DE2352336A1

DE2352336A1 - Elektrischer generator, insbesondere fuer verbrennungsmaschinen

Info

Publication number: DE2352336A1
Application number: DE19732352336
Authority: DE
Inventors: Mihai Demetrescu
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-10-19
Filing date: 1973-10-18
Publication date: 1974-05-09
Also published as: CA989457A; IT1040536B; FR2204068B1; JPS49132505A; US3766399A; FR2204068A1; GB1448879A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann.

Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr.K.Fincke Dipl.-Ing. F.AAVeickmank, Dipl.-Chem. B. Huber

XPE

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

ΜΪΕΛΙ DEMETFJj)SGU

17761 Palmentc Way

Irvine, California / V.St,Α.·

Elektrischer Generator insbesondere für Verbrennungsmasehinen

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Generator insbesondere für Verbrennungsmasehinen« Dieser Generator ermöglicht in 3?orm einer tragbaren Anordnung eine praktisch, luftverschmutzungsfreie Stromerzeugung unter Verwendung üblicher Brennstoffe und zeichnet sich durch besonders geringe Herstellungskosten aus ο

Ein Generator nach der Erfindung zeichnet sich aus durch eine direkt durch Leistungshübe im Arbeitszyklus der Antriebsmaschine angetriebene Induktionsvorrichtung, die zwischen auf« einander folgenden Leistungshüben durch eine auf die Leistungshübe reagierende Federanordnung in Schwingungen -mit mechanischer Resonanzfrequenz versetzt wird»

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die besonders vorteilhaft bei Kraftfahrzeugen eingesetzt werden können. Die Erfindung ist jedoch auch für die verschiedensten anderen Zwecke einzusetzen, und zwar auch in Verbindung mit Elektromotoren, die durch Leistung ge-

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speist werden, welche durch einen Generator"nach der Erfindung erzeugt wird. Viele derartige Anviendungüfälle gehen iei Hinblick auf Leistung, Kosten oder Gewicht über die Möglichkeiten hinaus, die gegenwärtig bei Elektromotoren zur Verfugung stehen.

Ein Generator nach" der Erfindung arbeitet mit optimales Wir— kungsgrad unter Verwendung handelsüblicher Kraftstoffe. Wie noch beschrieben wird, kann der Generator mit wechselnder Leistung, schneller oaes? langsamer, beispielsweise abhängig™ von einem Kraftfahrzeug, derart betrieben werden, daß hinsiehtlich der Probleme der Luftverschmutzung unabhängig von eier jeweils gefordertem Leistung optimale Bedingungen vorliegen.

Bei einem Generator nach der- Erfindung wird ein Wirkungsgrad erzielt, der- einem tliecretisoiien Optisaalwex-t nahekommt« Den Kraftstoffverbrauch ist geringer als bei bekannten Vorrichtungen ₉ es sind wenigst-Seile erforderlich,, die leicht erhältlich sind_? ferner sind beim Einsatz in Kraftfahrzeugen kostspielige Zahnraäübersöfcamigen. nicht erfordsrlich_s so daß auch die damit verbundenen Probleme "/esmieden werden»

Bei einem Generator ii&oh der Erfindung ist ein Antrieb dursfc. eine Verbrennungsmaschine oder ein anderes Arbeitsmedliam Tor·»= gesehen j und die Induktivität wird relativ au einea? Inäiüitions* spule mit der mechanischen Resonanzfrequenz in YJecIiselbewegung versetzt.

Der mechexiische Eesonanzzustand v/ird aufrechterhalten, und aus diesem Arbeitsprinzip ergeben sich die zahlreichen Vorteile der Erfindung. Da die Schwingfrequenz einer mechanisch in Resonanz befindlichen Hasse mit Federsystem genau bestimmt v/erden kann, ergibt sich eine feste Frequenz des erzeugten Stroms mit einer harmonischen Frequenz der Schv/ingfrequena,

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die beispielsweise bei 60 Hartz liegt« Bekanntlich ist die zur Aufrechterhaltung einer Resonanzschwingung erforderliche Energie ein kleiner Bruchteil der zur Schwingung derselben Masse mit einer anderen Frequenz erforderlichen Energie_c Trotzdem ist die aus jeder Schwingung abgeleitete Energie„ also die Spannung und der Strom, dieselbe_s da die Induktionsspule unabhängig von der zur Bewegung erforderlichen Energie arbeitete

Da eine Resonanscchwingung erzeugt wird, sind die Energieimpulse nicht nur gering₉ sondern können hinsichtlich ihrer Gesaistenergie fest eingestellt sein und hinsichtlich ihrer Folgefrequenz verändert werden» So kann beispielsweise eine Verbrenmingsmaschine sur Bewegung eines Kolbens vorgesehen seiü₅ der das bewegliche Element des Generators trägt„ Sein Zylinder empfängt dann eine jeweils genau bemessene und konstante Menge eines brennbaren Kraftstoff-Luftgemisens zur Betätigung des Ko3.benSo Da die angeführte Kraftstoffinenge im Hinblick auf die nur kleinen erforderlichen Energieirapulse konstant gehalten werden kann und da die Impulse einen unregelmäßigen Abstand zur Änderung der abgegebenen Leistung haben können^ muß das Kraftstoff syst era keine besonderen Vor«» richtungen sur Änderung des Eraftstoff-Luftgemischs haben«, so daß viele Komplikationen der gegenwärtig bekannten Vergaser— und Einspritzeinrichtungen vermieden werden.

Zusätzlich kann das konstante Kraftstoff-Luftgemiseh optimiert werden., wobei es im wesentlichen ideal für eine vollständige Verbrennung eingestellt wird> so daß auch für die-gesamte Betriebszeit praktisch keine Luftverschmutzung erseugt wird.

Die Kraftstoffzuführungen der den Generator treibenden Verbrennungsmaschine werden in ihrem Auftreten geändert, wobei solche Hubbev/egungen vorgesehen werden, bei denen nur Luft

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zugeführtj komprimiert und im Zylinder ©2Epandiert wird« Zur Kraftstoffverbrennung während des Arbeitshubes eines Arbeitszyklus kann ein Loistungshub in jedem Zyklus (insgesamt vier Hübe) und auch jedes kleinere Verhältnis vorgesehen sein, bei spielsweise zwei Leißtungshübe in ^O Zyklon.

Da die Induktivität durch das-Resonanzsystem in Schwingungsbswegung gehalten wird, die mit einer konstanten Prequens, jedoch mit einer abnehmenden Amplitude erfolgt, wird der Kolben durch die gelegentlich auftretenden echten Leistungshübe beaufschlagt und verleiht somit der Induktivität die zur Aufrecht erhaltung der Schwingung erforderliche Energie. Die Amplitude wird also wieder hergestellt und kann auch ausgewertet werden, um die Gesamtvorrichtung entsprechend zu steuern. Wird dann beispielsweise eine Amplitudenabnahme festgestellt, so kann daraus das Erfordernis von pjehr Leistungshüben im Arbeitszyklus der Maschine abgelesen v/erden«

Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung, besteht" darin, daß ein echter Vorteil der sogenannten Rotationskolbenmotoren gegenüber den Hubkolbenmotoren beibehalten ivir-d, nämlich das Fehlen des Leistungsverlustes an dem Punkt, an dem ein Hubelement seine Bewegungsrichtung umkehrt» Das jfedersystem speichert die Energie während der Kompression und gibt sie wieder ab, so daß am Ende einer Auslenkungsbexvegung kein Leistungsverlust auftritt, der mit einem entsprechenden Verlust von linear bewegten Anordnungen verglichen werden kann.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine Leistungserhöhung praktisch augenblicklich durchgeführt werden kann, ohne schwere Metallmassen beschleunigen zu müssen und ohne die unerwünschten Verzögerungseigenschaften von Turbinen- und Dieselmaschinen in Kauf nehmen zu müssen, die die Anwendung solcher [Triebwerke in Kraftfahrzeugen einschränken.

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Bei einem Generator nach der Erfindung wird also eine Induktivität direkt durch die Leistungshübe im Arbeitszyklus einer Kacchine angetrieben, und die Federanordnung reagiert auf diese Leistungshübe derart_? daß die Induktivität zwischen aufeinander folgenden Leistungshüben in eine Schwingungabewegung mit mechanischer Resonanzfrequenz versetzt wird und somit elektrische Energie erzeugte Zur Erfindung gehört ferner eine Anordnung; die auf einen vorbestimmten Abfall der Amplitude dieser Schwingung anspricht und zur Steuerung einer Erhöhung der Inzahl der Leistungshübe im Maschinenbetrieb ausgenutzt wird« Auf diese Weise kann die Leistung am Ausgang des Generators erhöht werden, gleiches gilt für den Antriebsmotor und/oder einen elektrischen Energiespeicher, der dem Generator zugeordnet ist«, Die Antriebsmaschine kann nach dem Dieselprinzip arbeiten und einen Kolben aufweisen, der Luft innerhalb seines Zylinders zur spontanen Zündung bei Zugabe von Kraftstoff komprimiert, ferner kann auch ein Ottomotor vorgesehen sein_s der eine Zündvorrichtung enthält, die ein Kraftstoff -Luftgemisch zur Erzeugung eines Arbeitshubes zündet«

Einem Generator nach der Erfindung kann ferner eine Anordnung zur Leitung von Kraftstoff oder von Luft ohne Kraftstoff in zeitlicher Abhängigkeit von dem Arbeitszyklus zugeordnet sein, wobei wahlweise eine vorbestimmte Folge von Leistungshüben und leistungslosen Hüben im Maschinenbetrieb eingestellt wird«, Dabei kann beispielsweise mit festen Kraftstoffmengen und veränderlicher Zuführungsgeschwindigkeit entsprechend der 3?olge der Arbeitshübe eine Änderung des Verhältnisses der Leictungshübe zu den leistungslosen Hüben über der Zeit durchgeführt werden«, Eine Anordnung, die auf einen vorbestimmten Abfall der Schwingungsamplitude der Induktivität anspricht,, kann zur Erhöhung des Verhältnisses der Lei stuntshub e zu den leistungslosen Hüben ausgenutzt werden. Eine Kx-aftstoffzufülirungseinx^ichtung kann eine Anordnung zur

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era Q CTO

Dispersion flüssigen Kraftstoffs vor dem Durchging durch eine Bernessungsöffnung aufweisen_o

Die Erfindung kann in Form eines elektrischen Generators r.iit Verbrerm'üng-smaschins verwirklicht werden^ die mit q±iw:\ Z;y-» linder· und einem darin geführten Kolben ausgerüstet; ist« Hinter dem Zylinder ist ein stationärer Gensyatoj/to;? 1 vor^A-sc-lien, ein beweglicher Generator*eil ist direkt mit cicn Kolben verbunden und karni in axialer Richtung bewegt werden₉ &.h_c längs der Zylinderachse, die durch den Zylinder und über ihn hinaus verläuft. Die Bewegung erfolgt dabei relativ zu dem stationären Generatorteil bsi Kraft stG ^verbrennung im Zylinder. !Eirts Federanordnung wirkt aaf d©n Kolben imö. clen beweglichen Generatorteil ein und erzeugt bei Kolbenbewegimg durch einen Arbeitshub der Maschine eine Sohviiiigungsbewegung mit meehanisdier Resonanzfrequenz, wodurch Wechselstrom mit einer harmonischen Frequenz 8rz@ugt wi2?d_o Έθτηύζ- ist ©ine Anordnung zur !wfrechtsshaltimg eier SofeiifiKgirngsböwegung vorgesehene Des Zylinder kann mit ©ises? Eintmutsöffmmg für brennbares Kraftstoff^Uuftgemiseh und mit eines Jlust2?ittsöffnung verselien sein j der Generator umfaßt fai?asr eine Anordnung zur Zu~ führung brennbaren Gemischs oder von Luft ohne Kraftstoff in den Zylinder durch die Eintrittsöffnung in zeitlicher Abhängigkeit von dem Arbeitszyklus der Maschine* Perner kann die beschriebene vorbestimmte Folge dex⁵ Leistungshübe un-d der leistungslosen Hübe innerhalb des Maschinenbetriebes selektiv eingestellt werden«

Die Anordnung zur Aufrechterhaltung der fiesonantschwingungen kann eine Vorrichtung zur Auswertung der Amplitude der Kolben« schwingung umfassen, der eine Anordnung zur Änderung des Verhältnisses der Leistungshübe zn den leistungslocen Hüben der Antriebsmaschine zugeordnet ist« Diese Anordnung kann die Zustände des Auftretens von Verbrennungen innerhalb des Zylinders vermehren oder verringern.

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In bestimmten Ausfülii'imgöformeri der Erfindung kann ein Gene*™ rator verwirklicht werden, der zwei axial aufeinander ausgerichtete und einander gegenüberliegende Zylinder mit Kolben aufweist, die bei Verbrennung im jeweiligen Zylinder bewegt v/erdenο Als Induktionsvorrichtung kann ein Permanentmagnet oder eine Spule mit Magnetkern durch die Kolben zwischen den Zylindern bewegt werden, und es ist eine .Federanordnung Tor·» gesehen, die -die Induktionsvorrichtung laufend linear in Schwingungen ro it der mechanischen Resonanzfrequenz versetzt, wenn die Kolben durch Verbrennungszustänae in den Zylindern bewegt werden β Auf diese V/eise wird gleichfalls Elektrizität mit einer zur Sohwingungsbewegung harmonischen Frequenz erzeugte

Die beiden auf einer gemeinsamen Achse einander gegenüberliegenden Zylinder haben jeweils eine Lufteintrittsöffnung, eine Kraftstoffeintrittsöffnung mit Ventilsteuerung und eine Aus«- trittsoffnung mit Ventilsteuerung« Der Kolben in jedem Zylin«· der ist mit dem jeweils anderen Kolben gekoppelt und kann auf der gemeinsamen Achse bei Kraftstoffverbrennung in einem oder dem anderen Zylinder bewegt werden_o Eine magnetische Induktionsvorrichtung wird durch die Kolben zwischen den Zylindern getragen und kann parallel zu der gemeinsamen Achse in Schwin« gungsbewegung versetzt werden» Eine Induktionsspule und ein darin vorhandener Magnetkern sind zwischen den Zylindern nahe dem Weg der Induktionsvorrichtung angeordnet, so daß die Elektrizität bei der Schwingungsbewegung der Induktionsvorrichtung erzeugt wird» Ferner ist eine Anordnung zur Betätigung der Ventile vorgesehen, diese kann elektrisch gesteuert werden und steuert das Eintrittsventil und das Austrittsventil eines jeden Zylinders abwechselnd,-so daß darin jeweils ein Kraftstoff-Luftgemisch zur Verbrennung zur Verfügung steht» Die ^Federanordnung zur Schwingungsbewegung der In— duktionsvorrichtung mit der mechanischen Resonanzfrequenz und die Anordnung zur Beibehaltung der Schwinguagsbewegung

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steuern die Steuervorrichtung für die Ventile in zeitlicher Abhängigkeit mit der Kolbenschwingung abhängig von einem vorbestimmten „AmplitudenabJTa.il dieser Bewegung. Die Federanordnung kann auf gemeinsamer Achse mit der Zylinderanordnung vorgesehen und an einem Ende mit der KOIb enanOrdnung verebunden sein. Perner kann eine Anordnung zur Einspritzung von Kraftstoff in den geweiligen Zylinder unter hohem Druck vorgesehen sein, beispielsweise kann federn Zylinder eine Einspritzvorrichtung zugeordnet sein, die in zeitlicher Abhängigkeit mit der Kolbenbewegung bei der Verbrennung in einem Dieselzyklus arbeitet und dadurch thermodynamisch die Energie des Kraftstoffs in eine pulsierende Kraft umwandelt, die auf den Kolben übertragen wird. Alternativ kann auch eine Zündvorrichtung für das bronnbare Gemisch innerhalb des Zylinders zur Verwirklichung eines Ottozyklus vorgesehen sein, die in zeitlicher Abhängigkeit mit der Kolbenbewegung gezündet v/ird und damit die Amplitude der Schwingungsbewegung erhöht.

V/ie bereits ausgeführt, kann der Generator mit einer Last verbunden sein, die beispielsweise durch einen Motor gebildet wird. Hierbei kann ein gesteuerter Gleichrichter vorgesehen sein, der bei geringerem Leistungsbedarf, beispielsweise bei Verzögerung oder Leerlauf, die Belastung von dem Generator abschaltet. Wenn der Generator mit einem Energiespeicher, beispielsweise mit einer Batterie verbunden ist, so kann ein Gleichrichter zwischen ihm und der Batterie vorgesehen sein.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen eines Generators arbeiten nach einem ihnen gemeinsamen Verfahren der Erzeugung von Wechselstromj das derart durchgeführt wird, daß ein beweglicher Generatorteil relativ zu einem stationären Generatorteil mit einer mechanischen Resonanzfrequenz bewegt wird, wozu eine elastische Kraft auf die Kasse des beweglichen

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Gcneratorteils einwirkt und dieser durch den Kolben einer Antriebsmaschine in zeitlicher Abhängigkeit mit der Schwingungsbewegung pulsierend angetrieben wird«, um die Schwingungsbewe~ gung aufrechtzuerhalten. Hierzu wird die Anrplitude der Schwingungsbewegung ausgewertet und die geweilige impulsmäßige' Krafteinwirkung abhängig von einem vorbestimmten Amplitudenabfall ausgeübt, um die für die Schwingung vorgegebene maximale Amplitude wieder herzustellen.

Bei diesem Verfahren wird also ein Wechselstrom erzeugt, indem eine Induktionsvorrichtung in linearer Schwingungsbewegung gegenüber einem stationären Magnetkern bewegt wird, der mit einer Induktionsspule versehen ist. Die Schwingungsbewegung erfolgt mit mechanischer Resonanzfrequenz, wozu eine Federanordnung vorgesehen ist, die auf den beiden Seiten der Induktionsvorrichtung angeordnet ist. Dabei wird diese gegen die Kraft der Federanordnung mit einem ersten und einem zweiten Kolben der Antriebsmaschine in zeitlicher Abhängigkeit von der Schwingungsbewegung so verlagert, daß die Schwingungsbewegung aufrechterhalten wird. Die Erfindung umfaßt deshalb auch ein neuartiges Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungsmaschine, bei dem der Kolben mit einer mechanischen Resonanzfrequenz in Schwingungsbewegung versetzt wird, die durch eine elastische Kraft bestimmt ist, welche sich gegen die Bewegung der gemeinsamen Kasse des Kolbens und einer Anordnung zur Energieumsetzung auswirkt, welche durch eine Induktionsvorrichtung gebildet ist. Diese wird durch den Kolb.en innerhalb eines Magnetfeldes bewegt und wandelt kinetische Bewegungsenergie in potentielle Energie um, die gespeichert und periodisch dem Resonanzsystem durch die elastische Kraft wieder zugeführt wird. Dadurch wird ein Verlust an kinetischer Energie bei Richtungsumkehr dieser Bewegung vermieden. Bei diesem Verfahren wird der Kolben pulsierend mit jeweiligen Leistungshüben der Antriebsmaschine verlagert und somit zeit-

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v/eise die mechanische Energie gesammelt, um als periodische Schwingungsenergio dor Anordnung sur Energieumsetsung zugeführt zu werdene Ferner wird die Amplitude äer periodischen Schwingungen ausgewertet _unä _ei_n jeweils vollständiger Arbeitszyklus der Antriebsmaschine in zeitlicher Abhängigkeit von der mechanischen Schwingung eingeleitet» Dies erfolgt abhängig von dem Absinken der Schwingungsamplitude unter einen vorbestimmten Wert. Der· jeweilige Arbeitssyklus der Antriebsmaschine enthält einen Leistungshub abhängig von einem so festgestellten erforderlichen Leistungsbetrag, der der Anordnung zur Energieumsetzung zuzuführen ist«,

Die Erfindung wird im folgenden an Hand ia den "Figuren dargestellter Ausfuhrungsbeispiele beschrieben« Es zeigen;

J¹Xg. 1 ein Blockdiagramm eines Äusführnrngsbeispiels, das sich, besonders sur Anwendung uj- Kraftfahrzeugen eignet,

Hg. 2 den Vertikalschnitt eines Generators, der nach dem Ottoprdazip arbeitet,

Fig. 3 eine Darstellung ähnlich Figo 2_S jedoch mit zwei Zylindern,

Fig. 4 den Schnitt 4-4 aus Figo 3,

Fig· 5 eine grafische Darstellung des von dem Generator erzeugten Stroms j

Fig. 6 eine Steuerschaltung für den Generator,

Fig. 7 eine tabellenartige Darstellung des Maschinenbetriebs innerhalb des Ottozyklus isi.t verschiedenen Verhältnissen von Leistungshüben zu leistungslosen Hüben,

Fig. 8 eine Darstellung ähnlich Fig® 7, jedoch mit zusätzlichen Betriebssuständen zur Zu- und Abführung reiner Luft,

Fig. 9 eine Darstellung ähnlich Fig. 3, jedoch für einen Dieselzyklus und

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Fig. 10 eine Darstellung ähnlich Fig. 7, jedoch für einen Di e s e1antrieb.

Unter der Bezeichnung "Resonanzzustand¹¹ soll im folgenden eine kontinuierliche iinderung zwischen potentieller und ki«* ne ti scher Energie verstanden v/erden, wobei praktisch kein Energieverlust auftritt und Reibungsverluste vernachlässigbar sind. Bekanntlich besteht ein Resonanzsystem aus einer Hasse und einer Feder, die eine elastische Kraft auf die Masse proportional deren Versetzung ausübt. Wenn beispielsweise χ ein Versetzungsbe-trag innerhalb des elastischen Bereichs der Feder ist, so ist die elastische Kraft kx, wobei k die Federkonstante. ist- Die Frequenz der Resonanz schwingung dieses Systeas ist eine Funktion der Hasse und der Federkonstanten Ii.

In dem zu beschreibenden Ausführungsbeispio.l wird Resonanz in einem theraοdynamischen Zyklus zur Umsetzung der chemischen Energie eines Kohlenwasserstoffs durch Verbrennung in elektrische Energie angewendet, diese kann nachfolgend wieder in mechanische oder eine andersartige Energie umgesetzt werden.

Mit der Erfindung v/erden in erster Linie die folgenden Vorteile erzielt:

Größere Kraftstoffausnutzung als bei bisherigen Verbrennungsmaschinen;

vollständigere Verbrennung, weniger unverbrannte Abgase und geringere Luftverschmutz\ing;

Vermeidung von Trägheitsverlusten im Maschinenbetrieb und Verringerung mechanischer Energieverluste auf ein Minimum; längere Lebensdauer der Antriebsmaschine durch wesentlich vexrringerte Reibung zwischen bewegten Teilen, da seitliche oder Konnalkräfte zwischen diesen Teilen praktisch nicht vorhanden sind;

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erhöhte Leistung pro Voluineneinheit Kraftstoff; Vermeidung zahlreicher schwerer bewegter Teile in Kraftfahrzeugen, beispielsweise von Kurbelwellen, Übersetzungen und Differentialgetrieben;

einfaches Auswechseln beschädigter (Teile durch Punktionseinheitenj

höherer Betriebswirkungsgrad durch Vermeidung schwerer Übersetzungen und leichtere Verzögerung durch Fehlen von Massenträgheit skräf ten.

Eine Übersicht des Prinzips der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt. Fest bemessene Mengen brennbaren Kraftstoffgeinisehs, die in noch su beschreibender Weise erhalten werden, treten in den thermodynamischexi Zyklus bei A ein. Diese Kraftstoffmengen, die auch ein anderes Arbeitsmedium, beispielsweise Dampf oder ein anderes kondensierbares-expandierbares Medium sein können, v/erden den Block B zugeführt, der durch eine Maschine mit linear bewegbarem Kolben zur Umsetzung der Energie des Arbeitsmediums in mechanische Energie durch IColbenverlagerung gebildet ist. Der Block C ist ein mechanisches Resonanzsystem j nämlich eine aus Feder und Masse gebildete Anordnung, die die mechanische Energie der Kolbenverlagerung während eines Leistungshubes absorbieren und sie vorübergehend in Form potentieller (elastische Kraft) und/oder kinetischer (Masse in Bev/egung) Energie speichern kann. Der kontinuierliche Austausch dieser beiden Energieformen erhält die Energie für eine wesentlich längere Zeit als sie für den Leistungshub erforderlich ist. Eine pulsierende Kraftwirkung aus der KoI-benverlagerung im Block B wird somit dem Feder-Hassesystem im Block C zugeführt, dieses System erzeugt eine doppelseitige Wechselwirkung zwischen den beiden Blöcken B und C_? die durch pfeile angedeutet ist.

Die pulsierenden Kräfte des Kolbens verursachen eine periodische

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(Resonanz) Einwirkung auf den Block C, wodurch Impulse oder EnergieZuführungen unregelmäßiger oder regelmäßiger Art in eine beständige vorbestimmbare und regulierte Ausgangsleistung umgesetzt werden_s die in Figo 1 als periodische Kraft dargestellt ist«

Der Block D ist durch einen linearen Generator für elektrische Energie gebildet, in dem die periodische Bewegung aus der Umsetzung der Kolbenverlagerung in eine Resonanzschwingung zur Schwingungsbewegung einer Induktionsvorrichtung ausgenutzt wird, die relativ zu einem stationären Magnetkern mit lnduk~ tionsspule linear bewegt wird« Dadurch wird eine sinusförmige Änderung des Magnetflusses-"im-Magnetkern sowie eine wechselnde elektromotorische Kraft in der Induktionsspule erzeugt«, Die Frequenz des Stroms ist eine harmonische der mechanischen Bewegung, sie hängt von der Anzahl der Pole ab₉ wie dies für die Technik elektrischer Stromerzeugung bekannt ist«, Bei einer Vorrichtung nach der Erfindung ist dies eine harmonische der mechanischen Resonanzfrequenz der Induktionsvorrichtung* Die . elektrische Energie wird auf diese Weise im Block"D aus der Resonanzbewegung des Blocks C dargestellt, die durch den Kolben des Blocks B pulsierend getrieben wird_o Die Darstellung der elektrischen Energie führt zu einer Verringerung der Amplitude der Schwingungsbewegung, während die durch den Kolben erzeugten Energieimpulse diese Amplitude erhöhen«, Der Generator wird also durch das Resonanzsystem des Blocks C gesteuert« Es wird ein Gleichgewichtszustand und eine stabile Schv/ingungsbewegung verwirklicht„ wenn die Summe der dem System durch den Kolben zugeführten mechanischen Energie gleich der Summe der in elektrische Energie umgesetzten und der durch Reibung abgeführten Energie ist_o

Die elektrische Ausgangsleistung wird der Last des Blocks G zügeführt, die ein Motor_s ein Gleichrichter mit Motor oder

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ein elektrischer Energiespeicher wie s_eB. eine Batterie sein kann, !ferner kann eine Kombination solches? Belastungen inner* halb eines elektrisch gespeisten Systems vorgesehen sein.

Die Steuerung eines, derartigen Systems erfolgt insbesondere in Automobilen durch überwachung der Ausgangsleistung des Generators beim Betrieb sowie der erforderlichen Leistung über das Beschleunigungselement oder ein anderes Steuerelement (nicht dargestellt), wodurch die Geschwindigkeit (von der die Schwingungsfrequenz nicht abhängig ist) in dem Block Ξ geändert wird. Die Vergleichsinformation v/ird im Block Ξ integriert und liefert eine Leistungsinformation, die als Ausgangssignal dsia Block J? angeführt wird* Diener umfaßt einen Steuennechanisnms, der die Zuführung fest bemessener Kraftstoffmengen in den vorstshend beschriebenen Zyklus einstellt. Wenn die LeietimgsinfoEuiation für den Steuermechanismus eine LsisirangHerhoiiUSf? angibt, so v/ird dem Block A ein Steuersignal siEgt-führt, welches die Zuführung fest be^esssnar Kraftsfcoffmengsn an die Maschine_$ d.h. an den Block B, einleitet«

Außer dem Leistungsbedarf kann auch die Amplitudenauswertung den Steuermechanismus (Block F) steuern, wodurch ein Steuersignal für einen weiteren Impuls abgegeben wird, der dem Re~ sonanzsystem zugeführt werden muß_s wenn die Schwingungsamplitude unter einen vorbestimmten Wert abfällt. Eine Zeitsteuerung ist zwischen dein Schwingungssystem des Blocks G und, dem Steuermechanismus des Blocks F vorgesehen, um zu gewährleisten, daß die Impulsenergie in dem Block B nur synchron zugeführt v/ird und eine Auslenkung des Kolbens in Antriebsgegenrichtung vermieden wird«

In Fig. 3 ^u^d 4- ist eine Zweizylindermaschine dargestellt. Diese ist in bekannter V/eise und mit üblichen Materialien

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aufgebaut, weist jedoch einige noch zu beschreibende Besonderheiten auf«, Im wesentlichen besteht sie aus einem Maschinenblock 1 _s in dein ein linker Zylinder a und ein rechter Zylinder b einander gegenüberliegend mit Abstand angeordnet sind. Beide sind auf einer gemeinsamen Längsachse anc^eordnet und jeweils durch Kühlwasserkanäle 2 umgeben_s ferner laufen sie jeweils in einen ringförmigen Plansch 3_? 4 aus» Die Ebene des linken Zylinders a und des rechten Zylinders b ist in der Zeichnung unterschiedlich dargestellt, um eine Austrittsöffnung 5 und die Austrittsventilanordmmg 6 des linken Zylinders, zu zeigen«, Der rechte Zylinder ist mit einer Eintrittsöffnung 7s einer Kraftstoffzuführungsleitung 8_? einer Zündkerze 9 und einer Eintrittsventilanordnung 10 dargestellt. Die Eintritts- und Austrittsöffnungen sowie die zugehörigen Yentile sind nebeneinander an der Oberseite eines jeden Zylinders angeordnet. Die Kolben 11 und 12 haben. Kolbenköpfe

13 und 14, auf denen übliche Kolbenringe (nicht dargestellt) angeordnet sind. Sie sind mit starren Pleuelstangen 15 und versehen und mit Schmierung üblicher Art innerhalb der Zylinder a und b frei bewegbar. Die Pleuelstangen 15 und 16 enden in Befestigungsplatten 17 und 18, zwischen denen die Induktionsvorrichtung 19 starr montiert ist₉ so daß sie direkt mit den Kolben 13 und 14 verbunden ist» Die Kolben 13 und

14 sind auf diese V/eise, direkt und starr mit der Induktionsvorrichtung 19 sowie gegenseitig verbunden., so daß alle Teile als eine integrale Einheit bewegt werden können. Der linke Zylinder a ist mit einer Austrittsöffnung 5 und einem Aus- trittsventil 20 versehen, das einen Ventilteller 21, einen Ventilstößel 22 in einer Führung 23 des Maschinenblocks 1 und eine Äbschlußplatte 24 aufweist. Ein Kanal 25 im Maschinenblock dient zur Wasserzirkulation an der Austrittsöffnung 5o Das Ventil 20 kann elektromagnetisch gegen die Kraft einer !Feder 20a betätigt werden, wosu eine Spule 26 den Ventilstößel 22 nahe der Abschlußplatte 24 umgibt. Verbrannte Gase

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odsr Luft innerhalb des Zylinders a werden -cLuroh Zuführung sle-ktrisehsn Stroms an die Spule 26 über nicht dargestellte Leitungen vm& sntsprsolieneLe Ventilbetätigung abgeführt» Der rechte Sylinde2? b lanfaßt eine ebensolohe Au stritt s ventil an·=

■Jeder Zylindss? ist feraes? mit eines· Eintritt so ff mang "verse«*= heile DsE¹ 2?Θ5ίΐ"ο3 Sylindes b hat beispielsweise eia.3 Bint2?itts<~ öffnung 7 mit sIslss EinspritsTO2?ri©htung 27 _? eise® Eintritts« TSiitil 1O₉ eisies" Zündkerze 9 "n& sinsia Wassersirkulationska— a.s.1 28a dis naa® ä@5? Eintritt söffnimg angeordnet ist. Das lintrittsYSiitil 10- stsiasst die St2?öimiag ύοέι jMlt und Kraftstoff is. dsn Zylinder b und hat einen ¥entiltell@r 29» ©inen 7'5ntilstößsl 50 in sinss? SFühning 31 clss Maschinesiblocks 1 und 3iii2,e ibsolaluSpIatt© J2_O Bas Eintrittsventil 10 kann gegen di@ Es?aft des? 5eds2? 10a elektromagnetisch mittels elnev Wicklung 35 betätigt -ν;®ϊίίοη₅ clie den Yentilstößel 30 nahe eier Ab~ seiuiiBplatta 32 iisigibto Zugefülir-tss Gemiseli oder reine Luft

tils 10 sugsfüh3?t η isasra die Spula 33 übea? sin® aielit dar— gestellte Leitung ait slektriscneai Strom gespeist wird»

Sis Zündke^se 9 Iient suir 2ünöiing des Eraftstoff^uftgemisshs ia Zylinder ο Sis Einspsiitsvorriehtimg 27 2aat ein© kleine Du== senöffmmg 3^-2 ä©2? ass? Jisaftstoff untes? Βϊώιοχ (nicht dargs= stallt) zugefiihr-t a'ird_o Sin slektr-omagnetisoSx betältigbarss ?@ntil J6 mit sinem Eolben p? is Kanal 38 ist mit eiaer sielstrisclie=! Spule 39 T82?selien und hat sin® Absehlußplatte -'-Oo Diss© ino^öiULüg disat Eur ΐ/alilweisen Schließung und Off« aung dee Kanals 41_o Ssr ia den Eaaal 58 siatsetende Kraftstoff wird öürsh den Kolben 37 oder" durch seinen eigenes. Druck singespx-itst und kann weiter durch Kontakt mit dex· heißen V/andung 42 gegenüber der Blisenöffnimg 3^L% verdampft

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Der Kolben 37 wird für gleichmäßige Perioden betätigt_s so daß bei jeder Betätigung ein und dieselbe Kraftstoffmenge zugeführt wird,, Die Anzahl der Betätigungen pro Zeitein= heit kann jedoch geändert werden_o Komplizierte Vergaser« ■und Einspritzprobleme im Zusammenhang mit variabler Kraft= stoffmenge werden auf diese Weise vermieden., wodurch ein wesentlicher Vorteil der· Erfindung zutage tritt_o Die Verbrennungsbedingungen können konstant und optimal eingestellt werdenο

Die Maschine besteht also aus einer Anordnung von Zylindern_s Kolben und Ventilen^ die in der üblichen Betriebsfolge betä« tigt werden,, Ein wesentlicher Unterschied ist jedoek die Zu~ führung fester Kraftstoffmengen₀

Die Induktionsvorriehtung 19 umfaßt einen Permanentmagneten

43 (oder Transformatorenbleche, die mit einer Wicklung bei

44 versehen sind) mit einem Magnetfeld, dessen beide Pole an den beiden Magnetenden auftreten« Kompressionsfedern 45 und 46 sind auf die ringförmigen Flansche 3 und 4 der Zylinder a und b koaxial mit den Kolbenstangen 15 und 16 angeord= net und sitzen in Nuten 47 und 48 der Montageplatten 1? und 18ο Die Größe der ledern 45 und 46 sowie ihre Konstante k sind so ausgewählt, daß ihre Masse sowie die Masse der In= duktionsvorrichtung und der Kolben ein, Eesonanzsystem bürden«, Schwere Federn sind im Hinblick auf lange Lebensdauer erwünscht und ermöglichen somit eine Ausnutzung der gesandten in den Kolben und der Induktionsvorrichtung erforderli« chen Masseο Die Federn 45 und 46 halten die Induktionsvor*= richtung 19 derart, daß sie von den Zylinderflanschen 3 und 4 an der Position R gleichmäßigen Abstand hat_o Jede Verlage= rung der Induktionsvorrichtung 19 gegenüber dieser Mittellage, also beispielsweise die in S¹Ig₀ 3 dargestellte Linksverschiebung, verursacht eine Reaktion der jeweils komprimierten Feder (hier der Feder 45) sowie deren elastische Rückführung

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mit; des? inaukMotsvorricihtimg 19 sra? Hittsliinie 4-9_D wäiiroirS die sptgegengesetate 3/3-isr- 45 gespannt wira imd nomit eine gleichartige u'irciiimg .~io elis koiupsrimiorta Feaoi/ hsz-vorruft = Da dus?cl2 Bsiiniticsi das isds:?"! "as se system χει EeaoEi&naKO.staiid sein soll r, schvjiiigt die Iridi'.küiorisyore^icr-.iiunj 19 πιΐΐ der as« eliasisoliss iiesoiaanafesaueKfcj 'uexiii si« aiifa^igs nach links oder reelits gsgenGbez^ der Ηιώβίες:© P ^/er-l&.g^r-t; wix-clo Die SeIn^iBg-= irsQiisnz dsz? liidtifcijionsvoii^iclitii/is Ί9 bleibt pr&lctiaeh kcri" stan^^ wilirep.fö die AKiDlifed? o^e^- Ausl^nlranfr :■: nasii links oder ^©olits rait clsz¹ Zsit s'orArsm'bc Biss ist eiae Eigsaseliaft me oaaai gelier Hesoii-aa&sys'fceruso

Bi© soweit/ bsschirisbene Eia:'icb.tei2g ist ein B^wegungssjstsrn

aehss mi"ö Eesua£":sfeec;w.e^s sohmiigei: haan._; Eis Ein2?ioliti22ig isi; ■^o^sugswsise so aX-fgeba^itr daß sie si> eiiiss¹ PrequeiiE zwisciisa Ga= H-O vuiä 3C Hs schwing, 6= ¹^On:!?'! ^Jodooli auch niadrigero odei¹ liöfcsre Frc'&cr.'-^nseii '7θϊΐ;·35θ]α:-;ΐί scir-._: In erster Linie invu? Sei? stQ5Oci9T-ZZüBi?£i-ä Gefüllt seine Ein Vorteil der g©s.aniitiii J&eciiefis bss'öeiit de^in,- &<-.■_?· cli-3 Kolbenuewsgnng dccin ©it ICoI-= beabewegiiiagsE. Yez'gleiGhbai/ istc. die gG;remiä2?"oig in Eraf'Gi'alir-=' seugmascliinsa erzeugt t/ircu 3s is'c al^o keine neuartige !fselmologis erfordsriiehj iim gsgenv-ärtig benutzt β lColben= i/nd SyliadepsHiOi?di2ii.msea füs? die Erfiaäung 'iinKusetzoüo IFesaer ent = spsiiolii; eis© Freoiiens "o& ^Q olsr 60 Ks des, übliches elektriseJieu St^OEivsrsGrgiingsteSQuen^en- was einen Vorteil sines Gs<sieSir.^oss iiaotL de^? Erfiaiduiig darstellt- äes? noch erläutert

Die Bswegpng des liiduktionsvorriclitnng wurd® bereits beii'o Ber Generator- umfaßt außer- dem beweglienan Seil 19 au eiasa sta'bioaäres Seil 5^₅ ö©2? am Maschinsablock 1 aaiie dsi Bewegungsbereieh clej? Induldjions^or-r-ichlumg 19 montiert ist stationär® Seil 50 umfaßt eizien e^stea. un& einen z^eit

O ι π ^F--, a c ί / υ i κ a

35233 S

Magnetkern 51 und 52 aus Transforffiatorenbleehcn₉ diese Kerne sind durch Bo.Izen 53 (Fig_o ^£0 befestigte Ferner sind Wicklungen 5^ζί- und 55 vorgesehen ο Die Kerne bilden einen schmales Spalt 56 mit der InduJitionsvorrichtung 19 ₉ um einen möglichst hohen Wirkungsgrad des magnetischen Kreises zu gewährleisten₉ der durch die bewegliche Indüktionsvorrichtung und die static·= nären Kerne 51 und 52 gebildet ist_o Die seitliche Normalixraft zwischen öer Induktionsvorrichtung 19 und den Kernen 51 w&& 52 ist durch die magnetische Anziehung gleich usd entgegeage=' setzt, so daß sich beide Heilkräfte kompensieren., Die Reibung ist entsprechend minimal und kann noch weiter durch einen Öl«= film im Spalt 56 verringert werden«,

Beim Betrieb der Anordnung arbeiten die Wicklungen als Sekundärwicklungen eines Transformators₈ wobei der variable Magnetfluß den Wicklungen durch die Sehwingungsbewegung der Induktionsvorrichtung 19 zugeführt wirdo Dadurch werden die Pole 57? 5S₃ 59 des stationären Generatorteils umgekehrt xinö. ein Wechselstrom in den Wicklungen erzeugt, der über die Leitungen 60 und 61 abgenommen werden kann«, Der Generator kasis. auch zu einem Schwingungsmotor umgekehrt werden₅ indem ein Wechselstrom geeigneter Frequenz von beispielsweise 60 Hs an die Wicklungen geliefert wird«, Dadurch wird die Induk·= tionsvorrichtung 19 in Sehwingungsbewegung mit den Kolben versetstj so daß der Resonanzsustand erreicht wird, sobald die erforderliche Amplitude erzeugt ist«,

An Hand der Figo 5 wird die vom Generator abgegebene (massi*= male) Nennleistung erläutert_o Das in Figo 3 und 4· gezeigt© Bewegungssystem (Kolben," Kolbenstangen, Induktionsvorrieh= tung, Federn) wird als im Resonanzzustand befindlich aage= sehen, so daß die Schwingungsamplitude maximal ist«, Die Amplitude wird am Ende einer jeden Auslenkung durch das vollständige Zusammendrücken der Feder begrenzt, wodurch

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automatisch eine unerwünschte übermäßige Krafteinwirkung auf den Kolben verhindert wird» Wenn die Auslenkung i: gegenüber der Kuhelago R bei Resonanz vorliegt, so kann die Schwingung χ - f(t) aicroiich genau, durch die in I¹Ig₁, 5 gezeigten Sinus-Jairven 65a υ.ηά 65b dargestellt worden. Die vier Arbeitshube des Kasehinenzyklus, nämlich *Zuführung (I)₅ Kompression. (O), Leistungskub (P) und Abführung (E) für geden Zylinder fallen jeweils mit einer Änderung der Auslenkung χ von einem Maximalwert su einem Minimalwert oder umgekehrt zusammen. Die Kurven 65a und 65b zeigen die in einer Zweizylinderanordnung vorliegenden Phasenbeziehungen, wobei die Leistungs&übe aufeinander folgerte Der magnetische Fluß p% der in den Magnetkernen 51 und 52 durch die Induktionsvorriehtung 19 erzeugt wird^ deren Bewegung die Kurve 65a zeigt, erfährt eine lineare Index-ung mit der Auslenkung x, daher also eine sinusförmige itnderung mit der Zeit» Die in des Wicklungen 5^· raid 55 induzierte elektromotorische Kraft ist dann e ^usy '- ^ax

Eine Bezugswicklunge, die nicht durch eine äußere Impedanz belastet ist₃ kann, eine Spannung proportional dem Ausdruck ψ£ gemäß Kurve 65b liefern. Eine einfache Integrierschaltung kann ein Signal proportional der Auslenkung χ liefern« sie irS dt = kx. Dieses

Signal wird in der elektronischen Steuerung des Leistungs— zyklus in noch zn beschreibender Vieise genutzt»

Der vierteilige (Otto-) Zyklus eines ö^den Zylinders entspricht praktisch dem Zyklus einer üblichen Verbrennungsmaschine. Die konstante Schwingungsfrequenz resultiert ^eäocli in einem konstanten Zyklus, währenddessen das Kraftstoff-Luft-Gemisch und die zeitliche Steuerung der Zündkerze und der Ventilöffnungen optimal eingestellt werden-können. Insbesondere die Kraftstoffeinspritzung wird sehr einfach. Sie führt während eines oeden Leistungszyklus dieselbe Kraftstoff« menge mit dei'selben zeitlichen Steuerung su„ Wie bex^eits be-

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schrieben, treibt die Einschaltung der Spule 39 den Kolben 37? der zxisätzlich zur Öffnung des Kanals 38 auch eine Einspritzung des Kraftstoffs hervorruft_o Bei einem Zweizylinder-= systemj das mit voller Leistung arbeitet_s wird der Zyklus des Zylinders b um einen Hub gegenüber dein Zyklus des- Zylinders a verzögerte Des· Leistungshub" im Zylinder a entspricht dem Koinpressi.onshub im Zs^rlinder b_o

Die elektrische Energie wird abgeführt, wenn, eine externe Be™ lastung an die Anschlüsse 60 und 61 der Wicklungen 54 und angeschaltet ist<> Dadurch wird die Schwingung der Induktionsvorrichtung 19 gedämpft und schließlich beendete Gleichzeitig wird jedoch mechanische Energie dem System zugeführt (während zweier Leistungshübe für. jeden Arbeitszyklus) _o Dadurch wird die Amplitude der Schwingungen wieder erhöht_o Wie bereits erläutert, wird ein Gleichgewichtszustand erreicht, in aem die Schwingung stabil ist»

Da es sich um ein Resonanzsystem handelt₉ ist der Amplitudenabfall während der leistungslosen Hübe (Zuführung I₉ Kompression C₃ Abführung E) minimal, wenn keine Leistung abgeführt wirdσ Dies ermöglicht den Betrieb eines Einzylindersystems_o Ein solches System ist in Figo 2 gezeigte, wo gleichartige Bezugszeichen für die entsprechenden in Figo 3 gezeigten Teile verwendet sind_o Der Betrieb der in Figo 2 gezeigten Anordnung entspricht dem der in Figo 3 dargestellten mit dem Unterschied, daß die linke Feder 45 lediglich an einem Zapfen 63 einer Abschlußplatte 64 sitzt_o

In Figo 7 ist das Verhältnis der Leistungshübe zum Gesamt« zyklus (Leistungshübe und leistungslose Hübe) für verschie=» dene Leistungsabgaben dargestellt».Die Sterne kennzeichnen jeweils einen Zündfunken« Bei einem Verhältnis 2/4 entfallen zwei Leistungshübe auf einen Zyklus von vier Arbeitshüben,

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wobei jeder* Leistungshub ©;αί je einen Zylinder entfällt. In Zylinder a folg;;? auf den Suführungshiib I für Kraftstoff und Luft d©r Koffi'P2?essioiishub G-, worauf ein Zündfunke unü ein Leistimgeiiub P folgen. ₃ ir/ana der Kolboa durch die 7s2?bren<King des Kra£t£toi£=iuitGer::ischf> vorlagert v/i.rd_e Doraiif folgt der Abführiiiigshul) E U8w_o In der Zwiacheiizeit wird des- Zylinder b durch einen eniispr-ecih-snden Zj'klus groiübret _s des? la esiaer Phasenlage geg^äübes? dem ei-ßton Zyklus jedoch ve^seta^ ist₀ so daß eiii Leismmeshub P des Zylinders a gleichseitig mit eizism Ifcifiprsssionelr.'^ G das Zyliaders b ausaMEsnf ällt,

Mi® bedsits axisgefίΏ22?ΐ _s ic&mea eiaigs Xieistungshübs ezitfall©si_e Die MaseliiB® ^nI di@ Ta.&iktiOiis"os2/iGhtuag se'öasn ilire SslKfiiagaagBbswegiiiig mit de;? E^soEiansis/8C|iiC2i3 iort_? υ-ε-ηη aus« reioiiescl® Leistuagsiapulss fs^;«iscliSii KgIban und liiSuktions= ¥©i^iek'5img) ,abgegeben ^τ-/5^Ιο·ί, iyi ti3 .für- dio Eesoiianzf2?s= Qiseas SEfosderliohs Implitu'/,^ aufr-eaatsusrlialteiio Bei einem Yesfcaltnis £/18 ©rssugen die Zylinder- a und b beispielsweise eiasii Leistungsliub P ^svail^ ηεαίι IS A3?beitshüben_s d_oia_o siifieoben aufeins.adsE- folgende:! L©ist'ungsxyklea liegen 1^- Arbsiteiröibec» Diese uerde-ri als leistiingsloG© Hübe öessicli" net_? imd ©3 ist s« 6i/kennea₉ - daß die Leistungsabgabe etareh Yerlaäeniiig des Verhältnisses der Leistungshübe au den lei= stuiagsloseö. Hüben geändert wenden kann^ Sine Zunahias des MftEeteas des? Leistungshübe relativ zu den leistungslosen Hüben fiüirt aucli zu einer Kdiohung des dem Generator ent= nehmbarsn Leistungo

Wie bereits ausgefiiiirtj bleibt die Sehwingungsf^üQuenz unä damit die Ansahl der Zyklen p2?o Selcunde konstant₅ nad zwar unablisingig von. der- Leistung_s die eier Maschine entiiomsen v/ird. Die Verringerung äere Leistungsabgabe erfolgt entspre chend durch Verringerung der Ansahl aktiver Lsistmi^shübe

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und dadurchj daß man das System zwischen diesen Zuständen frei schwingen läßt. Figo-7 zeigt beispielsweise mögliche Kombinationen aktiver und passiver Zyklen für ein Zweisy~ lin'lerGystera_o Ec ist darauf hinzuweisen₉ daß ei?ae Verrin·= ger-ung um don Faktor 10 und mehr leicht erreicht v/erden kajiJij da die Schwingungsdämpfung minimal ist, wenn der Anordnung keine Leistung entzogen wird«, unter dienen Bedingungen absorbieren nur Reibungskräfte Energie» Da sehr wenig bewegte Elemente vorhanden sind (keine Kurbelwelle, Zcihnräder₃ Nocken usw»), sind aber die Reibungskräfte gleichfalls minimal„ Wie aus Figo 7 hervorgeht, ist ein ganzer Bereich von Zwischenwerten für die Leistung über Arbeitszyklen vorhandene, deren Anzahl 4 bis 4-0 und mehr Halbschwingungen beträgt_o Jeder Zyklus hat nur zwei Leistungshübe, und die Massenträgheit des Schwingungssystems erzeugt die leistungslosen Hübe_o Die noch zu beschreibende elektronische Steuerung ist so ausgebildet, d.aß sie einen Ausgleich zwischen der zugeführten und der abgeführten Lei·= stung schaffte

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen₉ daß eine Beschleunig gungj doho eine Leistungserhöhung von einem niedrigen auf einen maximalen Wert praktisch verzögerungsfrei erreicht werden kann« Ein Nachteil der bisherigen durch Dieselmaschinen, Batterien oder Turbinen angetriebenen Fahrzeuge besteht darin, daß eine ausreichende Beschleunigung zum Eintritt oder zum Passieren eines freien Verkehrsflusses nicht möglich ist«. Ein Generator nach der Erfindung liefert praktisch augenblicklich erhöhte Leistung .und Beschleunigung,, Befindet sich der Generator beispielsweise im Leerlauf mit dem in Fig» 7 gezeigten Verhältnis 2/40, so können bei einem plötzlichen Leistungsbedarf die nächstfolgenden Zyklen mit einem Verhältnis 2/4-(Ilaximum) durchgeführt werden_o Die einzige Verzögerung ist ein Teilzyklusο Es sind keine mechanischen ieile zu beschleu-

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nigen, die außer einer Verzögerung der erhöhten Leistung gleichfalls Energie absorbieren wurden (und sie nur zu einem Zeitpunkt v/ieder abgeben wurden, wenn sie nicht benötigt wird, beispielsweise beim Bremsen), Eine weitere Hervorhebung der wesentlichen Vorteile dieses Prinzips im Hinblick auf Leistung und Wirtschaftlichkeit dürfte sich erübrigen.

Während der leistungslosen Zyklen kann es sehr günstig sein, reine Luft in die Zylinder einzuführen, die bis zum nächsten aktiven Zyklus in diesen gehalten wird. Auf diese Weise werden Energieverluste durch die Pumpwirkung in einem jeden Arbeitshub vermieden, ferner wird keine elektrische Energie zur öffnung der Ventile und zur Zündung verbraucht. Fig. 8 zeigt als Beispiel mögliche Arbeitszyklen für verschiedene Leistungswerte, wobei eine derartige Luftzuführung in die Zylinder durchgeführt wird. Bekanntlich ergibt sich eine v/irksamere Verbrennung in Zylindern, die zwischen den einzelnen Zyklen mit reiner Luft gespült wurden. Dies führt bei einem Generator nach der Erfindung außer der optimalen und konstanten Einstellung des Kraftstoff-Luftgemischs, der Zeitsteuerung und anderen bereits beschriebenen vorteilhaften Eigenschaften zur saubersten Verbrennung, die praktisch erzielt v/erden kann, so daß die geringstmögliche Luftverschmutzung erzeugt wird. Der hohe Wirkungsgrad eines Generators nach der Erfindung bringt es mit sich, daß das Kompressionsverhältnis verringert werden kann, wobei trotzdem ausreichende Leistung erzielt wird. In Hg. 8 sind gegenüber den in Fig. 7 gezeigten Zuständen zusätzliche Operationen dargestellt. Dies sind die Zuführung i und die Abführung e der reinen Luft. Im übrigen entspricht die Arbeitsweise der in Fig. 7 dargestellten. Es ist zu erkennen, daß die reine Luft während der leistungslosen Arbeitshübe in den Zylindern gehalten wird.

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In Pig» 9 ist unter Verwendung gleichartiger Bezugsseiehen wie in Fig_e 3 eine Bieselmaschine dargestellt, die mit einem erfindungsgemäßen Generator eingesetzt werden kann_o Bei einer Dieselmaschine wird die Luft dem Zylinder b zugeführt un,d durch den Kolben 14 komprimierte Der Kraftstoff wird zerstäubt und unter hohem Druck 'in dia komprimierte Luft durch eine Einspritzvorrichtung 70 eingespritzt₉ die ein elektromagnetisches Ventil mit Kolben 71 «ad ©in© Düse 72 umfaßt„ Die Verbrennung des erhaltenen Gemisehs tritt spontaa auf₉ wodurch der Kolben betätigt und die Induktionsvorriehtung bewegt wird« Dadurch wird die Besonanzsehwingung un& die

neu auch ander© irfo©itsmeöien₉ wie bereits beschrieben₃ zur Betätigung der Kolben oder äquivalenter .Anordnungen v@rw@n» det werden₉ mit denen ©in Schwiagungsresonanzzustand aufrecht= erhalten werden kann_o In J"igo 10 ist eine Joialyse der Lei— stungshübe der Zylinder a und b gegenüber dem Gesamtzyklus für die in Figo 9 gezeigte Dieselmaschine dargestellte Ihn= lieh wie Figo 7 und, 8 zeigt Pig* 10 die Verwendung unter» schiedlicher Verhältnisse von Leistungshüben zu leistungslosen Hüben, wodurch die Leistungsabgabe geändert werden kann. Die in ELg* 10 gezeigten Sterne bezeichnen den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung^ nicht jedoeh der Entla« dung einer Zündkerze_β

Fig. 6 zeigt ein Beispiel einer Steuerschaltung für ©inen Generator nach der Erfindung» Eine Referenzitficklung 101 ohne externe Belastung mißt die Spannung e_s die in den Wicklungen 54- und 55 durch die Bewegung der Induktionsvorrichtung 19 er» zeugt v/irdo Sie liefert ein Signal e--^|™k-||_e Ein Schmitt-Trigger 102, der durch die Spannung e gesteuert wird, setzt die Sinuswelle der Spannung e (Fig* 5) in recht·= eckförmige Taktimpulse CPa um, die Zeitimpulse für den Zylinder a sind. Ferner werden Taktimpulse CPb zur Steuerung des

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Zylinders b erzeugt. ilg_a 5 aeigt den geitlichen Zusammenhang zwischen der Spannung .e und der Auslenkung χ der- Induktions-Vorrichtung sowie die !'aktizapiilse GP an den Ausgängen Q und Q des Schmitt-ttriggsz-s 102 _o

Die Spannung e wird durch ©ine analoge lategrationsschaltung 104- verarbeitet j durch dis die Spannung über der Zeit integriert wird,_β Sie liefgst also ®ia Ausgangssignal proportional der Auslenkung οι@σ? I&diür&i©nsv©rri©htung 19«

Eine Quelle für ein© TFDS©±afpsteiite Referenzspannung X_n ist mit 103 bezeichnet,, L₁, uiM gleiela ä®s mmämalen Spannung eingestellt, die etar-eh &®n latsg^atos¹ 10*> e^sangt v;erd@a kann, wenn, fiis Auslenkung 2:- <ä©E> IsKfl.tüs'öiöas'/or-r-iola.tiiag 19 eiae Äer°- artige Amplitude Ma^-G₅₅ dal aiisatslieib.© !«©istungsliüb© (aktive

zjklea) eiiagsi©ite-& und impialfsroiBiger Antrieb er- ¥©i?dea ®üsssn₈ wn di@ Söliwiagszag aufrechtzuerhalten. Ein ¥©3?glsishe£" 105 ^/'SE'gleioBit 'äi© tatsächliche Auslenkung χ (Amplitude) mit dem voreingestellten Wert X_ffl und liefert ein Signal j wenn χ unter- den Wert X_m fällt. Das ODER-Glied Ί0? wird eingeschaltet^ trenn der Yergleieher 105 ein Signal liefert oder v/enn eia vorbestimmtes Signal empfangen wird, welshes einen erhöhten Lsistungsbedarf kennzeichnet und bei™ spielsweise durch den Gashebel eines Kraftfahrzeugs abgegeben wird ο Der Zyklus wir-ö auf diese Weise praktisch verzögerungsfrei in einen Leistungszyklus geänderte Das UND-Glied 120 überträgt das Signal des Gliedes Ί07» solange ein Not— stopsignal nicht verschwindet_β Wenn ein solehes Signal empfangen, wird (beispielsweise bei Überlastung)₉ so werden alle Zyklen für die Dauer des Signals unterbrochen. Die UND-Glieder 108 und 109 übertragen das Zeitsteuersignal CPa bzw. GPb, wenn das UKD»Gli©d 120 durehgeschaltet ist_s auf einen Schaltkreis, der die UKD-Glieder 112 und 113? eine !Flip-Flop-Schaltung 115 und das ODSR=GIied 110 umfaßt» Das UND-Glied 111

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überträgt die Impulse CPa des UND-Gliedes 112 _a wenn ein Zyklusendesignal ansteht, und das UND-Glied 114- arbeitet ähnlich für die Impulse GPb. Das ODER-Glied 110 wird durchgeschaltet, wenn das UND-Glied 111 oder 114 durchgeschaltet ist und empfängt das Zyklusstärtsignal und steuert die Flip-ELop-Schaltung 115, welche ihren Ausgang Q entsprechend den Impulsen CPa oder CPb ein- und ausschaltet, die indirekt über das Glied 110 empfangen werden« Der Ausgang Q arbeitet demgegenüber invertiert. Die aktiven Zyklen der Zylinder a und b werden auf diese Weise wechselseitig gesteuert» Ein Zyklusendesignal des Zyklusgenerators 116 steuert das Glied 111 an, um falsche Zyklus Startsignale zu vermeiden«, Die Zyklusgeneratoren 116 und 118 für die Zylinder a und b sind digitale Schaltungen, die so arbeiten, daß Impulse der richtigen Länge und der richtigen Folge für die aktiven Zyklen ihrer Zylinder abgegeben werden. Diese Zyklusgeneratoren werden durch die Impulse CP an einem ihrer Eingänge synchronisiert und . durch das von dem Glied 111 oder dem Glied 114 abgegebene Signal getriggert.

Die Impulse der Generatoren 116 und 118 steuern Leistungsverstärker 117 und 119» mit denen die Impulsleistung erhöht wird. Hierzu können beispielsweise gesteuerte Siliziumgleichrichter vorgesehen sein. Diese speisen Steuerleitungen für die Kraftstoffeinspritzung, die Eintritts- und Austrittsventile und die Zündung sowie für die Zuführungs- und Abführungszyklen für reine Luft, falls solche vorgesehen sind.

Beim Betrieb der Maschine wird' durch Empfang eines voreingestellten Signals oder eines Signals zur Kennzeichnung einer Auslenkung χ unterhalb des Bezugswertes ein Leistungsbedarf signalisiert, wodurch die Anzahl der aktiven Zyklen in der richtigen Folge erhöht wird. Wenn der Leistungsbedarf abfällt, werden die aktiven Zyklen verringert, bis die Auslenkung χ abnimmt.

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Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nur Zweizylindersysteme· Es können jedoch auch andere Anzahlen von Zylindern vorgesehen sein, wobei dasselbe Prinzip der Stromerzeugung angewendet wird. Die Schwingungen anderer Systeme können dieselbe Frequenz haben und arbeiten vorzugsweise mit einer Phasenverschiebung von 180°, um Vibrationen minimal zu halten."Eine gegenseitige Verkopplung von Steuersystemen und elektrischen Teilen kann dabei leicht verwirklicht werden.

Die vorstehende Beschreibung eines Generators mit Verbrennungsmaschinenantrieb erfolgte an Hand des Einsatzbeispiels in einem Kraftfahrzeug, für das sich ein derartiger Generator sehr gut eignet. Die Wicklungen zur Leistungsabgabe können mehrere Einzelwicklungen sein, die durch Schalter parallel oder in Reihe schaltbar sind. Industrielle Gleichrichter können vorgesehen sein, um Gleichstrom zur Steuerung von Reihenschlußmaschinen zu erhalten, die beispielsweise mechanisch mit den Rädern gekoppelt sind. Es ist keine besondere Übertragung erforderlich, da bekanntlich ein Reihenschlußmotor hohes Drehmoment und hohe Drehzahl erzeugen kann. Es ist keine Kopplung der Räder erforderlich, so daß bei fehlendem Antrieb eines Rades der jeweilige andere Motor noch volle Leistung hat. Die Kosten eines Vierradantriebes mit vier kleineren Motoren sind außerdem sehr günstig.

Alle Hilfssysterae der Maschine und des Kraftfahrzeugs können elektrisch ausgeführt sein. Die Leistung dafür wird direkt dem Generator entnommen.

Die Wartung eines derart ausgerüsteten Kraftfahrzeugs ist extrem einfach. Die Elektromotore benötigen während ihres Betriebes nur sehr wenig V/artungsarbeiten, und die mechanischen und elektrischen Teile der Maschine sind so einfach,

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daß auch dabei minimale Wartung erforderlich ist. Der einzige empfindlichere Teil ist der elektronische Bereich, die Steuerschaltung kann jedoch in Form von steckbaren Funktionseinheiten ausgebildet sein, die standardmäßig aufgebaut sind. Solche Einheiten können zu geringen Kosten bei den Wartungsstationen ausgewechselt werden.'Dieses Verfahren verringert die Kosten und die Schwierigkeiten der Wartung von Kraftfahrzeugen erheblich.

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Claims

Patentaiis ρ r ü c h e

M-/ Elektrischer Generator insbesondere für Verbrennungsmaschinen, gekennzeichnet durch eine direkt durch Leistungshübe im Arbeitszyklus der Antriebsmaschine angetriebene Induktionsvorrichtung («19), die zwischen aufeinander folgenden Leistungshüben durch eine auf die Leistungshübe reagierende Federanordnung (45, 4-6) in Schwingungen mit mechanischer Resonanzfrequenz versetzt wird.
2. Generator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (7, 8) zur !Führung von Kraftstoff oder reiner Luft in eine Verbrennungskammer in zeitlicher Abhängigkeit von dem Arbeitszyklus der Maschine wahlweise derart, daß eine vorbestimmte Folge von Leistungshüben und leistungslosen Hüben erzeugt wird.
3.- Generator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff der Verbrennungskammer in fest bemessenen Mengen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten entsprechend der Hubfolge zuführbar ist.
4. Generator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung (Fig. 6) zur Änderung des Verhältnisses der Leistungshübe zu den leistungslosen Hüben vorgesehen ist.
5. Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung (101) zur Auswertung eines vorbestimmten Abfalls der Amplitude der erzeugten Schwingungen vorgesehen ist, die eine Zunahme des Verhältnisses der Leistungshübe zu den leistungslosen Hüben steuert.

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6_a Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ge-· kennzeichnet durch einen als Belastung vorgesehenen Motor«,
7. Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen ale Belastung vorgesehenen elektrischen Energiespeicher
8„ Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnetg daß ein© Diesel=¥erbrennungsraaschine vorgesehen ist_o
9ο Generator naeh einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnete, daß ©ine Otto^Yerbrennungsmaechin© vorgesehen ist»
10* Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Zylinder (a₉ b) mit einem darin vorgesehenen Kolben (12₉ 13) und einem daran angeordneten stationären Generatorteil (50)₉ durch eine direkt mit dem Kolben (12 , 13) verbundene Xnduktionsvorriehtung (¹H-J₅ 44) _? die mit dem Kolben (12„ 13) relativ zum" stationären Generatorteil (50) durch Verbrennung in der Verbrennungsmaschine bewegbar ist, durch eine auf den Kolben (12_S 13) und die Induktionsvorrichtung (43 ₉ ^²O einwirkende Federanordnung (45, 46), die eine mechanische Schwingung mit Resonanzfrequenz bei Krafteinwirkung durch den Kolben (12₉ 13) erzeugt, und durch eine Anordnung (7_S S) zur lufrechterhaltung der Schwingungsbewegung«,
11, Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 9_S gekennzeichnet durch zwei mit Abstand zueinander auf gemeinsamer Achse angeordnete Zylinder (a_s b) mit darin bewegbaren Kolben (12, 13) und durch eine zwischen den Zylindern (a₉ b) angeordnete und durch die Kolben (12, 13) getragene Induktionsvorrich-

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tung (19)» die mit einer Federanordnung (45» 46) versehen ist, die bei Einwirkung der Kolbenbewegung die Induktionsvorrichtung (19) in eine mechanische Schwingung mit Resonanzfrequenz versetzt.
12. Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsvorrichtung (19) einen Permanentmagneten umfaßt.
13. Generator nach einem der Ansprüche 1 biß 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsvorrichtung (19) eine Spule (44) mit einem Magnetkern (43) umfaßt.
14. Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch der Verbrennungsmaschine zugeordnete Eintritts- und Austrittsventile (10, 6) zur abwechselnden Zuführung eines Kraftstoff-Luftgemischs zu einem {jeden Zylinder (a, b) und zur Abführung der Verbrennungsprodukte und durch eine Anordnung (Fig. 6) zur Beibehaltung der Resonanzfrequenz der mechanischen Schwingung durch Betätigung der Ventile (10, 6) in zeitlicher Abhängigkeit von der Kolbenbewegung bei einem vorbestimmten Abfall der Amplitude der Schwingungsbewegung.
15. Verfahren zur Erzeugung eines Wechselstroms mit einem Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein beweglicher Generatorteil relativ zu einem stationären Generatorteil mit mechanischer Resonanzfrequenz durch eine elastische Kraft bewegt wird, die auf die Masse des beweglichen Generatorteils einwirkt, und daß der bewegliche Generatorteil mit dem Kolben einer Verbrennungsmaschine in zeitlicher Abhängigkeit von der Schwingungsbewegung zur Beibehältung des Resonanzzustandes pulsierend angetrieben wird.

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16ο - Ver£ata©a sa©3b. Ansprach i5§ cEssta^elh, gekeimt

und daß 'der Antrieb des beweglich©^. Gfesaeratorteils dusch den Kolben abhängig ¥oa

daß di© Xadiaktionsvorric&tung gegea die Kraft d©r Jedem durch zwei Kolbea ©in©^ Verbrennungsmasehine in zettllohi

erhaltea«,

der mechanischen Sesoa,aagfe©qu@nz betrieben wird₉ di

Kraft bdstiiaat wird« ü©l©n© g

wirkt, di© M,n©tie©3bie En©rgi© itoergi© umaetst die ©lastiseh©

Kolben dureli Ii©istungshüb© der ?erbrannmigsinES©Mae pul-· gierend angetrieben wird und daß die meeiianigetie Eaergie übergehenä gesammelt und periodisch als Sehwingungs@m@rgie auf die Energieumsetzungsvorrichtu^g übertragen wird_e

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iurchgeabzugelten ist»»

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