennung zwischen Kolben und Abtriebswelle
vorgesehene Getriebeglieder, deren Stärke bzw. Masse, die aus
Stabilitätsgründen einschließlich gegebener Toleranzen notwendige Stärke
bzw. Masse übersteigen und deren Auswuchtkräfte die Auswuchtkräfte der
Kolbenanordnung im Wesentlichen kompensieren. Kleinere Restunwuchten
können durch Zusatzgewichte an den Getriebegliedern, wie an einer
Kurvenscheibe oder sogar an der Abtriebswelle, kompensiert werden.
Es versteht sich, daß derartig ausgelegte Getriebeglieder auch unabhängig
von den übrigen Merkmalen eines Kolbenmotors mit kontinuierlicher
Verbrennung vorteilhaft einer Laufruhe des Motors dienen. Insbesondere
können derartige Maßnahmen auch bei mehrphasigen Kolbenmotoren mit
kontinuierlicher Verbrennung vorgesehen, sein, wodurch sich innere
Beanspruchungen der die Kolben untereinander und mit der Abtriebswelle
verbindenden Getriebeglieder reduzieren lassen.
Um eine möglichst gleichmäßige und konstruktiv einfache
Schmiermittelzufuhr zu allen benötigten Baugruppen des Kolbenmotors mit
kontinuierlicher Verbrennung zu gewährleisten, kann in der zentralen
Abtriebswelle koaxial zu derselben ein Ölzufuhrkanal angeordnet sein,
welcher an entsprechenden Stellen radial nach außen weisende Ölverteiler
umfaßt. Durch die beim Betrieb des Motors auftretenden Fliehkräfte wird
das Öl aus den Ölverteilern, die als feine Bohrungen ausgebildet sein
können, radial nach Außen gefördert. Hierbei sind die Ölverteiler jeweils
an geeigneten Positionen positioniert, so daß das Öl bzw. das Schmiermittel
an die gewünschten Stellen im Motor gelangt. Darüber hinaus weist der
Ölzufuhrkanal wenigstens eine radial angeordnete Ölzufuhr auf, die
beispielsweise von einem unter Druck stehenden Ringkanal mit Öl
beaufschlagt ist. Das unter Druck stehende Schmiermittel wird somit in die
radiale Ölzufuhr gedrückt und gelangt so in den koaxial zur Abtriebswelle
angeordneten Ölzufuhrkanal. Hierbei überwindet der Schmiermitteldruck
im Ringkanal die Fliehkräfte. Der notwendige Druck kann durch sämtliche
bekannten Maßnahmen, wie beispielsweise eine Ölpumpe, aufrecht erhalten
werden. Eine derartige Ölversorgung bzw. Schmiermittelversorgung ist
unabhängig von den übrigen Merkmalen des erfindungsgemäßen
Kolbenmotors mit kontinuierlicher Verbrennung vorteilhaft, da sie auf
baulich äußerst einfache Weise eine genau dosierte Schmiermittelverteilung
gewährleistet. Die Dosierung erfolgt insbesondere durch geeignete Wahl
der Ölverteiler bzw. deren Durchmesser.
Der Kolbenmotor mit kontinuierlicher Verbrennung kann einen
Kühlfluidstrom aufweisen, der unmittelbar mit einer Führung an einem
Zylinder in Kontakt kommt. Erfahrungsgemäß sind derartige Führungen
besonders notwendig zu kühlen. Insbesondere kann der Kühlfluidstrom mit
einer Führung für einen Schieber eines Schußkanals in Kontakt kommen.
Bei derartigen Führungen gilt es insbesondere eine ausreichende
Schmierung zur gewährleisten. Andererseits sind derartige Schieber, wie
vorstehend eingehend erläutert, hohen Temperaturbelastungen ausgesetzt.
Diese Belastungen neigen dazu, einen Schmiermittelfilm zu zerstören.
Einer derartigen Störung kann sehr wirkungsvoll begegnet werden, wenn
die entsprechende Schieberführung unmittelbar mit dem Kühlfluidstrom in
Berührung steht.
Dieses betrifft insbesondere eine Laufbuchse für eine zylinderförmige, um
einen Kolben vorgesehene Hülse, die als Schieber zum Verschließen bzw.
Öffnen eines Schußkanals dient. Eine derartige Laufbuchse kann
unmittelbar mit dem Kühlfluidstrom in Kontakt gebracht werden.
Es versteht sich, daß durch einen derartigen unmittelbaren Kontakt
zwischen Kühlfluidstrom und einer Führung die Betriebssicherheit eines
Kolbenmotors mit kontinuierlicher Verbrennung auch unabhängig von
dessen übrigen Merkmalen vorteilhaft erhöhen läßt.
Um den in unmittelbarer Umgebung eines Schußkanals auftretenden
Temperaturen zu begegnen, kann ein Kühlfluidstrom durch kleine
Bohrungen, die in unmittelbarer Umgebung des Schußkanals angeordnet
sind, mit einer hohen Fließgeschwindigkeit geleitet werden. Hierbei ist der
Bohrungsdurchmesser sowie die Fließgeschwindigkeit derart gewählt, daß
die hierbei auftretenden Drücke beherrscht werden können. Eine derartige
Maßnahme kann auch bei anderen Kolbenmotoren mit kontinuierlicher
Verbrennung in Umgebung eines Schußkanal vorgesehen sein. Darüber
hinaus können derartige kleine Bohrungen auch an anderen Orten in
unmittelbarer Umgebung der Brennkammer vorgesehen sein, um die in der
Brennkammer auftretenden Temperaturen, die über 2.400°C betragen
können, zu beherrschen.
Um in dem Kolbenmotor mit kontinuierlicher Verbrennung nicht zu hohe
Temperaturgradienten auftreten zu lassen, kann durch einen Kühlfluidstrom
ein Temperaturausgleich zwischen verschiedenen Baugruppen gewährleistet
werden. Dieses ermöglicht insbesondere, daß ein Schmiermittel in dem
Kolbenmotor mit kontinuierlicher Verbrennung an sämtlichen Betriebsteilen
gleich gut wirksam ist. Hierzu kann beispielsweise der Kühlfluidstrom
unmittelbar von einem Zylinder zu einem Verdichter geleitet werden, so
daß zwischen diesen beiden Baugruppen ein Temperaturausgleich
geschaffen wird. Andererseits können zwei parallele Kühlfluidströme, von
denen einer einen Zylinderblock und der andere einen Verdichterblock
durchströmt, vorgesehen sein, wobei die Kühlfluidströme in Reihe geführt
sind.
Im Gegensatz zu den bekannten Kolbenmotoren mit kontinuierlicher
Verbrennung, bei denen jeder Zylinder an einem Abgasauslaß
vorbeigeführt wird, kann bei einen erfindungsgemäßen Kolbenmotor mit
kontinuierlicher Verbrennung, bei welcher die Zylinder stationär sind,
jeder Zylinder einen Auslaß aufweisen, der mit einem Abgassammler
verbunden ist, welcher einen gemeinsamen Abgasanschluß aufweist. Durch
eine derartige Anordnung kann einerseits ein gleichförmiges Abströmen des
Abgases gewährleistet werden. Dieses dient einem Gleichlauf des Motors.
Sollte dieses nicht ausreichen, können zwei über den Abgassammler
verbundene Auslässe noch zusätzlich über ein Druckausgleich unmittelbar
miteinander verbunden sein. Hierdurch kann bei Auslässen, die einen
besonders langen Weg bis zu den gemeinsamen Abgassammler haben, ein
gleichförmiger Abgasstrom gewährleistet werden.
Darüber hinaus ermöglicht der gemeinsame Abgasanschluß, daß das Abgas
einem Wärmetauscher zugeführt werden kann, der Energie des Abgases
bzw. des einen jeweiligen Auslaß verlassenden Fluids auf das der
Brennkammer zugeführte Fluid überträgt. Eine derartige Anordnung eignet
sich insbesondere für Kolbenmotoren mit kontinuierlicher Verbrennung, bei
welchen ein separater Verdichter ein Fluid komprimiert und der
Brennkammer zuführt, wobei der Wärmetauscher zwischen Verdichter und
der Brennkammer vorgesehen ist. Eine derartige Anordnung ist aber auch
für Kolbenmotoren mit kontinuierlicher Verbrennung vorteilhaft, bei
welchem Arbeitszylinder und Verdichter durch eine identische Baugruppe
gebildet sind. Insbesondere kann ein derartiger Wärmetauscher auch bei
bekannten Kolbenmotoren mit kontinuierlicher Verbrennung vorteilhaft
Anwendung finden. Durch einen derartigen Wärmetauscher läßt sich der
Wirkungsgrad des Motors in nicht vorhergesehener Veise erhöhen, dieses
insbesondere daher, daß bei einem derartigen Motor Verdichtungsschritt
und Expansion völlig verschiedene Verfahrensschritte umfassen, bei denen
das Arbeitsmedium zwischenzeitig durch die extern angeordnete
Brennkammer strömt.
Als Wärmetauscher ist beispielsweise ein Bernard-Wärmetauscher denkbar.
Insbesondere ist es möglich, die Druckluftseite zu wendeln. In der
Druckluftseite kann ein Füllkörper als Verdränger angeordnet sein.
Da die Beherrschung der verhältnismäßigen hohen Temperaturen in der
Brennkammer eines der zentralen thermodynamischen Probleme bei einem
Kolbenmotor mit kontinuierlicher Verbrennung ist, kann auch um die
Brennkammer herum eine als Wärmetauscher dienende Wärmedämmung
durch das zugeführte, verdichtete Fluid erfolgen.
Um die in der Brennkammer herrschenden Temperaturen besser
beherrschen zu können, kann ein Flammraum der Brennkammer mit einer
keramischen Auskleidung versehen sein.
Die Stabilität der keramischen Auskleidung läßt sich dadurch erhöhen, daß
diese zumindest im Betriebszustand unter einer Spannung steht, die derart
gewählt ist, daß keine Zugkräfte auftreten können. Vorzugsweise steht die
keramische Auskleidung bereits vor der Inbetriebnahme unter einer
Vorspannung. Hierbei kann einerseits eine Vorspannung in axialer
Richtung, d. h. entlang der Flammraumwandung vorliegen. Dieses kann
beispielsweise durch eine Stahlklammer realisiert werden.
Andererseits kann die keramische Auskleidung auch radial nach innen, in
den Flammraum hinein unter einer Vorspannung stehen. Dieses kann
beispielsweise durch nach innen weisende Abstützungen, wie Stempel oder
ein geeignet geschnittenes Gewinde, geschehen. Die radialen Abstützungen
bzw. das Gewinde können auch als Kanal für ein Kühlmittel bzw. für ein
Fluid dienen.
Die keramische Auskleidung kann auch Kühlrippen aufweisen, die sich an
einer entsprechenden Wandung außen abstützen und auf dieser Weise eine
geeignete Vorspannung gewährleisten. Darüber hinaus dient der Abstand
zwischen der keramischen Auskleidung und den übrigen Gehäuse des
Flammraums einer thermischen Isolation. Aus diesem Grunde sind die
Abstandshalter verhältnismäßig klein gewählt, so daß thermische Brücken
minimiert werden.
Eine derartige keramische Auskleidung ist auch unabhängig von den
übrigen Merkmalen des vorbeschriebenen Motors bei einem Kolbenmotor
mit kontinuierlicher Verbrennung vorteilhaft.
Darüber hinaus kann die Brennkammer einen Flammraum mit Bohrungen
in einer Flammraumwandung aufweisen, durch welche ein Fluid in den
Flammraum geleitet werden kann. Durch eine derartige Anordnung läßt
sich die Flamme in dem Flammraum besser kontrollieren. So kann
einerseits das Fluid zugeführt werden, um die eigentliche Flamme in
gewünschter Weise abzulenken oder zu verlängern.
Andererseits ist es auch möglich, das Fluid lediglich in der Nähe der
Wandung im Bereich eines Rückstromes, der der eigentlichen Flamme
entgegengerichtet ist, entlangströmen zu lassen. Ein derartiges Rückströmen
des Fluids kann in hervorragender Weise besonders bei kleineren
Brennkammern eine Isolation der Brennkammer nach außen hin
ermöglichen. Hierbei kann das Fluid beispielsweise aus den Verdichter
stammen. Das auf diese Weise zugeführte Fluid kann während des
Durchströmens des Flammraums auch an der Verbrennung teilnehmen,
insbesondere dann, wenn es seinen Rückstrom beendet hat und wieder in
Flammrichtung beschleunigt wird.
Um die Flamme in geeigneter Weise zu regeln, kann der Brennkammer
über eine Einspritzpumpe, die über eine λ-Sonde geregelt wird, Kraftstoff
zugeführt werden. Durch einen derartigen Regelkreis läßt sich ein
Kolbenmotor mit kontinuierlicher Verbrennung äußerst zuverlässig auch
unabhängig von dessen übrigen Merkmalen betreiben. Vorteilhafterweise
ist die λ-Sonde auslaßseitig hinter wenigstens einem Zylinder vorgesehen.
Insbesondere kann die λ-Sonde auch in einem Abgassammler oder
Abgasanschluß angeordnet sein. Die Regelung über die λ-Sonde erfolgt
vorteilhaft in einem bestimmten Lastbereich, insbesondere bei Vollast.
Hierbei wird λ auf Werte ≧ 1 geregelt. Das bedeutet, daß das Abgas
keinen Luftmangel oder einen Luftüberschuß bzw. einen Überschuß des
durch den Verdichter bereitgestellten Mediums enthält, der eingespritzte
Kraftstoff also ausreichend verbrannt werden kann.
Ebenso ist es möglich, die Einspritzpumpe über eine Temperaturmessung
zu regeln. Die hierfür erforderliche Temperaturmessung kann ebenfalls
auslaßseitig, hinter einem Zylinder erfolgen. Hierbei wird die Temperatur
wenigstens in einem bestimmten Lastbereich, zumindest aber im Leerlauf,
auf ca. 1000°C bzw. auf eine Selbstlauftemperatur geregelt. Bei diesen
Temperaturen ist gewährleistet, daß die Flamme in der Brennkammer
kontinuierlich ohne fremde Mittel, wie eine Zündkerze, brennt. Eine
Zündkerze wird lediglich zum Anfahren des Motors benötigt.
Vorteilhafterweise umfaßt der Regelkreis der Einspritzpumpe sowohl eine
λ-Sonde als auch einen Temperaturmesser, wobei die Temperaturmessung
im Leerlauf und die λ-Sonde bei Vollast zur Anwendung kommen. Im
Zwischenbereich erfolgt die Regelung über eine entsprechende funktionale
Verknüpfung beider Meßwerte. Hierbei werden je nach gewünschtem
Drehmoment Temperatur und/oder λ als Stellgröße vorgegeben.
Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden
anhand nachfolgender Beschreibung anliegender Zeichnung beschrieben,
in welcher beispielhaft Kolbenmotoren mit kontinuierlicher Verbrennung
dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines zweiphasigen
4-Takt-Kolbenmotors mit kontinuierlicher Verbrennung, bei
welcher Arbeitszylinder und Verdichter getrennt sind,
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch den Kolbenmotor nach
Fig. 1, der die koaxiale Anordnung der Zylinder um eine
Brennkammer des Kolbenmotors zeigt,
Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung eines 2-Takt-Kolben
motors mit kontinuierlicher Verbrennung, bei welchem ein
Zylinder sowohl als Arbeits- als auch Verdichterzylinder
dient,
Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung einens einphasigen
4-Takt-Kolbenmotors mit kontinuierlicher Verbrennung, bei
welchem Arbeitszylinder und Verdichter getrennt ausgebildet
sind,
Fig. 5 einen Schnitt durch einen weiteren einphasigen
4-Takt-Kolbenmotor mit kontinuierlicher Verbrennung, bei
welchem die Arbeitszylinder und Verdichter getrennt
ausgebildet sind,
Fig. 6 eine Detaildarstellung eines Verdichters,
Fig. 7 eine Detaildarstellung eines Zylinderkopfes,
Fig. 8 den Zylinderkopf nach Fig. 7 in schematischer Aufsicht und
Fig. 9 einen Schnitt durch eine Brennkammer im Detail.
Der in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellte Kolbenmotor umfaßt
eine Brennkammer 1, von welcher ausgehend ein Arbeitsmedium durch
Schußkanäle 11 (exemplarisch beziffert) in Zylinder 20 (exemplarisch
beziffert) gelangt. Dort expandiert das Arbeitsmedium und treibt die
Kolben 21 an.
Die Kolben 21 sind mit Pleuelstangen 4 verbunden, die ihrerseits mit in
Verdichterzylinder 30 (exemplarisch beziffert) hin und her laufenden
Verdichterkolben 31 (exemplarisch beziffert) verbunden sind. Darüber
hinaus umgreifen die Pleuelstangen 4 eine gemeinsame Kurvenbahn 5, die
über einen Abstandhalter 50 mit einer Abtriebswelle 51 verbunden ist.
Bei einer Expansion des Arbeitsmediums treiben die Kolben 21 bzw. die
Pleuelstange 4 einerseits die Kurvenscheibe 5 und andererseits die
Verdichterkolben 31 an. Über die rotierende Kurvenbahn 5 werden des
weiteren Arbeitskolben 21, in denen sich das entspannte Arbeitsmedium
befindet, wieder in Richtung auf einen Zylinderkopf 22 bewegt.
Gleichermaßen bewegen sich die zugehörige Verdichterkolben 31. Diese
saugen auf diese Weise Fluid, bei vorliegenden Ausführungsbeispielen
Luft, an (durch Pfeile dargestellt).
Während das Arbeitsmedium Arbeit leistet, wird diese Luft in den
Verdichtern 30 komprimiert. Die komprimierte Luft wird über
Zufuhrleitungen 32 der Brennkammer 1 zugeführt. Dort wird sie zumindest
teilweise zur Verbrennung eines eingespritzten Kraftstoffs genutzt.
Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, sind die Zylinder 20 symmetrisch zu
einer mittigen Motorachse angeordnet. Des weiteren bewegen sich zwei
einander gegenüberliegenden Pleuelstangen 4 jeweils gleichgerichtet, so daß
dieser Motor im wesentlichen schwingungsfrei läuft.
Um einen Motorumlauf zu gewährleisten, weist dieser Kolbenmotor, wie
auch die Motoren der übrigen Ausführungsbeispiele, Steuermitteln auf, die
die Schußkanäle 11 entsprechend der Motordrehzahl öffnen bzw. schließen.
Der in Fig. 3 dargestellte Kolbenmotor entspricht dem zuvor
beschriebenen Kolbenmotor im Wesentlichen. Bei diesem erfüllen jedoch
die Zylinder 20' mit ihren Kolben 21' sowohl die Arbeitsfunktion als auch
die Verdichtungsfunktion. Darüber hinaus ist als Getriebe zwischen den
Kolben und der Antriebswelle 51 nicht eine Kurvenbahn sondern eine
Taumelscheibe 5' vorgesehen. Mit dieser Taumelscheibe 5' sind über
entsprechende Gelenkverbindungen die Kolben 21' mittels Pleuelstangen 4'
verbunden. Die Taumelscheibe 5' selbst ist auf einer Kniewelle 51' der
Abtriebswelle 51 gelagert. Eine Expansion von Arbeitsmedium in einem
der Zylinder 20' führt zu einer Neigungswinkeländerung der
Taumelscheibe 5', welcher die Kniewelle 51' nur durch eine Bewegung der
Abtriebswelle 51 folgen kann. Mit dieser Winkeländerung der
Taumelscheibe 5' wird dann auch der gegenüberliegenden Kolben 21'
gegen den Zylinderkopf 22 bewegt. Hierdurch wird Luft, die durch
Einlässe 34' in den Zylinder 20' gelangt ist, komprimiert und in eine
Druckkammer 33, die als Ringleitung ausgebildet ist, gepreßt. Über die
Leitung 32 gelangt die verrichtete Luft in die Brennkammer 1. Aus der
Brennkammer 1 heraus gelangt das Arbeitsmedium über die Schußkanäle
11 wieder in die Zylinder 20'.
Mittels Steuermittel ist gewährleistet, daß das Arbeitsmedium jeweils in die
gewünschten Zylinder 20' gelangt. Hiebei umfassen die Steuermittel eine
Hülse 6 (exemplarisch beziffert), die über eine Zahnradanordnung 61
synchron zur Motorumdrehung bewegt wird. Wie unmittelbar ersichtlich
wir die Hülse sowohl parallel zu ihrer Längsachse als auch um ihre
Längsachse herum bewegt. Dieses dient einem gleichmäßigen Verteilen von
Schmiermittel zwischen der Hülse 6 und einer die Hülse lagernden
Laufbuchse 62 (exemplarisch beziffert).
Die Hülse 6 dient als Schieber, welcher einen Einlaß 23 jedes Zylinders
20' synchron zur Motorumdrehung öffnet bzw. schließt. Hierzu weist die
Hülse 6 ebenfalls eine entsprechend angeordnete Öffnung auf.
Um eine unnötige Belastung der Hülse 6 sowie der Lagerbüchse 62 und des
zwischen diesen beiden befindlichen Schmiermittelfilms zu vermeiden, ist
einerseits jede Laufbuchse 62 unmittelbar durch Wasser gekühlt
(beispielhaft durch Ziffer 24 bezeichnet). Aus demselben Grund ist
zwischen der Brennkammer 1 und der Einlaßseite jedes Zylinders 20' ein
Hitzeschild 7 angeordnet. Das Hitzeschild 7 ist über eine Welle 70 mit der
Antriebswelle 51 verbunden und rotiert somit synchron zu derselben.
Desweiteren weist das Hitzeschild Öffnungen (nicht beziffert) auf, die
derart angeordnet sind, daß sie zum richtigen Zeitpunkt den Schußkanal 11
in gewünschter Weise freigeben, so daß das Arbeitsmedium ohne weiteres
durch den zum selben Zeitpunkt geöffneten Einlaß 23 in den
entsprechenden Zylinder 20' gelangt.
Darüber hinaus ist auch die Brennkammer 1 über Kanäle 12 wassergekühlt,
wobei die Außerhalb der Wasserkühlung liegenden Bereiche der
Brennkammer 1 ebenfalls als Hitzeschild dienen.
Der in Fig. 4 dargestellte Kolbenmotor entspricht im Wesentlichen den
in Fig. 1 und 2 dargestellten, weist allerdings auch Merkmale des in
Fig. 3 dargestellten Kolbenmotors auf. Gleichwirkende Baugruppen sind
auch in dieser Figur mit identischen Bezugsziffern bezeichnet. Insbesondere
sind bei dem in Fig. 4 dargestellten Kolbenmotor Kühlwasserkreisläufe
entgegen der Darstellung in Fig. 1 durch Bezugsziffern 12, 24 und 36
beispielhaft beziffert. So strömt das Kühlwasser einerseits entlang der
Brennkammer 1 durch Kühlmittelkanäle 12, durch den Zylinderblock 2
durch Kühlmittelkanäle 24 und in dem Verdichterblock 3 durch
Kühlfluidkanäle 36. Die jeweiligen Kanäle 12, 24 und 32 sind in Reihe
geschaltet. Auf dieser Weise kann ein Temperaturausgleich über den
gesamten Motorblock stattfinden.
Wie unmittelbar ersichtlich, sind die Laufbuchsen 62 sowie die
Verdichterwände 35 unmittelbar mit dem Kühlfluid in Kontakt, man spricht
in diesem Zusammenhang von nassen Laufbuchsen.
Der in Fig. 4 dargestellte Kolbenmotor weist an jedem Zylinder 20 einen
Auslaß 25 auf, der in einem Abgassammler 8 mündet. Hinter dem
Abgassammler 8 ist ein Wärmetauscher 80 vorgesehen, durch welchen die
Zuleitung 32 für das komprimierte Fluid verläuft. Auf diese Weise kann
das komprimierte Fluid vorgewärmt und der Wirkungsgrad des Motors
erhöht werden. Das Abgas verläßt den Motor durch einen Abgasschluß 81.
Sowohl der Auslaß 25 als auch der Einlaß 23 werden über die Hülse 6
angesteuert, wie aus Fig. 4 unmittelbar ersichtlich. Darüber hinaus ist die
Zahnradanordnung 61 derart ausgebildet, daß die Hülsen halb so schnell,
wie die Abtriebswelle 51, rotieren. Außerdem ist die Hülse 6 mit einem
leichten Axialspiel in ihrer Laufbuchse 62 gelagert, so daß sie ein wenig
der Hubbewegung des Kolbens 21 folgen kann. Hierdurch wird eine
ausreichende Axialverschiebung der Hülse 6 gewährleistet, wodurch
Schmiermittel in ausreichenden Maßen zwischen Hülse 6 und Laufbuchse
62 verteilt wird.
Darüber hinaus weist der in Fig. 4 dargestellte Kolbenmotor einen
ringförmigen Ansaugraum 37 auf, der an dem der Brennkammer 1
entgegengesetzten Ende des Kolbenmotors angeordet ist. Dieser Saugraum
37 ist mit den Einlässen 34 der Verdichter 30 verbunden und ermöglicht
ein gleichmäßiges Verteilen der Zuluft. Desweiteren sind an dieser Stelle
Verdichterauslässe 38 vorgesehen, die in eine als Ringkanal ausgebildete
Druckkammer 33 führen.
Hierbei sind die Einlässe 34 und Auslässe 38 jeweils durch Ventile 52, 53
öffen- bzw. verschließbar. Hierbei werden die Ventile 52, 53 über Stößel
und eine Hebelanordnung 54 von einer auf der Abtriebswelle 51 sitzenden
Nockenanordnung angesteuert.
Der in Fig. 5 dargestellte Kolbenmotor entspricht im wesentlichen dem
in Fig. 4 dargestellten. Hierbei sind identisch wirkende Baugruppe mit
identischen Bezugsziffern versehen.
Im Gegensatz zu der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform sind die
Einlässe 34 und Auslässe 38 für die Verdichter 30 durch passive Ventile
56, 57 (im einzelnen in Fig. 6 dargestellt) angesteuert. Insofern ist auf
eine Nockenanordnung an dieser Stelle verzichtet.
Wie Fig. 6 im einzelnen zeigt, dient hierbei, wie im übrigen auch bei der
in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform, ein Verdichterkopf 58 als
Ventilsitz. Das Einlaßventil 56 umfaßt einen verdichterseitig aufsitzenden
Ventildeckel 56', der durch eine Feder 56" gegen den Ventilsitz 58
gezogen wird. Hierbei wird die Feder 56" durch eine Halterung 56'''
unter geeigneter Vorspannung gehalten.
Die Ventilöffnung in dem Ventilsitz 58 umfaßt jeweils einen Anschlag 58'
(siehe Einzeldarstellung des Verdichterkopfes 58 in Fig. 6), gegen
welchen die Feder 56" anschlägt, wenn das Ventil 56 öffnet. Hierdurch
wird ein Federn der Anschläge auf verhältnismäßig einfache Weise
gewährleistet. Darüber hinaus führt das verdichterseitige Aufsitzen des
Ventildeckels 56' dazu, daß beim Verdichten der Ventildeckel 56' gegen
den Ventilsitz 58 gepreßt wird und so ein Abdichten gewährleistet wird.
Das Auslaßventil 57 umfaßt eine Keramikkugel 57', die durch den in der
Druckkammer 33 herrschenden Druck gegen den Ventilsitz 58 gedrückt
wird. Auf dieser Weise ist das Auslaßventil 57 solange verschlossen,
solange der Druck im Verdichter 30 unter dem Druck in der Druckkammer
33 liegt. Steigt der Druck in dem Verdichter 30 über den Druck in der
Druckkammer 33, so öffnet die Keramikkugel 57' und schlägt gegen eine
Stellschraube 57" an. Hierdurch wird der Weg in die Druckkammer 33
geöffnet und der Zylinder 31 kann verdichtete Luft in die Druckkammer
überführen.
Auch zylinderkopfseitig weicht die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform
ein wenig von der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ab. Bei der in
Fig. 5 dargestellten Ausführungsform sind die Auslässe 25 statt über die
Hülse 6 über zusätzliche Auslaßventile 26 gesteuert. Dieses hat den
Vorteil, daß die Gefahr von in das Abgas gelangenden Schmierstoffen
weitgehend reduziert ist, da die Ventile 26 ohne Schmiermitteln dichten.
Eine sich drehende Hülse hingegen, hinterläßt am Rand immer einen
Schmierfilm, der von den Abgasstrom mitgerissen werden kann.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform werden die Ventile 26
hydraulisch über Hydraulikleitungen 27 angesteuert. Hierbei dienen Federn
28 als Rücksteller. Eine Alternative hierzu zeigen Fig. 7 und 8. Hierbei
dienen Keramikkugeln 26' als Ventile, die die jeweiligen Auslässe
verschließen. Die Kugeln werden mittels einer mit der Hülse 6
mitdrehenden Nockenanordnung 29 über Schieber 29', die in
Schieberöffnungen 29" hin und her gleiten können, bewegt. Auch diese
Anordnung gewährleistet, daß kein Fett bzw. Schmiermittel von den
Abgasen am Auslaß 25 mitgerissen werden kann.
Die Brennkammer 1 des in Fig. 5 dargestellten Kolbenmotors (siehe auch
Fig. 9) ist im wesentlichen dreigeteilt. Sie umfaßt eine Brennkammerzufuhr
13, einen Kraftstoffzufuhrraum 14 sowie einen Flammraum 15.
Über die Brennkammerzufuhr 13 wird einerseits Kraftstoff über eine nicht
dargestellte Einspritzpumpe sowie eine Kraftstoffdüse 13' dem
Kraftstoffzufuhrraum 14 zugeführt. Darüber hinaus weist die
Brennkammerzufuhr 13 eine Düse 13" auf, über welche komprimiertes
Fluid aus den Verdichtern 30, insbesondere somit Luft, durch den
Kraftstoffzufuhrraum 14 hindurch in den Flammraum 15 mit Hochdruck
ausgestrahlt wird. Die Düse 13" umfaßt einen zentralen Düsenkörper
13''', der über ein Gewinde axial verstellbar ist, so daß ein Düsenspalt
eingestellt werden kann. Hinter dem Düsenspalt ist eine Venturidüse 14'
angeordnet, die in den Flammraum 15 führt. Die durch die Venturidüse 14'
strömende Luft reißt ein Kraftstoff-Luft-Gemisch aus dem Kraftstoffzufuhr
raum 14 mit in den Flammraum 15 mit, wodurch dort eine kontinuierliche
Flamme ausgebildet wird.
Neben der Venturidüse 14' ist eine Ausgleichsöffnung 14" an der
Oberseite des Flammraums 15 vorgesehen, die zurück in den
Kraftstoffzufuhrraum 14 führt. Diese Ausgleichsöffnung gewährleistet eine
gleichmäßige Flamme und ein vollständiges Verbrennen des zugeführten
Kraftstoffs.
Darüber hinaus ragt in den Kraftstoffzufuhrraum 14 eine Zündkerze 14''',
die jedoch lediglich zum Anlassen dieses Motors gebraucht wird.
In dem Flammraum 15 ist koaxial zur Motorachse ein Keramikrohr 15'
sowohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung verspannt. Dieses
Keramikrohr stützt sich über in Fig. 9 dargestellte Kühlrippen 15''' radial
außen an der Brennkammerwand ab und kann in seinem zylinderseitigen
Ende radiale Öffnungen 15" aufweisen (Ausführungsbeispiel nach Fig. 5).
Durch eine obere Zuleitung 32' kann aus der Zuleitung 32 verdichtetes
Medium an die Außenseite des Keramikrohrs 15' gelangen. Dieses strömt
entlang der Rippen zu den Öffnungen 15" und gelangt durch diese
Öffnungen 15" in den Flammraum 15. In dem Flammraum 15 strömt
dieses Medium entgegen der Flammrichtung an der Keramikrohrwand
entlang, bevor es im oberen Bereich der Brennkammer 1 zirkuliert und von
der Flamme mitgerissen wird. Auf diese Weise kann eine äußerst
wirkungsvolle thermische Isolation zwischen der Flamme im Flammraum
15 und den hierum angeordneten Baugruppen gewährleistet werden.
Die Brennkammer 1 umfaßt desweiteren, wie vorstehend bereits
beschrieben, eine Wasserkühlung 12, die über Kühlkanäle 12' auch die
unmittelbare Umgebung der Schußkanäle 11 sowie den Brennkammerboden
16 kühlt.
Darüber hinaus sind noch Kühlbohrungen 24' vorgesehen, die von der
Zylinderkühlung 24 gespeist werden. Auch diese Kühlbohrungen 24'
befinden, sich in unmittelbarer Umgebung der Schußkanäle 11. Die
Bohrungen 12' und 24' bedingen eine außerordentlich hohe
Fließgeschwindigkeit, um den an diesen Stellen auftretenden hohen
Temperaturen begegnen zu können.
Der in Fig. 5 dargestellte Kolbenmotor weist in seiner Abtriebswelle 51
eine koaxiale Bohrung als Ölzufuhrkanal 71 auf. Von diesem Ölzufuhrkanal
71 gehen radiale Bohrungen als Ölverteiler 72 (exemplarisch beziffert) aus.
Durch die Motordrehung wird fliehkraftbedingt Öl von den Ölverteilern 72
auf gewünschter Höhe in den Motor verteilt.
In bestimmten Baugruppen sind Bohrungen 73 (exemplarisch beziffert)
vorgesehen, die ebenfalls für einen gezielten Weitertransport des Öls
sorgen.
Von dem Ölzufuhrkanal 71 geht desweiteren eine radiale Bohrung als
Ölzufuhr 74 aus. Diese mündet in einen Ringkanal 75, der von einer nicht
dargestellten Ölpumpe mit Öl beaufschlagt wird. Der hierdurch erzeugte
Druck überwindet die Fliehkräfte und ermöglicht auf dieser Weise, den
Ölzufuhrkanal 71 ausreichend mit Öl zu beaufschlagen.
Die in die Kolben 21, 31 eingeschraubten Pleuelstangen 4 umgreifen die
Kurvenscheiben 5 mittels wälzgelagerter Rollen 40 (exemplarisch
beziffert). In Fig. 5 nicht dargestellt ist eine Zweiteilung der Pleuelstangen
4 zwischen diesen Rollen 40, die einer Montageerleichterung dient. Die
Pleuelstangen 4 werden bei der Montage starr zu einer durchgehenden
Pleuelstange 4 verbunden. Die Breite der Kurvenscheibe 5 in ihrem Bereich
zwischen dem Rollen 40 ist derart gewählt, daß die durch die
Kurvenscheibe 5 bedingte Unwucht den Auswuchtkräften der Kolben-
Pleuelstangen-Anordnung entspricht. Auf dieser Weise kann auch bei diesem
einphasigen Motor realisiert werden, daß dieser nahezu schwingungsfrei
läuft. Eine Feinauswuchtung des Gesamtmotors wird mit ansich bekannten
und in dieser Figur nicht dargestellten Gewichten, die an dem
Abstandhalter 50 angebracht sind, vorgenommen.
Claims (51)
1. Kolbenmotor mit kontinuierlicher Verbrennung, bei welchem aus
einer Brennkammer ausströmendes Arbeitsmedium sukzessive
wenigstens zwei Zylindern zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Zylinder (20, 20') bezüglich der Brennkammer (1) ortsfest
angeordnet ist und einen Einlaß (23) aufweist, wobei Steuermittel
vorgesehen sind, die den Einlaß (23) sukzessive mit der
Brennkammer (1) verbinden bzw. von der Brennkammer (1) trennen.
2. Kolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Abtriebswelle (51) bezüglich eines Zylinderblocks (2), in welchem
die Zylinder (20, 20') angeordnet sind, bewegt wird.
3. Kolbenmotor nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine
Abtriebswelle (51), die eine Taumelscheibe (5') aufweist, die über
Pleuel (4') mit in den Zylindern (20') arbeitenden Kolben (21')
verbunden ist.
4. Kolbenmotor nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine
Abtriebswelle (51), die eine Kurvenscheibe (5) aufweist, entlang
welcher in den Zylindern (20) arbeitende Kolben (21) laufen.
5. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Brennkammer (1) koaxial zur Abtriebswelle
(51) angeordnet ist.
6. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zylinder (20, 20') symmetrisch zur
Brennkammer (1) angeordnet sind.
7. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Abtrieb 2-flutig erfolgt.
8. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß zumindest ein Einlaß (23) über wenigstens
einen Schieber öffen- bzw. verschließbar ist.
9. Kolbenmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schieber eine zylinderförmige um einen in dem Zylinder (20, 20')
angeordneten Kolben (21, 21') vorgesehene Hülse (6) umfaßt, die
wenigstens eine mit dem Einlaß (23) korrespondierende Öffnung
aufweist, wobei die Öffnung mit der Motorumdrehung synchronisiert
mit dem Einlaß (23) in Deckung gebracht wird.
10. Kolbenmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
Hülse (6) um die Zylinderachse eine Drehbewegung ausführt.
11. Kolbenmotor nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Hülse (6) einen Axialhub axial zu dem Zylinder (20, 21)
aufweist.
12. Kolbenmotor nach einem der Ansprüch 9 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Hülse (6) eine periodische Bewegung, deren
Periode vorzugsweise ein Bruchteil der Motordrehzahl ist,
durchläuft.
13. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch
gekennzeicltnet, daß die Hülsenöffnung und eine Hitzeschildöffnung
im Moment der Freigabe des Einlasses (23) eine im wesentlichen
gleichgerichtete Bewegung ausführen.
14. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen der Brennkammer (1) und jedem
Zylinder (20, 20') ein Hitzeschild (7) angeordnet ist.
15. Kolbenmotor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das
Hitzeschild (7) vor den Einlaß (23) bringbar ist.
16. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß die Brennkammer (1) einen
Brennkammerboden (16) mit zumindest einem Schußkanal (11)
aufweist, wobei der Brennkammerboden (16) mit dem Schußkanal
(11) derart verlagert wird, das der Schußkanal (11) sukzessive auf
jeweils wenigstens einen Einlaß gerichtet ist.
17. Kolbenmotor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das
Hitzeschild (7) mit dem Brennkammerboden (16) verlagert wird.
18. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, daß von der Brennkammer (1) zu jedem Einlaß (23)
ein Schußkanal (11) verläuft.
19. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, daß in jedem Zylinder (20, 20') ein Kolben (21,
21') vorgesehen ist und Mittel vorhanden sind, um eine Totpunktlage
der Kolben (21, 21) bezüglich einer Position der Steuermitteln zu
verschieben.
20. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch
gekennzeichnet, daß der Zylinder (20, 20') ein Auslaßventil (26)
umfaßt.
21. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 20, gekennzeichnet
durch einen, vorzugsweise von den Zylindern (20, 20') getrennten,
Verdichter (30) mit einem Einlaßventil (56) und/oder einem
Auslaßventil (57).
22. Kolbenmotor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß
zumindest eines der Ventile (56, 57) passiv ist.
23. Kolbenmotor nach Anspruch 21 oder 22, gekennzeichnet durch
einen Verdichter (30) mit einem Einlaßventil (56), das einen
verdichterseitig aufsitzenden Ventildeckel (56') umfaßt, der durch
eine Feder (56") gegen einen Ventilsitz (58) gezogen wird.
24. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 21 bis 23, gekennzeichnet
durch einen Verdichter (30) mit einem Einlaßventil (56), welches
beim Öffnen an einem Anschlag (58') anschlägt, wobei zwischen
dem Ventil (56) und dem Anschlag (58') ein Federelement (56")
wirksam ist.
25. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 21 bis 24, gekennzeichnet
durch einen Verdichter (30) mit einem Kugelventil (57) als
Auslaßventil.
26. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 26, gekennzeichnet
durch eine Ansaugkammer (37), die mit wenigstens einem
Verdichter (30) wirkverbunden und an einem von der Brennkammer
(1) wegweisenden Ende des Motors angeordnet ist.
27. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 26, gekennzeichnet
durch einen Verdichterzylinder (30) mit einem Verdichterkolben
(31), der über einem Verdichterpleuel (4) mit einem Arbeitspleuel
(4) eines in einem Arbeitszylinder (20) laufenden Arbeitskolbens (21)
verbunden ist.
28. Kolbenmotor nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch eine starre
Verbindung zwischen Arbeitspleuel (4) und Verdichterpleuel (4).
29. Kolbenmotor nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß
Arbeitspleuel (4) und Verdichterpleuel (4) als gemeinsame
Pleuelstange (4) ausgebildet sind.
30. Kolbenmotor nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die
Pleuelstange (4) zweigeteilt ist.
31. Kolbenmotor nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet,
daß die Pleuelstange (4) zwei Laufrollen (40) aufweist, die eine
Kurvenscheibe (5) einer Abtriebswelle (51) umgreifen.
32. Kolbenmotor nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß
wenigstens eine der Laufrollen (40) eine Schulter und/oder eine
Führungsscheibe aufweist, die radial außen an der Kurvenscheibe (5)
anliegt.
33. Kolbenmotor nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kurvenscheibe (5) derart ausgelegt, insbesondere so breit
ausgelegt, ist, daß deren Auswuchtkräfte durch die Auswuchtkräfte
der Kolbenanordnung kompensiert werden.
34. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 33, gekennzeichnet
durclt einen in einer zentralen Abtriebswelle (51) koaxial zur
Abtriebswelle (51) angeordneten Ölzufuhrkanal (71) mit radial nach
außen weisenden Ölverteilern (72) und wenigstens einer radial
angeordneten Ölzufuhr (74), die von einem unter Druck stehenden
Ringkanal (75) mit Öl beaufschlagt ist.
35. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 34, gekennzeichnet
durch einen Kühlfluidstrom, der unmittelbar mit einer Führung (62)
an einem Zylinder (20, 20'), vorzugsweise mit einer Führung (62)
für einen Schieber eines Schußkanals (11), in Kontakt kommt.
36. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 35, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Kühlfluidstrom durch kleine Bohrungen
(12', 24') mit einer hohen Fließgeschwindigkeit in unmittelbarer
Umgebung eines Schußkanals (11) geleitet wird.
37. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Kühlfluidstrom von einem Zylinder (20,
20') zu einem Verdichter (30) geleitet wird.
38. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 37, gekennzeichnet
durch zwei parallele Kühlfluidströme, von denen einer einen
Zylinderblock (2) und der andere einen Verdichterblock (3)
durchströmt, wobei die Kühlfluidströme in Reihe geführt sind.
39. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 38, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder Zylinder (20, 20') einen Auslaß (25)
aufweist und jeder Auslaß (25) mit einem Abgassammler (8)
verbunden ist, der einen gemeinsamen Abgasanschluß (81) aufweist.
40. Kolbenmotor nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß zwei
über den Abgassammler (8) verbundene Auslässe (25) über einen
Druckausgleich unmittelbar miteinander verbunden sind.
41. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 40, gekennzeichnet
durch einen Verdichter (30); der ein Fluid: komprimiert und der
Brennkammer (1) zuführt, und einen Auslaß (25), durch welchen das
Arbeitsmedium den Zylinder (20, 20') verläßt, wobei zwischen dem
Verdichter (30) und der Brennkammer (1) ein Wärmetauscher (80)
vorgesehen ist, der Energie des den Auslaß (25) verlassenen Fluids
auf das zur Brennkammer (1) geführte Fluid überträgt.
42. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 41, dadurch
gekennzeichnet, daß die Brennkammer (1) einen Flammraum (15)
mit einer keramischen Auskleidung (15') umfaßt.
43. Kolbenmotor nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die
keramische Auskleidung (15') zumindest im Betriebszustand unter
Spannung; vorzugsweise unter einer Vorspannung, steht, die derart
gewählt ist, daß keine Zugkräfte auftreten können.
44. Kolbenmotor nach Anspruch 42 oder 43, dadurch gekennzeichnet,
daß die keramische Auskleidung (15') Kühlrippen aufweist.
45. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 44, dadurch
gekennzeichnet, daß die Brennkammer (1) einen Flammraum (15)
mit Öffnungen (15") in einer Flammraumwandung aufweist, durch
welche ein Fluid in den Flammraum (15) geleitet werden kann.
46. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 45, gekennzeichnet
durch eine Einspritzpumpe, die der Brennkammer (1) Kraftstoff
zuführt und über eine λ-Sonde geregelt wird.
47. Kolbenmotor nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß die
λ-Sonde auslaßseitig, hinter einem Zylinder (20, 20') vorgesehen ist.
48. Kolbenmotor nach Anspruch 46 oder 47, dadurch gekennzeichnet,
daß λ zumindest bei einem bestimmten Lastbereich auf einen
Minimalwert von 1, vorzugsweise über 1, geregelt wird.
49. Kolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 48, gekennzeichnet
durch eine Einspritzpumpe, die der Brennkammer (1) Kraftstoff
zuführt und über eine Temperaturmessung geregelt wird.
50. Kolbenmotor nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß die
Temperaturmessung auslaßseitig, hinter einem Zylinder (20, 20'),
erfolgt.
51. Kolbenmotor nach Anspruch 49 oder 50, dadurch gekennzeichnet,
daß die Temperatur, zumindest im Leerlauf, auf ca. 1000°C geregelt
wird.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: GETAS GESELLSCHAFT FUER THERMODYNAMISCHE ANTRI, DE |
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8381 | Inventor (new situation) |
Inventor name: ROHS, ULRICH,DR.-ING., 52351 DUEREN, DE |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |