DE2207692B2

DE2207692B2 - Brennkraftmaschinenanordnung

Info

Publication number: DE2207692B2
Application number: DE2207692A
Authority: DE
Inventors: William V. St. Clair Shores Mich. Bachmann (V.St.A.)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-02-19
Filing date: 1972-02-18
Publication date: 1980-06-12
Also published as: CA968968A; US3805524A; JPS5510589Y2; IT946318B; DE2207692C3; GB1385245A; DE2207692A1; US3807168A; JPS5294513U

Description

Verluste durch die Zylinderwandung hindurch verringert werden und die Oase besonders heiß aus der Brennkammer austreten. Wegen der kurzen Strömungswege in die Nachbrennkammer hinein kann die in den den Zylinder verlassenden Auspuffgasen enthaltene Energie in vollem Umfang der Nachverbrennung zugute kommen, so daß zusätzlicher Brennstoff nicht zugeleitet werden muß. Gesteuerte Ein- und Auslaßventile in den Auslaßkanälen sind nicht notwendig, es genügt Schlitzsteuerung.

Die Verweilzeit der Gase in der Nachbrennkammer reicht aus, um eine gründliche Weiterverbrennung zu ermöglichen.

Vorzugsweise ist zwischen Nachbrennkammer und Außenluft ein von den nachverbrannten Gasen beaufschlagbares und in einem Turbinengehäuse mittels einer mit der Abtriebswelle gekoppelten Turbinenwelle drehbar gelagertes Turbinenlaufrad angeordnet und koaron7

t /ia

Alt* Maokkrennliammar

«*' V . .HVI IU. «..·■■·■ U 1%,·

wenigstens teilweise.

Die Expansionsenergie der Auspuffgase wird durch das Turbinenlaufrad in verwendbare mechanische Energie umgewandelt.

Die Zufuhr von Frischluft führt nicht nur genügend Sauerstoff in die Nachbrennkammer zur Verbesserung der Nachbrennung ein, sondern setzt auch die Temperatur relativ schnell herab, so daß die Abnutzung der Turbinenschaufeln zugunsten größerer Lebensdauer verringert wird. Die zugeführte Frischluft stellt zusammen mit den heißen Auspuffgasen eine konstante Gaszufuhr für die Beaufschlagung des Turbinenlaufrades dar, was für die Erzielung eines guten Wirkungsgrades bei Turbinen erforderlich ist.

Bei den bisher eingesetzten Brennkraftmaschinen mit mehreren Zylindern wird ein Energieverlust von etwa 30% bezogen auf den Energiegehalt des eingesetzten Brennstoffs durch die den Motor verlassenden Abgase hingenommen. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung können etwa 8,5% Energie zurückgewonnen werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Nachbrennkammer zumindest teilweise von einem drehbar im Innenraum des Ringzylinders gelagerten rohrartigen Einsatz begrenzt, in dessen Wandung mit dem mittigen Rohrhohlraum des Einsatzes in Verbindung stehende Frischluftkanäle ausgebildet sind, wobei dem einen Ende des rohrartigen Einsatzes Frischluft zugeführt wird, ist der Ringkolben mittels an der Zylinderwandung angeordneten Gleitführungen drehfest geführt und mit mindestens zwei von sich radial erstreckenden Kurbelwellen verbunden, die zumindest die Innenwand durchsetzen und auf ihren in den Innenraum vorragenden Enden Kegelräder tragen, die jeweils mit einem an dem rohrartigen Einsatz ausgebildeten und zur Achse des Ringzylinders konzentrischen Tellerrad kämmen, und es ist der Einsatz an einem aus dem Innenraum vorragenden Ende mit der Abtriebswelle gekuppelt

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Frischluftverdichter in an sich bekannter Weise als Kreiselverdichter ausgebildet und das Verdichterlaufrad ist auf der Turbinenwelle angeordnet

Bei einer anderen Ausführungsform ist der Frischluftverdichter in an sich bekannter Weise als Kolbenverdichter ausgebildet und der Verdichterkolben ist mit mindestens zwei Kurbelwellen des Geiriebezuges für die Umsetzung der Bewegung des Kolbens der Brennkraftmaschine in eine Drehbewegung derart verbunden, daß der Verdichterkolben konzentrisch zum Ringzylinder auf und ab bewegbar ist.

Weitere Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschinenanordnung.

Die Erfindung soll nun anhand der Figuren in mehreren Ausführungsformen näher erläutert werden.

Fig. I ist eine Aufsicht auf eine erste Ausführungsform,

Fig.2 ist eine Seitenansicht der Brennkraftmaschinenanordnung gemäß Fig. 1 längs der Linie 2-2 in Fig. I.

F i g. 3 ist ein Querschnitt längs der Linie 3-3 in F i g. 1.

Fig.4 ist ein Querschnitt mit Teilansicht längs der Linie4-4in Fig. 1,

F i g. 5 ist eine Teilansicht längs der Linie 5-5 in F i g. 2.

F i g. 6 ist ein Querschnitt längs der Schnittlinie 6-6 in F i g. 3,

Fig. 2,

F i g. 8 ist ein Querschnitt längs der Schnittlinie 8-8 in Fig. 4,

Fig. 9 ist ein Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform,

2> Fig. 10 ist eine Teilansicht längs der Schnittlinie 10-10 in F ig. 9,

Fig. 11 ist eine schematische Aufsicht von der Linie 11-11 !TiFig.9,

Fig. 12 ist eine Außenansicht von der Linie 12-12 in ίο Fig. 9,

Fig. 13 ist eine Teilansicht, vgl. Fig.9, jedoch mit Bauteilen davon in einer anderen Arbeitsposition,

Fig. 14 ist eine Teilansicht einiger Bauteile aus Fig. 13 entlang der Schnittlinie 14-14 in Fi g. 13,
υ Fig. 15 ist eine Ansicht einer dritten Ausführungsform,

Fig. 16 ist ein Querschnitt längs der Schnittlinie 16-16 in Fig. 15,

Fig. 17 ist ein Querschnitt längs der Schnittlinie 17-17 -ίο in Fig. 15,

Fig. 18 ist eine Teilansicht längs der Schnittlinie 18-18ΪΠ Fig. 17,

Fig. 19 ist ein Schnitt durch die Mittellinie Jner vierten Ausführungsform,

Fig. 20 ist eine schematische Darstellung einer Abwandlung der Erfindung.

Fig. 21 ist eine Ansicht längs der Linie 21-21 in F ig. 20,

F i g. 22 ist ein Querschnitt längs der Schnittlinie 22-22 in Fig. 20.

F i g. 23 ist ein Querschnitt durch mehrere V. jtoren gemäß F i g. 15, welche eine Motoreneinheit darstellen,

F i g. 24 ist eine teilweise Außenansicht, teilweise schematische und teilweise eine Querschnittdarstellung gewisser Konstruktionselemente aus F i g. 3,

F i g. 25 ist ein Querschnitt durch die Mittellinie eines Ringkolbens, der in der erfindungsgemäßen Anordnung einsetzbar ist,

Fig. 26 ist ein Grundriß generell entlang der Linie 26-26in Fig.25.

Beschreibung einer ersten Ausführungsform

Der Motor 10 weist ein äußeres Gehäuse 12 mit Lufteinlaßöffnungen 14,16,18 und 20 auf der Oberseite des Motors und zusätzlich Lufteinlaßöffnungen 22, 24, 26 und 28 an den Seiten des Moiors auf. Das untere Ende des Motorengehäuses 12 ist ausgestaltet als Getriebegehäuse 30, aus welchem eine Abtriebswelle 32

für ein Getriebe 34 eines Fahrzeugs herausragt. Flansche 36 mit Durchgangslöchern 38 an einer Abschlußplatte 37 sind zum Zwecke der Befestigung des Motors 10 vorgesehen. Ein Außenlufteinlaß 40 dient als Lufteinlaß für einen Kompressor 42 in F i g. 3.

Gemäß Fig.3 besteht das Gehäuse 12 aus einem Hauptmotorblock 44 von ringförmiger Konfiguration, um die Unterbringung im Ringinnern von einem Turbinengehäuse 47 zu ermöglichen. Der Hauptmotorblock 44 hat einen ringförmigen Verbrennungsraum 46 für die Aufnahme von gegenläufigen ringförmigen Kraftkolben 48 und 50. Der obere und der untere Ringkolben 48 und 50 sind mit Innenkolbenringen 52 und 54, welche gleitend die Innenfläche der Zylinderwand 56 und den anliegenden Raum 46 dichten, und mit äußeren Kolbenringen 58 und 60 versehen, welche gleitend die äußere Fläche der Zylinderwand 62 des Verbrennungsraumes 46 dichten. Die sich gegenüberliegenden Enden des Gehäuses 44 sind abgedichtet durch ringförmige obere und untere Dichtköpfe 64 und 66. Obere und untere Lagerträger 68 und 68', deren Zweck nachstehend beschrieben wird, sind ebenfalls mit dem Gehäuse 12 sicher verbunden.

Der Hauptmotorblock 44 ist mit geeigneten Verbindungsdurchlässen 70 und 72 für einen Durchfluß von geeignetem Kühlmittel versehen.

Das Turbinengehäuse 47 ist an seinen gegenüberliegenden Enden sicher eingebaut mittels Lagerringen 74 und 76, welche zusammenwirken mit den Lagerträgern 68 und 68' und damit rollend konische Rollenlager 78 und 80 wirksam werden lassen. Der Motor 10 ist versehen mit einer Anzahl von Brennstoffzufuhrvorrichtungen 82, 84,86 und 88, z. B. besstehend aus einem Induktionsrohr 90, in welchem eine geeignete Drosselklappe 92 und eine geeignete Ventilklappe 94 in Verbindung mit einem geeigneten Brennstoffreservoir % vorgesehen sind, die gemeinsam den Brennstoff in das Induktionsrohr 90 in kontrollierten Mengen zuführen via Zufuhrmitteln 98.

Die Einlaßöffnungen 14 und 18, welche geeignete Filter 100 aufweisen, sind über Kanäle 102 mit dem oberen Ende und die unteren Einlasse 22, 24, 26 und 28 über Zufuhrkanäle 104 mit dem unteren Ende des Verbrennungsraums 46 verbunden.

Zufuhrkanäle 106, 108, 110 und 112 im Hauptmotorblock 44 sind so geformt, daß diese an dem oberen Ende und an dem unteren Ende der Verbrennungskammer 46 Luft zuführen. Bei der Brennstoffzufuhrvorrichtung 86 in F i g. 3 ist z. B. das eine Ende des Induktionsrohres 90 verbunden mit dem Zufuhrkanal 110, während das andere Ende des Induktionsrohres in Verbindung mit der Verbrennungskammer 46 über Einlaßöffnungen 114 steht, welche zwischen den Kolben 48 und 50 gelegen sind.

Wie in F i g. 3 und 5 dargestellt, hat der obere Kolben 48 eine Mehrzahl von Kolbenbolzen 116 (zwei davon sind gezeigt), welche jeweils mit Pleuelstangen 118,120, 122 und 124 verbunden sind. Die oberen Enden der Pleuelstangen sind befestigt an Kurbelwellen 156 und 158 und weiter verbunden mit Treibwellen 160 und 162 für Kegelräder 164 und 166. Obwohl nur zwei der Pleuelstangen, Kolbenbolzen, Wellen- und Kegelräder gezeigt sind, welche die Verbindung mit dem unteren Kolben 50 zeigen, soll — wie auch für den oberen Kolben 48 — eine größere Anzahl derartiger Treibvorrichtungen bestehend aus Pleuelstangen, Kolbenbolzen, Wellen- und Kegelräder vorgesehen werden, um eine bessere Verteilung der Kolbenkräfte zu erzielen.

speziell, wenn die Kolben unter dem hohen Explosionsdruck arbeiten müssen.

Die oberen Kegelräder 142, 144, 146 und 148 stehen im Eingriff mit dem Tellerrad 168 am Lagerring 74, der die Laufbahn für ein Kegelrollenlager aufweist, während die unteren Kegelräder 164 und 166 im Eingriff mit einem Tellerrad 170 am Lagerring 76 stehen, welcher gleichzeitig die Laufbahn für ein Kegelrollenlager aufweist. Die hin- und hergehende Bewegung der Kolben 48 und 50 bewirkt die Rotation der oberen und der unteren Kegelräder, welche dann das Turbinengehäuse 47 drehen, das mit einem Abtriebszahnkranz 172 versehen ist und zwar an dem verlängerten Ende des unteren Lagerrings 76. Das Turbinengehäuse 47 erfüllt zwei Funktionen: die Bildung eines Gehäuses für die Aufnahme funktioneller Bauteile einer Gasturbinensektion und die Funktion als ein Bewegungs- und Kraftübertragungsmittel zu wirken.

Gemäß Fig. 3 und 6 ist der untere Teil eines Turbinenwellenlagerbocks 174 für eine Turbinenwelle 178 in einem Lager 176 an der Außenperipherie dicht mit der Innenwand des Turbinengehäuses 47 verbunden.

Durchgangsöffnungen 180, 182, 184 und 186 in dem Lagerbock 174 stellen eine Verbindung mit der Ladekammer 188 des Kompressors 42 her, dessen Laufrad fest mit der Turbinenwelle 178 verbunden ist, und führen in eine Kammer 190 mit konischer Wand 192.

Gemäß den F i g. 3,6 und 7 ist die konische Wand 192 mit Öffnungen 194 versehen, die die Kammer 190 und eine konische ringförmige Kammer 196 innerhalb der äußeren Wand 198 des Gehäuses 47 und der konischen Wand 192 miteinander verbinden. Zusätzlich sind vorgesehen eine Mehrzahl von Zufuhrverbindungen 200, welche so geformt sind, daß deren unteres Ende mit der Kammer 190 und deren oberes Ende mit der Kammer 196 in Verbindung steht. Die Turbinenwelle 178 trägt ein Turbinenlaufrad 202 und ist am oberen Ende vermittels einer Dichtungslagerkombination 204 in einem Lagerstück 206 gelagert, welches fest mit dem oberen Teil der konischen Wand 192 verbunden ist. Dem Laufrad 202 ist ein festes Leitrad 208 zugeordnet. Ein konisch sich erweiterndes Turbinenabströmgehäuse 210 ist befestigt an dem Lagertraggehäuse 66.

Ein Ladekompressoreinlaß 212 ist an dem unteren Lagerring 76 befestigt und seinerseits mit einer Luftzufuhrvorrichtung 214 verbunden, welche den Außenlufteinlaß 40 aufweist.

Die Innenwand 56 des Hauptmotorblocks 44 hat eine Mehrzahl von Auslaßkanälen 216, 218, 220 und 222, deren Übergangsdurchbrüche 224,226,228 und 230 dem unteren Ende der Kammer 196 zugeordnet sind.

Wie man am besten sehen kann in Fig.4, sind eine Mehrzahl von Dichtungsringen 232 und 234 vorgesehen, um die äußere Fläche 236 des Turbinengehäuses 47 und die innere Fläche 238 des Hauptmotorblocks 44 oberhalb der Übergangsdurchbrüche 224, 226, 228 und 230 und gleicherweise oberhalb der Auslaßkanäle 216, 218, 220 und 222 abzudichten. Eine zweite Gruppe von Dichtungsringen 240 und 242 sind in ähnlicher Weise unterhalb der Übergangsdurchbrüche 224,226,228 und 230 und der Auslaßkanäle 216, 218, 220 und 222 angeordnet Gemäß Fig.4 wird zwischen der Außenwand 236, der Innenwand 238 und den Dichtungsringen 234 und 240 eine Ringkammer 244 definiert. Wenn das Turbinengehäuse 47 sich bezüglich des Hauptrnotorblocks 44 dreht, wird eine kontinuierliche Verbindung erhalten zwischen den Auslaßkanälen 216,218,220 und

222 und den Übergangsdurchbrüchen 224, 226, 228 und 230, da die Ringkammer 244 als eine Zwischenkammer wirkt.

Zündkerzen 246, 248, 250 und 252 sind in dem Hauptmotorblock 44 angeordnet.

Gemäß Fig. 3 und 8 ist ein relativ großes Stirnzahnrad 254 (welches auch als ein Schwungrad angesehen v. erden kann) mit einer gelagerten Welle 256 fest verbunden und steht im Eingriff mit einem Ritzel 258 auf der Turbinenwelle 178. Ein kleineres Zahnrad 260 ist ebenfalls fest verbunden mit Welle 256.

Die Abtriebswelle 32, welche mit dem unteren Ende in der Abschlußplatte 37 und mit dem oberen Wellenende in dem Lagerträger 68' gelagert ist, trägt ein relativ kleines Stirnrad 262 und ein größeres Stirnrad 264, welch letzteres im Eingriff steht mit dem Abtriebszahnkranz 172. Eine Welle 266, welche in Fig. 3 teilweise hinter der Welle 32 gezeigt ist, ist gelagert in der unteren Absrhliißplatte .37 und trägt ein Stirnrad 268, welches mit dem Stirnrad 262 kämmt.

Betrieb der ersten Ausführungsform

Mittels einer nicht gezeigten Starteinrichtung werden das Zahnrad 254 und damit die Welle 178, sowie auch das Turbinengehäuse 47 gedreht und werden die Kolben 48 und 50 bewegt, bis die Kolben 48 und 50 selbständig ihre hin- und hergehenden Bewegungen in Gang halten.

Wenn die Kolben 48 und 50 sich nähern, wird Luft angesaugt in die Verbrennungskammer 46 durch die oberen Lufteinlaßöffnungen 14, 16, 18 und 20, sowie auch durch die unteren Lufteinlaßöffnungen 22, 24, 26 und 28. Die relativ kalte Luft füllt nicht nur den Raum zwischen Kolben 48 und oberem Dichtkopf 64 und dem Raum zwischen Kolben 50 und Dichtkopf 66, sondern auch die Luftzufuhrkanäle 106,108,110 und 112. Bei der folgenden Expandierung des sich zwischen den Kolben 48 und 50 befindenden Brennstoffgemisches wird die Luft zwischen Dichtkopf 64 und Kolben 48 und zwischen Dichtkopf 66 und Kolben 50 durch die Luftzufuhrkanäle 106, 108, UO und 112 und durch die Induktionsrohre 90 der Brennstoffeinbringungsvorrichtungen 82, 84, 86 und 88 gepreßt. Nicht gezeigte Rückschlagventile verhindern ein Rückströmen zur Außenluft.

Angemessener Brennstoff von Brennstoffreservoirs 96 wird in diesen Luftstrom eingebracht und das Gemisch in die Verbrennungskammer 46 gedruckt, wenn der Kolben 48 weit genug nach oben bewegt ist und die Einlaßdurchbriiche 114 bloßlegt Wenn der Kolben 48 beginnt, die Einlaßöffnungen 114 freizulegen, beginnt der Kolben 50 auch die Auslaßkanäle 216, 218, 220 und 222 freizulegen, so daß das eintretende Gemisch die Verbrennungskammer zwischen den Kolben 48 und 50 durchspült Nachdem die Kolben 48 und 50 ihren äußeren Totpunkt erreicht haben (vgl. F i g. 3), beginnen sie von neuem mit einer Gegenbewegung in einem Kompressionshub.

Wenn die Kolben 48 und 50 hin- und hergehen, drehen die Kegelzahnräder 142, 146, 164 und 166 das obere Tellerrad 168 und das untere Tellerrad 170 und damit das Turbinengehäuse 47, das über den Abtriebszahnkranz 172 die Abtriebswelle 32 dreht mit der auch die Turbinenwelle 178 gekoppelt ist.

Komprimierte Luft aus dem Kompressor 42 strömt durch die Durchgangsöffnungen 180,182,184 und 186 in die Kammer 190 ein, von wo aus diese Luft durch die öffnungen 194 und die Zufuhrverbindungeii 200 dann in die Kammer 196 gedrückt wird. Die Luft wird dort gemischt mit den Auspuffgasen. Es erfolgt so ein Minimum von Wärmeverlusten der Auspuffgase in dem Zwischenraum, welcher zwischen der Verbrennungskammer 46 und der Kammer 196 des Turbinengehäuses -, 47 vorgesehen ist. Wegen der sehr hohen Temperaturen und der Auspuffgase expandieren diese Gase weiter unl:er Zusatz von Frischluft, welche durch den Kompressor 42 in die Kammer 1% geliefert wird.
Bei Kolbenkraftmotoren erfolgt eine unkomplette

κι Verbrennung des Brennstoffes. Dementsprechend enthalten die sehr heißen Abgase noch unverbrannten Brennstoff, der in der Kammer 1% mit der Frischluft nachverbrennen kann. Ein Teil der aus Expansion und Nachverbrennung durch das Turbinenlaufrad 202

ii gewonnenen Kraft wird von dem Kompressor 42 verbraucht. Der Resl wird durch die Turbinenwelle 178 über den Getriebezug auf die Abtriebswelle 32 übertragen. Als Zusatzventile sind Ventilklappen 828, 830. 832 und 834 vorgesehen, welche im gegebenen Moment ein Rückströmen von Gasen oder Luft aus dem Turbinengehäuse 47 durch die Durchgangsöffnungen 18(1, 182, 184 und 186 in die Luftzufuhrvorrichtung 214 verhindern. Die Ventilklappen 828,830,832 und 834 sind so gelegen, daß sie selbsttätig nach unten fallen und die zugeordneten Durchlaßöffnur.gen 180,182,184 und 186 verschließen, wenn der Motor außer Betrieb ist. Wahrend des Anlassens des Motors kann es möglich sein, daß die Geschwindigkeit des Turbinenrades 202 nicht rasch genug hoch geht und daher es ermöglicht,

jo daß die Auspuffgase, die von den Kolben 48 und 50 unter Druck in den Turbinenraum gepreßt werden, weiter durch die öffnungen 180, 182,184 und 186 in die Luftzufuhrvorrichtung gedrückt werden. Da die Ventilklappen 828, 830, 832 und 834 zu Beginn immer

α geschlossen sind, so wird, wenn der Motor gestartet wird,das ganze von den Kolben abgegebene Auspuffgas din;kt nach oben in Richtung des Turbinenlaufrades 202 abströmen, so daß das Turbinenlaufrad sehr rasch auf hohe Touren kommt. Wenn das Turbinenlaufrad die votbestimmte Tourenzahl erreicht hat, erzeugt der Kompressor 42 genügend Überdruck, so daß die Ventilklappen 828, 830, 832 und 834 sich öffnen und in diesem Zustand verharren, solange der Motor läuft.

Beschreibung der zweiten Ausführungsform

Gemäß den F i g. 9 und 14 weist ein Hauptmotorblock 284H eine ringförmige Kammer 282 für einen Ringkolben 284 auf, welcher über Kolbenbolzen 286 und Pleuelstangen 288, 290 mit Kurbelwellen 292, 294 verbunden ist, die: parallel zueinander in bestimmtem Abstand angeordnet sind.

Der Motorblock 280 weist eine Außenwand 296 mit Ka:nälen 298 ähnlich den Kanälen 110 gemäß F i g. 3 auf. Eine rohrförmige Innenwand 300 des Motorblocks 280 besitzt eine eingeformte transversale Zwischenwand 302, weiche zwei getrennte Durchgänge 306 aufweist, um die Aufnahme der Luftzufuhrkanäle 310 und 312 zu bilden, und einen dritten Durchgang 314 mit einem geeigneten Ventilsitz 316 darin. Die oberen Enden der Luftzufuhrkanäle 310 und 312 stehen in Verbindung mit einer Lufteinsaug-Filtervorrichtung 313 (vgl. F i g. 9 und 12>

Das obere Ende des Motorblocks 280 ist abgeschlossen durch Teilstüöke eines Gehäuses 318 und einer Tutbinenbaugruppe 320, während das untere Ende des Motorengehäuses 280 durch ein Gehäuseteil 322 abgeschlossen ist Gemäß Fig.9 weist das untere Gehäuseteil 322 einen Zylinder 324 für einen scheiben-

artigen Kolben 326 mit einem geeigneten Kolbenring 328 auf. Über Kolbenbolzenlager 330 und 332 ist der Kolben vermittels Pleuelstangen 338, 340 mit Kurbeln 334 und 336 verbunden. Das obere Ende des Zylinders 32ΊΙ liegt am unteren Ende der rohrförmigen Wand 300 an, so daß ein Pumpraum 342 unterhalb des Kolbens 326 und ein Pumpraum 344 oberhalb des Kolbens 326 und unterhalb der Zwischenwand 302 gebildet sind.

Eine Lufteinsaugvorrichtung 346 mit Rückschlagventil dient zur Zufuhr von Außenluft in den Pumpraum 342 über Zufuhrkanäle 348. Eine Luftzufuhrvorrichtung 350 mit Rückschlagventil 352 stellt die Verbindung zwischen der Kammer 342 und dem unteren Ende der Ringkolbenkammer 282 her. Brennstoffzufuhrvorrichtungen 355 entsprechend den Einrichtungen 82, 84, 86 und 88 von den F i g. I und 3 sind mit den Kanälen 298 verbunden.

Ein Luftdurchlaßstück 352, dessen Hauptkörper 354 eine knnisrhe Gestalt nnH einen Durchlaß l^fi anfu/ei«;^ ist in der Mitte der Innenwand 300 in einer Weise eingesetzt, daß es mit einer transversal angeordneten scheibenartigen Wand 358 gemäß Fig. 9 an der Innenwand 300 unterhalb von radial angeordneten Auspuffschlitzen 360, 362, 364 und 366 in der Wand 300 des Motorblocks 280 anliegt.

Ein unterer Ansatz 368 an dem Turbinengehäuse 318 hat eine äußere kreisförmige Hache 370, welche genau in die Öffnung der Innenwand 300 paßt und neben öffnungen für die Luftzufuhrkanäle 310 und 312 eine Mehrzahl von radial angeordneten schlitzartigen Kanälen 372, 374, 376 und 378 aufweist (vgl. Fig. 10), welche zusammen mit der Oberseite der scheibenartigen Zwischenwand 358 Durchgänge bilden und somit eine Verbindung zwischen den Auspuffschlitzen 360, 362, 364 und 366 und einer sphärischen Kammer 380 herstellen. Das obere Ende des Hauptkörpers 354 ist mit einer Mehrzahl von aufwärts nach außen strebenden radialen Durchgängen 382 versehen, welche in die Kammer 380 ragen. Die Kammer 380 ist durch eine öffnung 383 mit einer Kammer 384 des Turbinenmotorgehäuses 318 stromauf mit einem Turbinenlaufrad 386 verbunden.

Das Turbinenrad 386 ist auf einer Turbinenwelle 388 befestigt, die an den Lagerstellen 390,392,394,3% und 398 gelagert ist und ein Abtriebszahnrad 400 an einem Ende aufweist. Ein Turbinenleitrad 402 ist vor dem Turbinenlaufrad 386 angeordnet.

Gemäß den Fig.9, 13 und 14 ist eine gesteuerte Ventilvorrichtung 404 innerhalb der Kammer 344 angeordnet. Sie besteht aus einem T-förmigen Träger 406, welcher an Supporten 408 und 410 an der Zwischenwand 302 scharniergelenkartig gelagert ist und erste und zweite Ventile 412 und 414 an seinen Armen 416 und 418 trägt Die Ventile sind so gesetzt, daß sie das untere Ende der Luftzufuhrkanäle 310 bzw. 312 schließen und somit die Luftzufuhr zwischen der Lufteinsaug-Filtervorrichtung 313 und der Kammer 344 unterbrechen. Ein drittes Ventil 420 auf dem Träger 406 ist so angebracht, daß es mit einem Ventilsitz 316 die Verbindung zwischen der Kammer 344 und dem Durchlaß 356 in gegebenen Zeitintervallen unterbricht. Ein Federlager 422 an der Zwischenwand 302 stützt eine Druckfeder 424 ab, die an einer Eingriffsfläche 426 des Trägers 406 angreift und diesen im Uhrzeigersinn gemäß den Fig.9 und 13 beaufschlagt Gemäß den Fig.9, 13 und 14 sind die Kurbelwellen 292 und 294 jeweils mit Hebenocken 428 bzw. 434 versehen, die über Nockenfolger 432 bzw. 434 den Ventilträger 406 im Gegenuhrzeigersinn verschwenken können.

Gemäß den Fig.9 und 10 sind an den einen Enden der Kurbelwellen 294 und 292 ausgewuchtete Schwungräder 436 und 438 angeordnet, während an den ■-, anderen Enden Abtriebszahnräder 440 und 442 angeordnet sind.

Gemäß den Fig.9 und 10, It und 12 kämmt das Zahnrad 442 mit einem Leerlaufzahnrad 444, welches wiederum mit einem relativ kleinen Zahnrad 446 au.' in einer Welle 448 kämmt, welche zusätzlich noch ein größeres Zahnrad 450 trägt. Das Zahnrad 450 kämmt mit einem Turbinenabtriebszahnrad 400 der Turbinenwelle 388.

Ein zweites größeres Zahnrad 452 auf der Kurbelwelii Ie 292 kämmt femäß den Fig. 10, 11 und 12 mit dem Zahnrad 440.

Wenn der Teil 454 der Kurbelwelle 292 als Motorabtriebswelle angesehen wird, dann kann man ergehen Haft pitjpntlirh 7u/pi IC raftiihprtracriinCTcoptriphp

in existieren: ein erstes Getriebe, bestehend aus Kurbelwellen 294, 292 und Zahnrädern 440, 452 zwischen Ringkolben 284 und Abtriebswelle 454 und ein /.weites Getriebe bestehend aus Treibrad 400, Zahnrad 450, Zahnrad 446, Leerlaufzahnrad 444 und Zahnrädern 442

2i und 452.

Betrieb der zweiten Ausführungsform

Wenn nach dem Start die Kurbelwellen 294 und 292 rotieren, bewegt sich der Kolben 284 in der Kolbenkammer 282 hin und her. Zu gleicher Zeit bewegt sich der Kolben 236 in dem Zylinder 234 hin und her.

Wenn der Kolben 326 sich aufwärts bewegt, wird Luft in den Pumpraum 342 durch den Zufuhrkanal 348 eingesaugt, und wenn der Kolben 326 sich abwärts bewegt, wird die in dem Pumpraum 342 befindliche Luft durch das Rückschlagventil 352 in das untere Ende der Kammer 282 des Ringkolbens 284 gepreßt. Jedesmal, wenn der Kolben 326 in der oberen Stellung ist und die Kolbenbewegung nach unten beginnt, befinden sich die

w Kurbelwellen 292 und 294 in einer Stellung derart, daß die Hebenocken 430 und 428 die Ventile 412 und 414 von den Luftzufuhrkanälen 310 und 312 abheben, während das Ventil 420 gegen den Vent-Isitz 316 gepreßt wird (vgl. Fig.9, 11 und 13). Wäinend der Kolben 326 seine Abwärtsbewegung durchführt, wird Luft in den Pumpraum 344 durch die Luftzufuhrkanäle 310 und 312 eingesaugt Wenn der Kolben 326 die untere Totpunktstellung erreicht, sind die Kurbelwellen 294 und 292 genügend weit gedreht so daß die Ventile

w 412 und 414 auf den Ventilsitz in den Luftzufuhrkanälen 310 und 312 aufsitzen, während das Ventil 420 dann vom Sitz 316 abgehoben wird und dadurch die Verbindung zwischen Pumpraum 344 und Durchlaß 356 öffnet (vgl. F i g. 9). Wenn der Kolben 326 seine Aufwärtsbewegung beginnt wird die Luft in dem Pumpraum 344 durch die Durchlässe 356,382 bis in die Kammer 380 gedrückt, wo sie sich mit den heißen Auspuffgasen vermischt, welche aus der Ringkolbenkammer 282 durch die Auslaßschlitze 360, 362, 364 und 366 und die Kanäle 372, 374, 376 und 378 überströmen.

Der Kolben 326 ist doppeltwirkend, da er einerseits Luft von der Unterseite des Kolbens her in die Ringkolbenkammer 282 und andererseits Luft in die sphärische Kammer 380 einpreßt

Die Bewegung der Kurbelwellen 294, 292 des als Luftpumpe wirkenden Kolbens 326 und des als Kraftkolben wirkenden Ringkolbens 284 ist so gewählt, daß der Pumpenkolben 326 Luft in den unteren Raum

282 des Ringkolbens liefert, während die Kurbelwellen 292, 294 den Kraftkolben 282 aufwärts bewegen (Kompressionshub), und daß der Pumpenkolben Luft durch die Durchlässe 356 und 382 in den Raum 380 liefert, während der Kraftkolben 284 sich in seiner Abwärtsbewegung befindet

Wenn der Ringkolben 284 von seinem unteren Totpunkt seine Aufwärtsbewegung beginnt (vgl. F i g. 9), werden die Auslaßschlitze 360, 362, 364 und 366 und auch die Kanäle 298 durch den Ringkolben 284 verschlossen und die brennbare Mischung in der Kammer 282 über dem Kolben 284 wird einer Verdichtung unterworfen und durch Zündkerzen 246 gezündet

Die expandierenden Gase drücken den Ringkolben nach unten. Wenn der Kolben 284 sich weiter nach unten bewegt wird die Luft welche an dem Ende der Kolbenkammer 282 eingeführt wurde, durch den Ringkolben 284 nach oben durch Kanäle 298 in das obere Ende der Kolbenkammer 282 gepreßt Während die Luft auf diese Weise weiter gepumpt wird, wird eine bestimirite Menge Brennstoff durch die Brennstoffzufuhreinrichtung 355 diesem Luftstrom zugeführt (vgl. auch Fig. 1— 8;86).

Wenn der Kolben 284 sich nach unten bewegt hat werden die Auspuffschlitze 360, 362, 364 und 366 freigelegt und die sehr heißen Auspuffgase strömen durch die Kanäle 372,374,376 und 378 in die Kammer 180 über. Wenn dann der Kraftkolben 284 seinen unteren Totpunkt erreicht hat wiederholt sich der oben beschriebene Vorgang.

Beschreibung einer dritten Ausführungsform

Die Fig. 15, 16, 17 und 18 zeigen als dritte Ausführungsform eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß den F i g. 9—14. Vergleichbare Bauelemente sind mit gleichen Bezugszahlen belegt

Gemäß Fig. 15 ist ein Turbinengehäuse 460 als gesondertes Bauteil von einem Abdeckteil 462 mit Ansatz 464 lösbar, welcher Ansatz ähnlich dem Ansatz 368 von F i g. 9 ausgeführt ist Der Ansatz begrenzt eine ringförmige Kammer 466, welche an ihrem oberen Ende über Überleitdurchbruche 468 direkt mit der Druckkammer 470 eines Kompressors 472 in Verbindung steht dessen Laufrad mit der Turbinenwelle 388 fest verbunden ist An dem unteren Ende ist sie durch Leitkanäle 476,478,480 und 482 mit einer Kammer 474 in dem Ansatz 464 verbunden, wobei diese Leitkanäle ausgerichtet sind auf Durchgangsöffnungen 484, 486, 488 und 490 der Wand 358. Diese Leitkanäle 476, 478, 480 und 482 entsprechen den öffnungen 309 und 311 von F i g. 10, die die Luftzufuhr Ober die Luftzufuhrkanäle 310 und 312 gewährleisten. Gemäß Fig. 15 ist die Luftzufuhrvorrichtung 352 getragen von einer ringförmigen Auflage in der Gehausewand 492, welche einen Querwandabschnitt 494 mit öffnungen 496 aufweist. Mehrere Luftdurchgänge bestehend aus Leitkanälen 498 und dazugehörigen Rückschlagventilen 500 sind so angebracht, daß aus der Kammer 474 in die untere Kolbenkammer 282 Luft strömt aber nicht aus der Kammer 282 in die Kammer 474 zurückströmen kann. Das untere Ende der Kolbenkammer 282 und das untere Ende der mittigen Kammer 474 sind durch eine Platte 502 erschlossen.

In den Fig. 15, 17 und 18 ist ein Wärmetauscher 504 bestehend aus mit einer Welle 508 drehendem Austauschkörper 506 dargestellt Eine Riemenscheibe 510 auf der Welle 508 ist über einen Keilriemen 512 kraftschlüssig mit einer Riemenscheibe 514 auf der Kurbelwelle 292 verbunden. Im Gehäuse 516 des Wärmeaustauschers sind eine Einlaßöffnung 518 und eine Auslaßöffnung 520 vorgesehen. Wie am besten in den F i g. 17 und 18 zu sehen ist besitzt das Gehäuse 516 einen Durchgang 522, welcher von dem Einlaßraum zu zwei Durchströmkanälen 524 und 526 führt Diese sind über eine mittig gelegene Kammer 528 mit der Saugseite des Kompressors 472 verbunden.

ίο Die Pfeile 530 in F i g. 15 zeigen den Weg der heißen Turbinenabgase durch den Austauschkörper 506 auf ihrem Wege zur Außenluft und die Pfeile 532 in F i g. 18 zeigen den Durchstrom der kalten Luft durch den Austauschkörper 506 und die Weiterleitung dieser

is erwärmten Luft durch den Durchgang 522 zu einem der Durchströmkanäle (z. B. 524).

Arbeitsweise der dritten Ausführungsform Wie bei der Ausführungsform gemäß den F i g. 9—14

übt der Ringkolben 284 eine hin- und hergehende

Bewegung aus und pumpt der Kolben 284 Luft aus dem

unteren Ende der Kammer 282 durch die Kanäle 298 in das obere Ende der Kolbenkammer 282.

Nachdem der Motor gestartet ist, wird Luft durch die

Einlaßöffnung 518 eingesaugt und über den Überleitdurchbruch 468 erwärmt und komprimiert in die ringförmige Kammer 466 geführt, von wo sie dann nach unten durch die Leitkanäle 476, 478, 480 und 482, die Durchgangsöffnungen 484, 486, 488 und 490 und die

öffnungen 4% in die Kammer 474 gelangt

Die Luft aus der Kammer 474 strömt dann in mehreren Richtungen nach oben zuerst durch die Durchlässe 356 und dann durch die Durchgänge 382 in die Brennkammer 380. Ein anderer Weg führt von der Kammer 474 über die Rückschlagventile 500 und Leitkanäle 498 in das untere Ende der ringförmigen Kolbenkammer 282. Ein Rückströmen der Luft aus dem unteren Teil der Kolbenkammer 282 in die Kammer 474 während der Arbeitsbewegung der Kolbenteile 284 wird durch die Rückschlagventile 500 verhindert

Beschreibung der vierten Ausführungsform

Gemäß Fig. 19 hat ein Motorblock 5i>v eine ringförmige Gestalt, um ein Turbinengehäuse 552

*j aufzunehmen, und besitzt eine ringförmige Kammer 554 für die Aufnahme zweier ringförmiger Kolben 556 und 558. Die Ringkolben 556 und 558 sind innen und außen mit ringartigen Dichtungen versehen (vgl. Dichtungen 52,54,58und60in Fig.3).

■so Die gegenüberliegenden Enden des Motorblocks 550 sind durch Deckteile 560 bzw. 562 abgeschlossen. Obere und untere Traglager 564 sind an dem Motorblock 550 befestigt.

Das Turbinengehäuse 552 weist in geeigneter Weise

5.*' befestigte oder angeformte Lager 570 und 572 an den beiden Enden auf, die mit den Lagerträgern 564 dazwischen eingebrachte konische Rollenlager 574 bzw. 576 halten.

Eine zweite ringförmige Kammer 578 ist in dem

Motorblock 550 ausgebildet um einen ringförmigen Kolben 580 einer Luftpumpe gleitend aufzunehmen.

Der Kolben 556 weist Kolbenbolzen 582 auf (zwei davon sind dargestellt), die entsprechend mit Pleuelstangen 584 und 586 verbunden sind. Die oberen Enden der Pleuelstangen sind befestigt an Kurbelarmen 588 und 590 und diese mit Wellen 592 und 594 verbunden, welche wiederum mit Kegelrädern 5% bzw. 598 verbunden sind.

Der untere Kraftkolben 558 weist Kolbenbolzen 600 (zwei davon sind dargestellt) auf, welche über Pleuelstangen 602 und 604 mit Kurbelarmen 606 und 608 und so mit Kurbelwellen 610 und 612 versehen mit Kegelrädern 614 und 616 verbunden sind.

Obwohl nur zwei Kolbenbolzen, Pleuelstangen und Kurbelwellen für jeden der Kraftkolben 556 und 558 gezeigt sind, wird darauf hingewiesen, daß eine größere Anzahl solcher Kraftübertragungselemente zur besseren Verteilung der Druckkräfte beim Arbeitshub führt (vgl. erste Ausführungsform).

Die oberen Kegelräder 596 und 598 kämmen mit einem Tellerrad 618, welches direkt als Zahnrad auf dem Traglager 570 ausgebildet ist, während die unteren Kegelräder 614 und 616 mit einem Tellerrad 620, befestigt an dem Turbinengehäuse 552, kämmen. Die hin- und hergehende Bewegung der Kraftkolben 556 und 558 führt zu einer Drehung des Turbinengehäuses 552 und eines Stirnrades 622 am unteren Ende des Turbinengehäuses 552.

Das Turbinengehäuse 552 ist mit einem mehr oder weniger in der Mitte Gehäuses angeordneten Zwischenlager 624 für eine Turbinenwelle 626 versehen, sowie einem zweiten Turbinenwellenlager 628, welches auf dem oberen Teil 630 des Turbinengehäuses 552 aufgeschraubt ist. Dieses Lager 628 kann unter Ausbildung von Verbindungsrippen 632 einstückig mit dem Lager 570 ausgebildet sein. Die Verbindungsrippen 632 wirken als Leitrad für ein auf der Turbinenwelle 626 angeordnetes Turbinenlaufrad 634.

Eine innere ringförmige Wand 636 des Motorblocks 560 weist einen konisch sich verengenden Teil 638 auf, welcher mit dem oberen Ende in einen ringförmigen Kragen 640 des Lagers 570 hineinragt. Der Hauptteil des oberen Endes des konischen Teils 638 begrenzt eine Kammer 642, in der ein Teil des Turbinengehäuses 552 eingreift. Durchgänge 644 sind in der Wand 646 des Turbinengehäuses 552 vorgesehen, so daß eine Verbindung zwischen dem Innenraum 650 des Turbinengehäuses 552 und der Kammer 642 gegeben ist. Der konische Teil 638 ist außerdem versehen mit einer Mehrzahl von Leitkanälen, zwei davon sind dargestellt bei 646, 648, wobei ihr Einlaß 650' die Verbindung mit der Kolbenkammer 554 gewährleistet, während ihr Auslaß 652 die Verbindung mit der Kammer 642 herstellt.

Ähnlich wie bei Kraftkolben 556 und 558 ist der Luftpumpenkofben 580 über Kolbenbolzen 654, Pleuelstangen 656 und 658, Kurbelarmen 660 und 662 mit den Kurbelwellen 610 und 612 verbunden. Das obere Ende der Luftpumpenkolbenkammer 578 ist so gelegen, daß eine kommunizierende Verbindung mit dem in der Mitte liegenden Abschnitt der Kolbenkammer 554 über Verbindungsschlitze 664 in einer ringförmigen Zwischenwand 666 möglich ist.

Das untere Ende der Luftpumpenkammer 578 steht mit der Außenluft über Lufteinlaßvorrichtungen 668 in Verbindung. Der zugeordnete Verteilerkanal 670 läuft links in Fig. 19 in einem rundlichen Abschnitt 672 aus, der mit dem Ende der Kammer 650 des Turbinengehäuses 552 in Verbindung steht. Das andere Ende des Verteilerkanals 670 ist mit einem Lufteinlaß 674 mit Filtereinrichtung 676 verbunden, dem ein Rückschlagventil 678 zugeordnet ist. Dem unteren Ende der Kraftkolbenkammer 554 und der Luftkolbenkammer 578 sind Zweigkanäle 680 und 682 zugeordnet, welche wiederum mit eigenen Rückschlagventilen 684 und 686 versehen sind. Wenn das Rückschlagventil 684 öffnet, schließt sich das Rückschlagventil 686 automatisch.

Der untere Teil der Kraftkolbenkammer 554 steht ebenfalls in Verbindung mit der Außenluft über Lufteinlaßvorrichtungen 688 mit Filter 690 und mit Rückschlagventil 694.

Eine oder mehrere geeignete Brennstoffzufuhreinrichtungen 696 mit Drosselklappe 698 und Induktionsrohr 700 fördern ein Brennstoff-Luftgemisch in das obere Ende des Luftpumpenzylinders 578, wobei ein Rückschlagventil 702 zwischengeschaltet ist

ίο Ein Getriebegehäuse bestehend aus einer unteren Abschlußplatte 562, einer Seitenwand 704 und einer Bodenbefestigungsplatte 706 ist vorgesehen.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 19 ist ein erster Getriebezug definiert durch: Turbinengehäusestirnrad 622, Zahnrad 714, Welle 710, Abtriebswelle 726 und ein zweiter Getriebezug definiert durch: Zahnrad 724 der Turbinenwelle 626, großes Zahnrad 722 mit Welle 712, Zahnrad 720, Zahnrad 716, Zahnrad 718 aui Welle 708, Abtriebswelle 726.

Arbeitsweise der vierten Ausführungsform

Die Funktion der Kraftkolben 556 und 558 ist dieselbe wie die der F i g. 3. Wenn der untere Kraftkolben 558 sich nach oben bewegt, wird Luf? eingesaugt in die untere Kolbenkammer 554 durch die Lufteinlaßvorrichtungen 688; dabei ist das Rückschlagventil 684 geschlossen, welches den Durchfluß durch die Zweigkanäle 680 verhindert. Wenn der untere Kraftkolben 558 sich nach unten bewegt, wird die Luft aus der Kolbenkammer 554 durch den Zweigkanal 680 bei geschlossenem Rückschlagventil 694 und offenem Rückschlagventil 684 in den Verteilerkanal 670 und damit in das Innere des Turbinengehäuses 650 gedrückt. Das obere Ende der Kolbenkammer 554 oberhalb des Kraftkolbens 556 wird über eine Lüftungseinrichtung 728 entlüftet.

Die den Kurbe^! eilen 610 und 612 des Kraftkolbens 580 zugeordneten Kurbelarme 660 und 662 sind so angeordnet, daß der äußere Luftkolben 580 sich im oberen Totpunkt befindet, wenn der untere Kraftkolben 558 sich im unteren Totpunkt befindet Daher wird, wenn der Luftpumpenkolben 580 sich abwärts bewegt, ein brennbares Gasgemisch von Brennstoff und Luft eingesaugt durch Induktionsrohre 700 in die Luftkolben kammer 578 oberhalb des Kolbens 580. Das Brennstoff- Luftgemisch strömt aber nicht durch die Schlitze 664 weiter, weil der Kraftkolben 558 sich nach oben zu bewegen beginnt und dabei die Schlitze 664 verschließt. Die Luft in der Kammer 578 unterhalb des Luftkolbens

so 580 wird durch den Zweigkanal 6&2 und über den Verteilerkanal 670 weiter in die Kammer 650 des Tuibinengehäuses gepreßt; während dieser Zeit ist das Rückschlagventil 686 geöffnet, während das Rückschlagventil 684 geschlossen ist.

Nachdem der Kolben 580 seinen unteren Totpunkt erreicht hat, schließt das Rückschlagventil 686 und das Rückschlagventil 684 öffnet sich. Das Brennstoff-Luftgemisch in der Kammer 578 wird dann komprimiert, bis der Kraftkolben 558 die Verbindungsschlitze 664

M) freigelegt und der Luflpumpenkolben 580 das Brennstoff-Luftgemisch durch die Verbindungsschltitze 664 in die Kammer 554 zwischen dem oberen und unteren Kraftkolben 556 und 558 pumpen kann. Wenn der obere Kolben 556 seine Abwärtsbewegung

*5 beginnt und der untere Kolben 558 seine Aufwärtsbewegung, wird die Brennstoff-Luftmischung komprimiert und mittels einer oder mehrerer Zündkerzen 296 gezündet.

Bei der Verbrennung dichtet der obere Kraftkolben SS6 alle Einlasse 650' der Leitkanäle 648, 646 ab. Bei Freigabe der Einlasse 650' strömen die extrem heiBen Auspuffgase aus dem Raum zwischen den Kolben 556 und 558 mit größter Geschwindigkeit direkt durch die Leitkanäle 646, 648 und weiter durch die ringförmige Kammer 642 gegen das Turbinenlaufrad 634.

Gleichzeitig wird eine konstante Zufuhr von Zusatzluft in die Kammer 650 des Turbinengehäuses 552 bewerkstelligt, wobei diese Zusatzluft von der Kammer 650 über Verbindungsschlitze 644 in die Turbinenkammer 642 gepreßt wird.

Wenn die Einlasse 650' bloßgelegt werden, befindet sich der Luftpumpenkolben 580 an seinem oberen Totpunkt und verursacht damit eine Durchspülung der Brennkammer 554 zwischen den Kolben 556 und 558, wodurch die Auspuffgase schneller und gründlicher aus der Brennkammer 554 entfernt werden.

Die Außenfläche des Turbinengehäuses ist durch Dichtungen 732,732 und 734 abgedichtet.

Beschreibung der fünften Ausführungsform

Alle Bauelemente der Fig.20, 21 und 22, welche gleich oder ähnlich sind mit denen in den vorhergehenden Figuren, werden gekennzeichnet durch dieselben Bezugszahlen unter Zusatz des Kleinbuchstabens »a«.

Die Kraftkolben 556a und 558a sind funktionell ähnlich denen der Kolben 556 und 558 von Fi g. 19 mit Ausnahme, daß der Kolben 55Sa verbunden ist mit einem eigenen oberhalb vorgesehenen Paar von durchgehenden Kurbelwellen 750 und 752, während der Kolben 558a verbunden ist mit einem zweiten Paar von durchgehenden Kurbelwellen 7j4 und 756, weiche unterhalb des Kolbens vorgesehen und gelagert sind.

Der mittlere Teil des Motors a* ein zylindrischer Abschnitt 758 und kann z. B. ein Turbinengehäuse 552 von Fig. 19beinhalten.

Die Fig.20, 21 und 22 zeigen, daß in beiden bisher beschriebenen Ausführungsformen durchgehende Kurbelwellen sogar in Parallelanordnung zur besseren Druckverteilung erfolgreich verwendet werden können. Auch in der Ausführungsform von F i g. 9 sind solche durchgehenden Kurbelwellentypen vorgeschlagen. Die von den Kolben 556a und 558a erzeugte Kraft wird auf eine Abtriebswelle 760 über einen Getriebezug bestehend aus Zahnrädern 762, 764, 766, 768, 770, 772, 774 und 776, wobei die Zahnräder 762 und 764 mit den Enden der Kurbelwellen 750 bzw. 752 und die Zahnräder 770 und 776 mit den Enden der Kurbelwellen 754 und 756 fest verbunden sind, während die Zahnräder 766 und 768 ein Zwischengetriebe von Zahnrad 762 zu 770 darstellen und die Zahnräder 772 und 774 ein Zwischengetriebe für die Kraftübertragung des Zahnrades 764 und Zahnrad 776 bilden.

Beschreibung der sechsten Ausführungsform

Gemäß F i g. 23 sind zwei Motoren der Bauart gemäß Fig. 15 in gegenüberliegender Weise angeordnet. In Fig.23 worden alle Bauelemente der Ausführungsformen der Fig.9 und 15 mit gleichen Bezugszahlen be7.eichnet, jedoch durch einen Zusatz von Kleinbuchstaben «a«odcr »few, soweit nötig.

Gemäß Fig. 23 sind zwei Teilmotoren 800 und 802 gemäß Fig. 15 vorhanden, wobei aber gemeinsame Kurbelwellen 292a und 294a vorgesehen sind, welche in einem Getriebekasten 804 enden. Bei der gezeigten Anordnung sind Lufteinlaßvorrichtungen 806 und 808 auf die Teilmotoren 800 und 802 montiert. Es kann ein Flüssigkeitskühler 801 angeordnet werden, welcher in funktioneller Verbindung steht mit den geeigneten Kühigängen 803 innerhalb des Motorengehäuses.

Allgemeines zu den Ausführungsforme:"¹.

ίο Die F i g. 24 zeigt einige der Kegelräder 164, 165 und 166 von Fig. 1 mit einem großen Ringkegelrad 167, welches in seiner Funktion identisch ist mit dem Abtriebszahnkranz 170 von Fig. 1. Die Pleuelstangen, von welchen nur 152,15J und 154 sichtbar sind, sind mit .lern Kraftkolben 50 und Kurbelwellen 160, 161 und 162 einschließlich der Kegelräder 164, 165 und 166 verbunden.

Die innere Wand des Kolbens 50 waist eine kragenartige Verlängerung 810 mit einer Mehrzahl von länglichen Schlitzen 812 auf. Schlitze 812 nehmen gleitend Keile 8!4 am Zyür.dergehäuse auf (siehe F i g. 25). Eine solche Anordnung ist offensichtlich von Vorteil bei den Ausführungsformen von den F i g. 3 und

19, wo versetzte Kurbelwellenanordnungen in Anwendung gebracht werden zum Unterschied mit den durchgehenden Kurbelwellen gemäß den F i g. 9,16 und

20. Wenn der oder die Kraftkolben bei den Ausführungsformen gemäß Fig.3 und 19 einem Krafthub unterworfen werden, neigen sie dazu, sich gleichzeitig um ihre Mittelachse zu drehen. Die Schlitze 812 und Keile 814 wirken dem entgegen. Sie können auch am Luftpumpenkolben gemäß F i g. 19 genutzt werden.

Die F i g. 25 und 26 zeigen eine verbesserte Form des Kraftkolbens 816, dessen Kopfoberfläche mit einer Mehrzahl von in radialer Richtung geneigten und beabstandeten Winkelflächen 818 in ringförmiger Anordnung und mit einer zweiten entsprechenden Anzahl von entgegengesetzt geneigten Winkelflächen 820 ausgerüstet ist, die jeweils zwischen zwei Winkelflä-

■»o chen 818. angeordnet sind.

Wie am besten ersichtlich in Fig.25 ist der Hauptanteil jeder der Flächen 820 so geneigt, daß der Höchstpunkt radial mit dem Innenrand des Kolbens 816 zusammentrifft, während der Hauptanteil jeder der Flächen 818 in der entgegengesetzten Richtung geneigt ist.

Gemäß F i g. 26 liegen die Flächen 820 genau gegenüber Einlaßöffnungen 822, die in Verbindung stehen mit Induktionspassagen 824 für die Brennstoffzufuhr, während die Flächen 818 direkt ausgerichtet sind auf Auslaßöffnungen, gleich ob diese ventilgesteuert (826) sind oder Auslaßschlitzöffnungen sind, wie z. B. jene bei 364 von Fig. 9.

Wenn der Kolben 816 nach unten geht und die Einlaßöffnungen 822 der Induktionspassagen 824 freilegt, wird die eintretende Luft (oder Luft-Brennstoff-Mischung) durch den Aufprall auf die schräge Kolbenfläche 820 nach oben gelenkt und wirbelt durch die Kolbenkammer (wie generell dargestellt durch die schrägen Pfeile), so daß die Brennstoffmischung eine intensivere Mischung erfährt und gleichzeitig bewirkt, daß die zurückgebliebenen Verbrennungsreste des vorhergehenden Prozesses als Auspuffgase sehr gründlich aus der Brennkammer entfernt werden.

Hierzu 13 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Brennkraftmaschinenanordnung mit einer Brennkraftmaschine einschließlich mindestens eines in einem mit mindestens einer Einlaßöffnung für Brennstoff und Luft und mindestens einer Auslaßöffnung für die Abgase versehenem Zylinder hin- und hergehenden Kolbens, der über einen mindestens eine an ihm angelenkte Kolbenstange und eine mit dieser verbundenen Kurbeiwelle enthaltenden Getriebezug zur Umwandlung der Kolbenbewegung in eine Drehbewegung mit einer Abtriebswelle verbunden ist, und mit einer Nachbrenneinrichtung, deren Nachbrennkammer eingangsseitig mit der Auslaßöffnung des Zylinders und mit dem Auslaß eines Frischluftverdichters und ausgangsseitig mit der Außenluft in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet,

daß der Zylinder ein Ringzylinder mit einer Innenwand (56/300/636) und einer dazu konzentrisehen Außenwand (62/296) ist und der Kolben (48; 50/284/556; 558/556a; 558a/284a; 2840/SlÜ) ein Ringkolben ist, der über jeweils mindestens zwei Kolbenstangen (118, 120; 152, 154/288/584, 586/288aJ mit mindestens zwei Kurbelwellen (134, 138; 160, 162/292, 294/592, 594; 610, 612/750, 752; 754, 756/292a, 294a; verbunden ist, die mit der Abtriebswelle (32/454/726) gekuppelt sind, daß in der Außenwand um den Umfang herum verteilte Einlaßöffnungen für das Brennstoff-Luft-Gemisch (114/298/664/298,298a, 29»b) vorgesehen sind, daß die N'achbrennkammer (196/380/642/646a; 648a,) der Nachbrenneinrichtung mindestens einen Teil des von der Innenwandung des Ringzylinders umschlossenen Innenreum abnimmt und mit dem J5 Zylinderarbeitsraum (46/282/554/554a/282a; der Brennkraftmaschine über mehrere in der Innenwand des Ringzylinders ausgebildete und radial ausgerichtete, um den Umfang verteilte kurze Auslaßkanäle (216, 220/360, 364/650/650a/360a, 364a; in Verbindung steht

und daß für den Einlaß der von dem Frischluftverdichter (42/328/472/580/580a/472a; verdichteten Frischluft in die Nachbrennkammer diese über mehrere in dem Innenraum angeordnete, sich zur Nachbrennkammer hin öffnende Einlaßkanäle (194, 200/382/644/382a; mit dem Verdichterauslaß (180, 184/356/365a/680-684/682-686) in Verbindung steht.

2. Brennkraftmaschinenanordnung nach An- v> spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Nachbrennkammer (196/380/642/646a; 648a; und Außenluft ein von den nachverbrannten Gasen beaufschlagbares und in einem Turbinengehäuse (47/318/552/640/460/460a; mittels einer mit der « Abtriebswelle (32/454/726) gekuppelten Turbinenwelle (178/388/626/388a; 3886; drehbar gelagertes Turbinenlaufrad (202/386/634/386a; 386/Jangeordnet ist und daß Turbinengehäuse die Nachbrennkammer (196/642) wenigstens teilweise begrenzt.

3. Brennkraftmaschinenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (284/556a; 580a/284a; 2846; mit mindestens zwei sich parallel zueinander erstreckenden Kurbelwellen (292, 294/750, 752; 754, 756/292a, c5 294a; verbunden ist, die sich jeweils mit mindestens einem ihrer Enden durch die Außenwand (296) des Ring/.vlindcrs erstrecken, welches Ende mit der

Abtriebswelle gekuppelt ist.

4. Brennkraftmaschinenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbrennkammer (i96/642) zumindest teilweise von einem drehbar im Innenraum des Ringzylinders gelagerten rohrartigen Einsatz (47/552) begrenzt ist, in dessen Wandung mit dem mittigen Rohrhohlraum (190/650) des Einsatzes in Verbindung stehende Frischluftkanäle (194, 200/644) ausgebildet sind, wobei dem einen Ende des rohrartigen Einsatzes Frischluft zugeführt wird, daß der Ringkolben (48; 50/556; 558) mittels an der Zylinderwandung angeordneter Gleitführungen (812, 814) drehfest geführt ist und mit mindestens zwei von sich radial erstreckenden Kurbelwellen (134,138; 160,162/592, 594; 610, 612) verbunden ist, die zumindest die Innenwand durchsetzen und auf ihren in den Innenraum vorragenden Enden Kegelräder (142, 146; 164, 166/596, 598; 614, 616) tragen, die jeweils mit einem an dem rohrartigen Einsatz ausgebildeten und zur Achse des Ringzylinders konzentrischem Tellerrad (168; 17Ö/618,620) kämmen, und daß der Einsatz an einem aus dem Innenraum vorragenden Ende mit der Abtriebswelle (32/726) gekuppelt ist

5. Brennkraftmaschinenanordnung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbinenwelle (178/388/626/388^; 3886; den Hohlraum des Einsatzes (47/552) durchsetzt und in dem Einsatz gelagert ist und daß das Turbinenlaufrad (202/634) an einem Ende des Einsatzes angeordnet ist und das andere Ende des Einsatzes mit der Abtriebswelle gekuppelt ist

6. Brennkraftmaschinenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Frischluftverdichter in an sich bekannter Weise als Kreiselverdichter ausgebildet ist und das Verdichterlaufrad (42/472/472a; 4726; auf der Turbinenwelle (178/388/388a;388tyangeordnet ist.

7. Brennkraftmaschinenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Frischluftverdichter in an sich bekannter Weise als Kolbenverdichter ausgebildet ist und der Verdichterkolben (328/580; 580a; mit mindestens zwei Kurbelwellen (292, 294/610/612/754, 750) des Getriebezuges für die Umsetzung der Bewegung des Kolbens der Brennkraftmaschine in eine Drehbewegung verbunden ist, derart, daß der Verdichterkolben konzentrisch zum Ringzylinder auf und ab bewegbar ist.

8. Brennkraftmaschinenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichterkolben ein Kreisflächenkolben (328) ist.

9. Brennkraftmaschinenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichterkolben ein Ringkolben (580; 580a; ist, der die Bewegungsbahn des Ringkolbens (558/558a; der Brennkraftmaschine von außen umgreift.

10. Brennkraftmaschinenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zylinderarbeitsraum (4ii/282/554/554a/282a; der Brennkraftmaschine zwei gegenläufig zueinander arbeitende Ringkolben (48, 50/556, 558/556a, 558a/284a, 284i;angeordnet sind.

11. Brennkraftmaschinenanordnung nach einem der Ansprüche I bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Arbeitsfläche eines jeden Ringkolbens (810) Schrägflächen in gleichmäßiger Verteilung in Umfangsrichtung vorgesehen sind und daß nach

außen geneigte Schrägflächen (820) den Einlaßöffnungen (822) und nach innen geneigte Schrägflächen (818) den Eintrittsöffnungen der Auslaßkanäle (826/364) zugeordnet sind.

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschinenanordnung mit einer Brennkraftmaschine einschließlich mindestens eines in einem mit mindestens einer Einlaßöffnung für Brennstoff und Luft und mindestens einer Auslaßöffnung für die Abgase versehenem Zylinder hin- und hergehenden Kolbens, der über einen mindestens eine an ihm angelenkte Kolbenstange und eine mit dieser verbundenen Kurbelwelle enthaltenden Getriebezug zur Umwandlung der Kolbenbewegung in eine Drehbewegung und mit einer Abtriebswelle verbunden ist, und mit einer Nachbrenneinrichtung, deren Nachbrennkammer eingangsseitig mit der Auslaßöffnung des Zylinders und mit dem Auslaß eines Fnschluftverdichters und ausgängsseitig mit der Außenluft in Verbindung steht

Eine solche Brennkraftmaschinenanordnung ist aus der US-PS 35 53 961 bekannt Als Brennkraftmaschine ist ein Vierzylindermotor üblicher Bauart eingesetzt. Bei derartigen Zylinder-Kolben-Konfigurationen tritt ein hoher Wärmeverlust durch die Zylinderwandung hindurch auf. Die Auspuffgase aus den Zylindern werden über eine Sammelleitung und zusammen mit verdichteter Frischluft und zusätzlichem Brennstoff einer Nachbrenneinrichtung in Form einer Gasturbine zugeführt, deren Auslaß mit einem katalytischen Abgasreiniger verbunden ist Die Gasturbine ist konstruktiv von der Brennkraftmaschine getrennt und die Zufuhr von zusätzlichem Brennstoff ist unbedingt erforderlich. Weiterhin ist in die Sammelleitung ein Kompressor eingeschaltet Die Gasturbine treibt Zusatzverbraucher wie Klimaanlage, Lenkhilfe oder dergleichen. Beim Verlangsamen oder Bremsen des Fahrzeugs, in dem die Brennkraftmaschinenanordnung eingebaut ist, wird die Gasturbine umgangen und die Auspuffgase werden direkt auf den katalytischen Abgasreiniger geführt.

Aus der US-PS 15 76 837 ist eine Brennkraftmaschinenanordnung bekannt, bei der der Zylinder und der Kolben ringartig ausgebildet sind, jedoch ist der Innenraum des ringartigen Zylinders von der Kolbenstangen-Kurbelwellen-Anordnung eingenommen, die die mechanische Verbindung zwischen Ringkolben und Antriebswelle herstellt. Der Auslaß für die Abgase ist zusammen mit dem Einlaß für das Luft-Kraftstoffgemisch in der Außenwand des Ringzylinders ausgebildet.

Weiterhin ist aus der DE-AS 10 55 297 ein Freikolben-Strahltriebv.'erk mit Düsenkolben-Verdichter bekannt, bei dem die gegenläufig arbeitenden Freikolben aufnehmenden Zylinder trommelartig um den Düsenkolben-Verdichter herum angeordnet sind. Die Abgase der Freikolbenmotoren werden über lange Ringrohrleitungen einer Abgasturbine zugeleitet. Da die Düsenkolbcn ebenfalls nur eine hin- und hergehende Bewegung ausführen, sind keine Mittel zum Übersetzen ihrer hin- und hergehenden Bewegung in eine Drehbewegung erforderlich.

Bei der aus der US-PS 22 76 772 bekannten Brennkraftmascnir.enanordnung sind auf einer auf der Abtriebswelle angeordneten Scheibe mehrere Kolben-Zylinder-Baugruppen parallel zur Scheibenachse angeordnet. Bei Drehung der Scheibe kommen die jeweils am Boden des Zylinders vorgesehenen öffnungen mit Einlaß- bzw. Auslaßöffnungen in Überdeckung. Bei Überdeckung mit einer Einlaßöffnung wird Brennstoff ι in die Zylinder eingeführt, bei Überdeckung mit einer Auslaßöffnung werden die Abgase in den Arbeitsraum eines neben der Scheibe konzentrisch zur Scheibenachse und auf der Abtriebsw-elle befestigten Turbinenlaufrades ausgestoßen. Das von dem Boden des Zylinders

ίο abgewandte Ende des Kolbens wird auf einer neben der Scheibe angeordneten Wellenbahn zwangsgeführt Mechanisch ist die auf der Abtriebswelle angeordnete Scheibe mit der Abtriebswelle über ein Getriebe verbunden, so daß die Scheibe mit einer von der

ίο Drehzahl des Turbinenlaufrades abweichenden Drehzahl arbeiten kann. Die Bewegung der Kolben wird nicht auf die Abtriebswelle übertragen.

Schließlich ist aus der FR-PS 5 6G241 noch eine Turbine mit Kolbenkompressor bekannt, bei der vier um die Turbinenwelle herum parallel zueinander angeordnete Kolben-Zylinder-Anordnungen vorgesehen sind, deren Kompressorkolben mit der TurbinenweUe über Kegelräder verbunden sind. Die Böden der Kolbenzylinder sind neben dem Arbeitsraum des Turbinenlaufrades derart angeordnet, daß die jeweils vom Kolben komprimierten und im komprimierten Zustand gezündeten Gase direkt in den Arbeitsraum der Turbine hinein expandieren können.
Ausgehend vom Stand der Technik gemäß der US-PS 35 53 961 hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, eine Brennkraftmaschinenanordnung der genannten Art zu schaffen, bei der der Gehalt an Schadstoffen in den in die Atmosphäre austretenden Gasen reduziert wird, ohne daß zusätzlich Brennstoff

jo der Nachbrenneinrichtung zugeführt werden muß.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Zylinder ein Ringzylinder mit einer Innenwand und einer dazu konzentrischen Außenwand ist und der Kolben ein Ringkolben ist, der über jeweils mindestens zwei

■to Kolbenstangen mit mindestens zwei Kurbelwellen verbunden ist, die mit der Abtriebswelle gekuppelt sind, daß in der Außenwand um den Umfang herum verteilte Einlaßöffnungen für das Brennstoff-Luft-Gemisch vorgesehen sind, daß die Nachbrennkammer der Nachbrenneinrichtung mindestens einen Teil des von der Innenwandung des Ringzylinders umschlossenen Innenraums einnimmt und mit dem Zylinderarbp't:r;um der Brennkraftmaschine über mehrere in der Innenwand des Ringzylinders ausgebildete und radial ausgerichtete,

μ um den Umfang verteilte kurze Auslaßkanäle in Verbindung steht und daß für den Einlaß der von dem Frischluftverdichter verdichteten Frischluft in die Nachbrennkammer diese über mehrere in dem Innenrau., ι angeordnete, sich zur Nachbrennkammer hin öffnende Einlaßkanäle mit dem Verdichterauslaß in Verbindung steht.

Durch die Ausbildung des Zylinders und des Kolbens als Ringzylinder bzw. Ringkolben ist es möglich, die Nachbrennkanimer zumindest teilweise im Inneren des

^h" vom Ringzylinder definierten Raums anzuordnen, so daß die Auspuffgase einschließlich der in ihnen noch enthaltenen nachverbrennbaren Brennstof^fariieile längs eines sehr kurzen Weges in die Nachbrennkammer eintreten können, der über entsprechend dem Innen-

^h' raum zugeordnete Schlitze die Frischluft zugeführt wird. Die Verwendung eines Kolbens ermöglicht ein kleines Verhältnis von Oberfläche zu Volumen des Verbrennungsraums der Brennkraftmaschine, so daß Wärme-