DE2739129A1

DE2739129A1 - Freikolben-vielstoff-reaktionsturbine

Info

Publication number: DE2739129A1
Application number: DE19772739129
Authority: DE
Inventors: Eduard Koellner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-08-31
Filing date: 1977-08-31
Publication date: 1979-03-08
Also published as: DE2739129C2

Description

'Freikolben - Vielstoff - Reaktionsturbine11
Die Erfindung betrifft eine als Gaserzeuger wirkende Freikolben-Brennkraftmaschine, deren Verbrennung sofort auf eine wahlweise: verschiedenartiges, außerhalb ihrer Brennräume mit großem Luft überschuß aufbereitetes Brennstoff-Luftgemisch umstellbar ist, wobei letzteres nach einer Vorwärmung durch eine Schiebersteue rung wechselweise in die Brennräume einströmt und in diesen durch einen doppelt wirkenden Freikolben und durch ein starr mit diesem verbundenem Ausgleichgewicht mit wahlweise veränderbaren, an die Verbrennungscharakteristik der jeweils gewählten Art des Brennstoff-Luftgemisches anpaßbaren Masse und dadurch mit wahlweise variablem EUib und wahlweise veränderbaren Speicherkapazität für kinetische Energie, extrem so hoch verdichtet wird, daß das Brennstoff-Buftgemisch unmittelbar selbst zündet und eine anschließende Gleichraumverbrennung erreicht wird, wonach das so aufgeheizte Gas, eine mittig auf dem Zylinder der Freikolben-BrennkraftmaQchine fest aufsitzende, hohle Reaktionsturbine, von Innen nach Außen durchströmt und dann am Umfang genau tangential gerichtet ausströmt, wodurch die hohle Reaktionsturbine mit der Freikolben-Brennkraftmaschine in rotierenden Abtrieb versetzt wird, wobei zur Nutzung der Kühlwärme und zur Erzeugung kleiner Abtriebsdrehzahlen die von der Freikolben-Brennkraftmaschine kommende, extern aufgeheizte Kühlluft, zur Vergrößerung der Masse des ausströmenden, aufgeheizten Gases, bei gleichzeitiger Verkleinerung seiner Ausströmgeschwindigkeit, verwendet wird, außerdem sind die infolge der Verbrennungsabläufe gegeneinander beschleunigten und verzögerten Massen des doppelt wirkenden Freikolbens mit dem starr verbundenen Ausgleichgewicht einerseits, sowie die Massen des Zylinders mit der hohlen Reaktionsturbine andererseits, um den diesen Massen gemeinsamen Massenschwerpunkt in Richtung ihrer gememsamen Längsachse frei schwingend gelagert, wobei nur die Schwingweite der Massen des Zylinders mit der. hohlen Reaktionsturbine durch eine elastische Kupplung progressiv begrenzt, dagegen der rotierende Abtrieb starr auf eine Abtriebswelle übertragen wird.
STAND DER TECHNIK: Folgende Verfahren und Ausführungen von Brennkraftmaschinen von praktischer Bedeutung sind bis heute allgemein bekannt geworden und bedürfen deshalb keiner Quellenangaben I.) KOLBEN - BRENNKRAFTMASCHINEN.
A.) Verfahren: 1.) Otto - Verfahren, im Zwei- oder Viertakt arbeitend.
Die Aufbereitung des Brennstoff - Luftgemisches erfolgt außerhalb der Brennräume in Vergasern, oder durch direkte Einspritzung in den Saug- oder Verdichtungshub, mittels Einspritzpumpen. Die bei gleichbleibenden Volumen, aber relativ kleinen Verdichtungsverhältnissen, erfolgende Verbrennung, wird durch Fremdzündung in Form eines elektrischen Lichtbogens, eigeleitet.
2.) Diesel - Verfahren, im Zwei- oder Viertakt arbeitend.
Der Brennstoff wird direkt, unter mittelbarer Selbstzündung, in den Brennraum eingespritzt. Dabei finden verschiedene, die Selbst zündung ermöglichende oder die Zündung steuernde Zusatzeinrichtungenden wie Vor- Wirbel- oder Luftspeicherkammern u. 5. w. Verwendung. Die Verbrennung erfolgt dann bei veränderlichem Volumen und großen Verdichtungsverhältnis-3.) Glühkopf - Verfahren, im Zweitakt arbeitend, sen.
Hier erfolgt die unmittelbare Selbstzündung des in den Brennraum eingespritzten Brennstoffes an einem Glühkopf, Der Zündzeitpunkt bleibt dabei unbeherrschbar.
Im Flugzeugmodellbau finden unter der Bezeic-h-nung "Diesel-oder Gliibkopfmotoren" im Zweitakt arbeitende Brennkraftmaschinen mit unmittelbarer Selbstzündung eines in Vergaser aufbereiteten Brennstoffes Verwendung. Bei verschiedenen Ausführungen kann das ylindervolumen manuell verändert werden und dadurch an verschiedene Verdichtungaverhälnisse angepaßt werden.
4.)) Heißgasmotore mit Verdrängungsverfahren, mit geschlossenem System, als Stirling- Motor bekannt geworden.
5.) R- Brenner, mit einem kontinuierlichem Verbrennungsverfabren, ausgeführt von der Techn. Hochschule Aachen und von der Firma Caloric.
B.) Ausführungsarten der Umwandlung einer linearen Kolbenbewegungifl einen rotierenden Abtrieb.
1.) Kurbelwellentriebe, bestehend aus Pleuel und Kurbelwelle.
2.) Kreiskolbenmotore: a.) Der Wankelmotor, dessen Kreiskolben in einem nierenförmigen Gehäuse umläuft und seinen rotierenden Abtrieb über eine Verzahnung auf eine Abtriebswelle überträgt.
b.) Der Orbitalmotor von Sarich (Austr.), eine Ereiskolben-Umlaufmaschine.
c.) Der tarol-Ansdale-Motor, eine Kreiskolbenmaschine mit Hubeingriff.
d.) Der Huf-Kreiskolben-Motor, nach Patenten der Firma Dornier.
3.) Taumeischeibenmotore: a.) Mit rotierenden, axial gerichteten Kolbensystemen, nach einer Erfindung von Cecil Hugs (GB).
b.) Mit feststehenden, axial gerichteten Kolbensystemen, nach einer Erfindung von Karl Herrmann (USA).
c.) Mit rotierendem Zylinderblock und achsial wirkendem tolbensystem mit R-Brenner und kontinuierlicher Verbrennung, ausgeführt von der Techn. Hochschule Aachen.
4.) Der Omega-Motor von Bradshaw (GB) mit rotierenden Ring-Zylindern, welche in Verbindung mit einem pendelnden Abtrieb über einem Hebelmechanismus, die Wirkung von rotierenden Doppelkolben auf eine Abtriebswelle überträgt.
5.) Der Kauertz-Motor von Kauertz (BRD). Hier wird die pendelnde Drehbewegung von einem Paar, durch Steuerscheiben gesteuerten Doppelkolben, über einen Hebelmechanismus, auf eine Abtriebswelle übertragen.
6.) Der Salzmann-Pendelkolben-Motor, überträgt den erzeugten Arbeitsdruck, unter Verzicht auf eine Kurbelwelle, direkt auf eine Abtriebswelle.
II.) Freikolben - Brennkraftmaschine: 1.) 1911 wurde von Hugo Junkers eine nach dem Zweitakt -Dieselverfahren mit Gegenkolben arbeitende Freikolben -Brennkraftmaschine entwickelt. Diese benötigte, außer einem Synchronisationsgestänge zum symetrischen Gleichlauf der Gegenkolben, keinen gurbelwellentrieb.
Sie wurde als Hochdruck - Kompressor eingesetzt.
2.> 1952 hat die französische Firma Pescara eine Kombination von einer nach dem Dieselverfahren arbeitenden Freikolben - Brennkraftmaschine mit einer Gas turbine1 zum Antrieb einer 1000 PS Lokomotive, auf den Strecken der SNCF erfolgreich eingesetzt. Dabei diente die Freikolben - Brennkraftmaschine als Gaserzeuger für die nachgeschaltete Gas turbine.
Auch in Rußland wurde eine ähnliche Ausführung zum Antrieb einer 6000 PS Lokomotive verwendet.
1954 baute die-französische Firma Sigma den mit 2 x 600 PS Freikolben - Gas turbinen ausgerüsteten Küstendampfer " Contenac ".
3.) Bekannt geworden ist auch der Erfindungsvorschlag des Klein-Auenheimer Erfinders Frank Stelzer für eine nach dem Zweitakt - Otto - Verfahren arbeitende Freikolben - Brelmkraftmaschine zum Antrieb von linearen Stromerzeugern, Eompressoren oder Hydraulikpumpen.
III.)Vielstoff - Kolben - Brennkraftmaschinen.
1.) Das von den Motoren - Werken - Mannheim entwickelte Gleichdruck - Vorkammerverfahren erlaubt den wahlweisen Betrieb mit Diesel- oder Vergaserbrennstoff.
2.) Die von der Technischen Hochschule Aachen bekannt gewordene Axial - Kolben - Brennkraftmaschine mit R - Brenner, welche nach dem Diesel - Viertaktverfahren arbeitet und wahlweise mit Benzin, Dieselöl oder Methanol betrieben werden kann.
3.) 1937 trat Ing. Hermann Rieseler aus Neidling (Württ.) mit dem Entwurf eines Verfahrens für einen Gleichdruck Diesel -motor mit extrem großen Verdichtungsdrücken und Verdichtungstemperaturen, zwecks Erzielung eines großen thermischen Wirkungsgrades, an die Öffentlichkeit. Aus diesem Verfahren, welches in seiner ursprünglichen Form nicht zu realisieren war, entwickelte später Prof. Kamm, vormals Stevens- Universität in Hoboken, den Kamm-Rieseler-Dieselmotor, welcher, bedingt durch seine großen Verbrennungstemperaturen auch mit verschiedenartigen Brennstoffen bei großen thermischen Wirkungsgraden betrieben werden konnte.
IV.) Maßnahmen zum Schutze der Umwelt.
1.) Anwendung von giftarmen Verbrennungsverfahren, zum Beispiel das Diesel- Verfahren.
2.) Verwendung von giftarmen Brennstoffen, beispielsweise durch Bleientzug bei Super- Benzin.
3.) Einbau von Entgiftungsanlagen für die Abgase.
4.) Ausführung von Schichtlade- Motoren, wie bereits von VW, Honda, Porsche, General Motors und anderen entwickelt.
5.) R- Brenner mit kontinuierlicher Verbrennung, entwickelt von der Techn. Hochschule Aachen.
V.) Gasturbinen: 1.) Mit offenen Arbeitsprozeßen und direkter Aufheizung des Strömungsgases, in ein- oder mehrstufigen Ausführungen.
2.) Mit geschlossenen Arbeitsprozeßen und indirekter Aufheizug des Strömungsgases, in ein- oder mehrstufiger Ausführung.
VI.) Dampfmaschinen: Diese besitzen einerseits die Vorteile einer Vielstoff-Brennkraftmaschine. Andererseits haftet ihnen, bedingt durch die aufwendigen Anlagen zur Dampferzeugung und zur Dampfkondensierung, der Nachteil eines komplizierten und teueren Aufbaues an. Ihr thermischer Gesamtwirkungsgrad ist kleiner wie der von vergleichbare:1 Kolben- Brennkraftmaachinen.
K R 1 T I K A M S T A N D D E R T E C H1N N 1 K Diese Kritik erfolgt unter der besonderen Berücksichtigung der latenten Energie-und Rohstoffkrise und der zukünftig zum Schutz der Umwelt zu erfüllenden Auflagen.
Grundsätzlich fällt auf, daß alle vorgehend beschriebenen Brennkraftmaschinen folgende* nachteilige Beziehung besitzen: Große thermische Wirkungsgrade werden grundsätzlich durch einen komplizierten und teueren mechanischen Aufbau erreicht !!! So besitzt z. B. das Diesel-Verfahren, bedingt durch sein großes.
Verdichtungsverhältnis, den größten thermischen Wirkungsgrad aller Brennkraftmaschinen.
Die Umwandlung seiner linearen Kolbenbewegung in einen technisch besser verwendbaren rotierenden Abtrieb* zwingt Jedoch zur Anwendung von Kurbelwellentrieben, oder anderen komplizierten Mechani smen.
Dieser Nachteil wird durch den Zwang zum Einsatz von die Verbrennung steuernden oder erleichternden Zusatzeinrichtungen wie Einspritepumpen, Vor-oder Wirbelkammern und ähnlichen Vorrichtungen, sowie durch die Ausführung mit mehreren Zylindern zur Erreichung einer besseren Kühlung der Kolben und eines kleinen Leistungsgewichten, noch weiter vergrößert.
Dagegen muß eine Vereinfachung des mechanischen Aufbaues des Diesel-Verfahrens, wie beispielsweise durch Wegfall der Einspritzpumpe beim Glühkopfmotor praktiziert, durch einen damit erzeugten unbeherrschbaren Zündzeitpunkt, einen kleineren thermischen Wirkungsgrad, sowie mit einer großen Belastung seines Kurbelwellentriebes erkauft werden.
Die bisher bekannt gewordene äußerste Vereinfachung des Diesel-Verfahrens, bei Erhaltung seines großen thermischen Wirkungsgrades, wurde im Prinzip der Junkers-Freikolben- Brennkraftmaschine verwirklicht. Die von ihr erzeugte lineare Kolbenbewegung ist jedoch zum direkten Antrieb der meisten Maschinen nicht geeignet.
Diese gegenläufige Beziehung zwischen der Größe des thermischen Wirkungsgrades und der Größe der Kompliziertheit des mechanischen Aufbaues besteht auch beim Otto-Verfahren und den nach dem Verdrängungsverfahren arbeitenden Heißgasmotoren.
Bei den Kreiskolbenmotoren treten, durch die besondere Form ihrer Kolben und Brennräume bedingt* Abdichtungsverluste und damit auch Wirkungsgradverluste auf. Außerdem werden teuere Fertigungsmethoden erforderlich.
Keiner der vorgehend aufgeführten Ereiskolben-und Taumelscheibenmotoren, einschließlich des Wankelmotors, kann bis heute in Bezug auf Betriebsdauer, Anschaffungs-und Unterhaltungskosten, beispielsweise mit dem klassischen Ottomotor konkurrieren.
Zur Kompensierung der durch die latente Energiekriese zu erwartenden Schwierigkeiten in der Brennstoffversorgung wird es notwendig werden, den Betrieb von Brennkraftmaschinen wahlweise, kurzfristig und unkompliziert auf verschiedenartige Brennstoffe umstellen zu können.
Diese Umstellung müßte auf den wahlweisen Betrieb mit Gasen, Ölen, Benzinen, Emulsionen und bedingt auch auf staubförmige Brennstoffe möglich sein. Dabei sollen die thermische Wirkungsgrade beim Betrieb mit verschiedenartigen Brennstoffen möglichst unverändert groß bleiben.
Diese Eigenschaft besitzt keine der bisher bekannt gewordenen Brennkraftmaschinen.
So ist beispielsweise beim Gleichdruck-Vorkammerverfahren der Motoren-Werke-MSnnheim nur die Umstellung vom Diesel-auf einen Vergase'rbrennstoff möglich. Dabei ist zu erwarten, daß der thermische Wirkungsgrad, bedingt durch das konstruktiv feststehende Verdichtungsverhältnis, in Abhängigkeit von der Art des verwendeten Brennstoffes schwanken wird.
Bei der von der Technischen Hochschule Aachen entwickelten A:ial-Kolbenbrennkraftmaschine kann außer Diesel-oder Vergaserbrennstoff auch noch Methanol verwendet werden. Nachteiligt wirkt sich auch hier das konstruktiv feststehende Verdichtungsverhältnis auf eine gleichbleibende Größe des thermischen Wirkungsgrades aus.
Bei den bisher bekannt gewordenen Kolben-Brennkraftmaschinen zwingt deren taktweise Verbrennungsart, bedingt durch die konstruktiv feststehenden Totpunkt und durch die zwangsläufig in der Nähe des äußeren Totpunktes wirksam werdenden maximale -Verdichtungs-und Verbrennungsdrücke, zur steuerbaren Beherrschung des Ziliidzeitpunktes und des Verbrennungsablaufes.
Aus diesem Grund müssen beim Otto-Verfahren dem Brennstoff zur Verkleinerung der Reaktionsgeschwindigkeit seiner Verbrennung chemische Mittel zugesetzt werden. Die dadurch zwangsläufig bedingte Vergiftung der Abgase kann nur durch teuere und aufwendige Einrichtungen neutralisiert werden.
Dagegen erfolgt die Steuerung des Zündzeitpunktes und des Verbrennungsablaufes beim Diesel-Verfahren ohne chemische Zusätze.
Die bezüglich der Giftigkeit der Abgase zukünftig zu erwartenden Auflagen zum Schutz der Umwelt, werden den Betrieb und den Aufbau von Brennkraftmaschinen zusätzlich komplizieren und verteuern. Von diesen Auflagen wird das Diesel-Verfahren wegen seiner giftarmen Verbrennung am wenigsten betroffen werden.
Die vorgehend beschriebene Verkleinerung der Reaktionsgeschwindigkeit der Verbrennung hat jedoch einen Nachteil. Die ungesteuerte große Reaktionsgeschwindigkeit der Verbrennung kann nicht zur Erzeugung von großen Kolbengeschwindigkeiten mit großen Arbeitsfrequenzen und damit zur Erreichung von kleinen Leistungsgewichten genützt werden.
Gasturbinen zeigen den gleichen Zusammenhang zwi hen der Größe des thermischen Wirkungsgrades und der Kompliziertheit des mechanischen Aufbaues wie die Kolben-Brennkraftmaschinen.
Gasturbinen zeichnen sich hti offenem Arbeitsprozeß durch einen sehr einfachen mechanischen Aufbau aus. Ihr thermischer Wirkungsgrad ist jedoch kleiner wie bei vergleichbaren tolben-Brennkraftmaschinen. Außerdem wirkt sich bei einstufigen Gas turbinen ihre große Abtriebsdrehzahl, die meistens erst durch Zwischen schaltung eines Reduziergetriebes technisch genutzt werden kann, nachteilig aus.
Gasturbinen mit geschlossenem Arbeitsprozeß besitzen einen großen, durch einen komplizierten mechanischen Aufbau- erkauften, thermischen Wirkungsgrad. Das selbe gilt auch iUr Dampfmaschinen.
A U F G A B.E Die Stellung dieser Aufgabe basiert auf der vorgehend beschrir benen Kritik am Stand der Technik. Um die dort aufgeführten Nachteile zu vermeiden, muß die neu zu schaffende Brennkraftmaschine folgende Bedingungen flr?LLUen: - Die Verbrennung muß mit einem maximalen thermischen Wirkungsgrad erfolgenlll Deshalb kommen nur maximale Verdichtungsverhältnisse und eine Gleichraumverbrennung zur Anwendung.
- Um dabei eine giftarme Verbrennung zu gewährleisten, muß der Brennstoff mit großem Luftüberschuß und ohne Zugabe von chemischen Mitteln zur Verbrennung gebracht werden.
- Zur Kompensierung der durch die latente Energiekrise zukünftig zu erwartenden Schwierigkeiten in der Versorgung mit Brennstoffen, muß der Betrieb wahlweise, kurzfristig und unkompliziert auf die Verbrennung von verschiedenartigen Brennstoffen wie: Gase, Öle, Benzine,-oder andere brennbare Flüssigkeiten, Emulsionen und bedingt auch auf staubförmige Brennstoffe, umstellbar sein. Dabei muß der Schmierstoffverbrauch möglichst klein gehalten werden.
- Um einen möglichst gleich groß bleibenden thermischen Wirkungsgrad bei der wahlweise Verwendung von verschiedenartigen Brennstoffen zu gewährleisten, muß das Verdichtungsverhältnis des jeweils verwendeten Brennstoff- Luftgemisches an die Verbrennungscharakteristik des Jeweils verwendeten Brennstoffes, unkompliziert und kurzfristig, anpaßbar sein.
- Alle notwendigen Funktionen müssen mit möglichst einfachen Mechanismen durchgeführt werden.
Demnach muß die neu zu schaffende golben- Brennkraftmaschlne mit nur einem, im Zweitakt arbeitenden Freikolben und mit zwei schiebergesteuerten Brennräumen arbeiten. Dabei muß auf alle, die lineare Kolbenbewegung in einen rotierenden Abtrieb umwandelnde Mechanismen wie: Kurbelwellentriebe, Taumelscheibenb und andere, die gleiche Funktion erfüllende Nechanismen, verzichtet werden.
- Zur Vermeidung von komplizierten Zusatzeinrichtungen wie zum Bei spiel Einspritzpumpen, Vorkammern und ähnliches, zwecks Erzeugung und Steuerung der Wendung, muß letztere in den Brennräumen infolge hoher Verdichtungsverhältnisse durch unmittelbare Selbsteündung erzeugt werden.
- Um ein kleines Leistungsgewicht zu erhalten, müssen große Kolbengeschwindigkeiten und große Arbeitsfrequenzen erreicht werden.
- Die Erzeugung von rotierenden Abtrieb muß nach der einfachen Art von einstufigen Gasturbinen, welche nach dem Reaktionagesetz arbeiten, erfolgen. Dabei soll ein maximaler Wirkungsgrad der Energieumsetzung bei Erzielung relativ kleiner Abtriebsdrehzahlen Bedingung sein.
- Die Energie der durch die tolben- Brennkraftmaschine aufgeheizten Kühlluft muß zur Erzeugung von rotierenden Abtrieb genutzt werden0 - Der Massenausgleich für die nach den vorgehend gestellten Bedingungen arbeitenden Kolben- Brennkraftmasfhine muß ohne Verwendung von zusätzlichen Auagleichmassen vollkommen sein.
- Da große Verdichtungsverhältnisse Bedingung sind, wird beim Anlaßvorgang die Erzeugung großer DrUcke notwendig. Diese müssen durch eine mechanisch einfache Vorrichtung erreicht werden.
- Die Schieberverluste müssen möglichst klein gehalten werden.
L Ö S U N G D E R A U F G A B;E U N D E R g 1 s L 3; A R E V O R E E E X E E Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch' Schaffung einer neuartigen Kolben- Brennkraftmaschine, welche die Eigenschaften einer Freikolben - Vielstoff - Reaktionsturbine be8itst, gelöst.
Die ihr zugrunde gelegten Verfahren und die zur Durchführung dieser Verfahren erforderlichen Vorrichtungen werden nachfolgend näher beschrieben.
1.) Verfahren für einen Verbrennungsprozeß in einer Freikolben-Brennkraftmaschine, mit Gleichraumverbrennung und unmittelbarer Selbstzündung eines - außerhalb von ihr - mit wahlweise verschiedenartigen Brennstoffen und großem Luftüberschuß aufbereitetem Brennstoff- Luftzemisches.
Außerhalb der Brennräume einer Freikolben- Brennkraftmaschine wird ein Brennstoff- Luftgemisch mit großem Luftüberschuß aufbereitet. Dieses kann wahlweise aus verschiedenartigen Brennstoffen wie: Gasen, Ölen, Benzinen, oder anderen brennbaren Flüssigkeiten* Emulsionen und bedingt auch aus staubförmigen Brennstoffen bestehen.
Dieses verschiedenartige Brennstoff- Luftgemisch wird dann nach einer Vorwärmung in die Brennräume einer Freikolben-Brennkraftmaschine geleitet, wo es durch ein extrem großes Verdichtungsverhältnis unmittelbar gezündet wird.
Die asz echterhaltung der Gleichraumverbrennung wird dadurch erreicht, daß die Masse des Freikolbens in Abhängigkeit von den Erfordernissen der Verbrennungscharakteristik des Jeweils gewählten Brennstoffes wahlweise so verändert werden kann, daß die in ihr aus der Jeweils vorangegangen Entspannungsphase gespeicherte kinetische Energie, außer zur Erzengung des zur unmittelbaren Selbetzündung erforderlichen extrem großen Verdichtungsverhiltnisses, auch noch zur Aufrechterhaltung eines konstanten Raumes der verbrennenden Gase ausreicht.
Um eine wahlweise Veränderung Nasse des Freikolbens zu ermöglichen, ist letzterer über eine starre Verbindung mit einem außerhalb der Freikolben- Brennkraftmaschine leicht zugänglich angeordnetem Ausgleichgewicht verbunden.
Die Größe der Masse dieses Ausgleichgewichtes kann durch wahlweise Zugabe oder Entnahme von geeichten Gewichten, welche an die Erfordernisse aller zur Verbrennung kommenden Brennstoffe angepaßt sind, kurzfristig und unkompliziert an den jeweils verwendeten Brennstoff angeglichen werden.
Dieses Verfahren bietet folgende Vorteile: a.) Wie das Temperatur-Entropie-Diagramm zeigt, wird die Größe des thermischen Wirkungsgrades einer Kolben- Brennkraftmaschine - außer durch die Größe ihres Verdichtungsverhältnisses - auch noch durch die Einhaltung einer Gleichraumverbrennung maßgebend bestimmt.
Dabei wird die Größe des erreichbaren Verdichtungsverhältnisses durch die Größe der Zündtemperatur des jeweils verwendeten Brennstoffes noch oben begrenzt.
Deshalb erreicht das Otto-Verfahren bei Gleichraumverbrennung, bedingt durch die Verwendung von Benzin mit relativ niedriger Zündtemperatur, infolge der sich dadurch ergebenden kleinen Verdichtungsverhältnisse, auch nur relativ kleine thermische Wirkungsgrade.
Dagegen erzeugt das Diesel-Verfahren, welches ok e Gleichraumverbrennung arbeitet, allein durch die Verwendung von Öl mit einer hohen Zündtemperatur, größere Verdichtungsverhältnisse und damit auch größere thermische Wirkungsgrade wie das Otto-Verfahren.
Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet mit unmittelbarer Selbstzündung und Gleichraumverbrennung eines extern aufbereiteten Brennstoff-Luftgemisches mit großem Luftüberschuß.
Dieser große Luftüberschuß ermöglicht im angepaßtem Zusammenspiel mit einem variablen Verdichtungsverhältnis höhere Zündtemperaturen, wie in den bisher bekannten Kolben- Brennkraftmaschinen möglich gewesen.
Dadurch zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren, trotz der M6glichkeit einer wahlweisen Verwendung von verschiedenartigen Brennstoffen durch einen maximal großen, von keinem bis heute öffentlich bekannt gewordenen Verfahren für Kolben- Brennkraftmaschinen erreichbaren, thermischen Wirkungsgrad. aus.
b.) Die erfindungsgemäße Freikolben - Vielstoff - Reaktionsturbine besitzt keinen zwangsweisen Zusammenhang zwischen dem Verbrennungsablauf und den die lineare Kolbenbewegung in einen rotierenden Abtrieb umwandelnden Mechanismen. Deshalb eignet sie sich besonders für Verbrennungsabläufe mit unmittelbarer Selbstzündung, unbeherrschbarem Zündzeitpunkt, variablen Verdichtungsverhältnissen und großen Verdichtungsbeim. Verbrennungedrücken.
c.) Im Gegensatz zu Eolben- Brennkraftmaschinen mit Kurbelwellentrieben übertragen Freikolben- Brennkraftmaschinen keine Querkräfte auf die Zylinderwand. Deshalb kann die durch unmittelbare Selbstzündung erzeugte extrem große Reaktionsgeschwindigkeit des verbrennenden Brennstoff- Luftgemisches voll zur Erzeugung einer großen Kolbengeschwindigkeit und damit großer Arbeitsfrequenzen beim. eines kleinen Leistungegewichtes genutzt werden.
d.) Da die Verbrennung des Brennstoff- Luftgemisches mit großem BuftUberschuß durch unmittelbare Selbstzündung bei großen Verdichtungsdrllcken und großen Verbrennungstemperaturen ohne Zugabe von chemischen Mitteln erfolgt, wird eine giftarme Verbrennung gewährleistet.
e.) Durch die Möglichkeit der wahlweisen Angleichung der Masse des Freikolbens und des Verdichtungsverhältnisses an die Verbrennungscharakteristik des Jeweils sur Verfügung stehenden Brennstoffes, können auch verschiedenartige Brennstoffe mit großem thermischen Wirkungsgrad betrieben werden.
Bei plötzlich auftretenden Engpässen in der Versorgung mit einem bestimmten Brennstoff kann die Freikolben - Vielstoff Reaktionsturbiné sofort und unkompliziert auf den Betrieb mit auareichend zur Verfügung stehenden' Brennstoffen, wie 1. B. Emulsionen oder staubförmige Brennstoffe,'este1 werden.
2.) Verfahren für eine Freikolben- Brennkraftmaschine zur Erzeugung von rotierenden Abtrieb.
Der Zylinder einer Freikolben- Brennkraftmaschine wie unter 1.) näher beschrieben, dient zusätzlich als Zylinder-Hohlwelle. Diese ist um ihre Längsachse drehbar gelagert. Sie trägt mittig eine fest auf ihr aufsitzende hohle Reaktionsturbine.
Das in der Freikolben- Brennkraftmaschine aufgeheizte Gas durchströmt die hohle Reaktionsturbine in radialer Richtung von Innen nach Außen. Es wird dann durch eine Anzahl am Umfang der hohlen Reaktionsturbine angeordneten Ausströmdüsen tangential umgelenkt.
Diese tangentiale Umlenkung erfolgt unter Berücksichtigung des Düsenstrahlablenkungswinkels derart, daß die absolute Ausströmrichtung der aus den Ausströmdüsen ausströmenden, aufgeheizten Gase genau tangential gerichtet verläuft.
Dabei wird die hohle Reaktionsturbine und die Freikolben-Brennkraftmaschine nach dem Reaktionsgesetz in rotierenden Abtrieb versetzt.
Dieses Verfahren bietet folgende Vorteile: a.) Dieses erfindungsgemäße Verfahren vereinigt den Vorteil des großen thermischen Wirkungsgrades einer nach 1.) arbeitenden Freikolben- Brennkraftmaschine, mit dem Vorteil der mechanisch einfachen Art der Erzeugung von rotierenden Abtrieb nach Art von einstufigen Gasturbinen.
b.) Wie bis heute bekannt, können die Neigungswinkel von Ausströmdüsen aus konstruktiven Gründen nicht kleiner wie ca.100 ausgeführt. werden. Dadurch wird der maximale Wirkungsgrad der Energieumsetzung des Wärmegefälles in rotierenden Ab-' trieb negativ beeinflußt. Dagegen kann bei dem neuen Verfahren eine abeolute Ausströmrichtung von 00, bezw. genau tangential gerichtet, erreicht werden. Damit wird ein max.
Wirkungsgrad der Energieumsetzung erreicht.
c.) Die Nassenträgheit der strömenden,aufgeheizten Gase einerseits, sowie andererseits die durch die rotierende, hohle Reaktionsturbine erzeugte Gebläsewirkung bildet in den Brennräumen der Preikolben- Brennkraftmaschine einen Unterdruck. Durch diesen wird eine gute Entleerung der Brennräume von Resten der verbrannten Gase, sowie eine schnelle und voflkommeneiilung mit Brennstoff- Luftgemisch gewährleistet.
3.) Verfahren zur Erzeugung kleiner Abtriebsdrehzahlen für eine einstufige Reaktionsturbine, bei Umwandlung eines ganzen zur Verfügung stehenden Wärmegefälles in Geschwindigkeit bei Nutzbarmachung von tühlwärme, zu 1.) und 2.).
In der unter 2.) beschriebenen hohlen Reaktionsturbine ist ein ringförmiger InJektor-Mischraum angeordnet. In diesem beschleunigt das einströmende, aufgeheizte Gas, welches einen bestimmten Primärimpuls besitzt, eine von außerhalb suströmende, aufgeheizte Kühlluft. Diese kann beispielsweise von den Zylinderköpfen der unter 1.) beschriebenen Freikolben- Brennkraftmaschine kommen. Das Zusammenwirken des Primärimpulses und des Eühlluftimpulses im InJektor-Mischraum ergibt den an den Auströmdüsen den rotierenden Abtrieb bewirkenden Sekundärimpuls.
Die sich ergebenden Vorteile sind: a.) Zur Umwandlung eines ganzen zur Verfügung stehenden Wärmegefälles innerhalb einer Stufe in Ausströmgeschwindigkeit, bei maximalen Wirkungsgrad dieser Energieumsetzung, muß die: Ausströmgeschwindigkeit doppelt so groß wie diz Umfangsgeschwindigkeit der Reaktionsturbine sein.
Diese Bedingung ergibt: große, technisch meist nicht direkt verwendbare Abtriebsdrehzahlen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren setzt sich der den rotierenden Abtrieb bewirkende Sekundärimpuls aus dem Primkrimpuls und dem Kühlluftimpuls zusammen. Dadurch ist der Sekundärimpuls größer als der Primärimpuls. Außerdem besitzt: der Sekundärimpuls eine kleinere Geschwindigkeit und eine: größere Masse als der Primärimpuls und macht dadurch kleinere Abtriebsdrehzahlen bei maximalen Wirkunsgrad der Energie umsetzung möglich.
b.) Die Energie der aufgeheizten Kühlluft geht nicht; - wie bisher, vor allem bei kleinen Kolben- Brennkraftmaschinen allgemein üblich - verloren.
Da die aufgeheizte Kühlluft mit ihrem Kühlluftimpuls den Primärimpuls verstärkt, wird auch ihre Energie zur Erzeugung von rotierendem Abtrieb genutzt.
4.) Verfahren zur Erzeugung eines vollkommenen Massenauegleiches, ohne Verwendung von zusätzlichen Ausgleichmassen, zu 1.) und 2.).
Die in den Brennräumen der unter 1.) beschriebenen Freikolben- Brennkraftmaschine wirkenden Drücke beschleunigen, bezw.
verzögern einerseits die Masse des Freikolbens mit seinem Zubehör, andererseits die Masse der Zylinder-Hohlwelle mit der mittig fest aufsitzenden hohlen Reaktionsturbine, zu-und' voneinander.
Dabei werden diese beiden Massen um einen gemeinsamen Massenschwerpunkt in Richtung ihrer gemeinsamen Längsachse, frei gegeneinander schwingend, angeordnet.
Den Gesetzen der Mechanik folgend, verhalten sich dabei ihre Schwingweiten umgekehrt proportional zu den ihnen zugeordneten Massen. Dabei schwingt einerseits der Freikolben mit Zubehör, bedingt durch seine kleinere Masse, mit einer größeren Schwingweite, welche seinem Hub entspricht.
Die Zylinder-Hohlwelle mit der mittig fest aufsitzenden, hohlen Reaktionsturbine schwingt dabei, bedingt durch ihre größere Masse, mit einer kleineren Schwingweite.
Letztere wird über ein elastisches Kupplungssystem, welches auf einer Abtriebswelle fest aufsitzt, progressiv begrenzt.
Dieses elastische Kupplungssystem wirkt zur Übertragung des rotierenden Abtriebes in Richtung des rotierenden Abtriebesstarr. In Richtung der gemeinsamen Längsachse der beiden Ac} sen Jedoch, zur Begrenzung der kleineren Schwingweite der Masse der Zylinder-Hohlwelle mit mittig aufsitzender, hohlen Reaktionsturbine, progressiv von elastisch bis starr.
Damit wird folgendes möglich: a.) Es wird ein vollkommener Massenausgleich der beiden um einen gemeinsamen Massenschwerpunkt schwingenden Massen erreicht.
Da keine zusätzlichen Ausgleichmassen benötigt werden, ergibt sich eine Vereinfachung des mechanischen Aufbaues.
5.) Verfahren zum resonanzartigen Anlassen einer Freikolben-Brennkraftmaschine, zu 1.) bis 4.).
Zwischen den beiden, unter 4.) näher beschriebenen, in Richtung ihrer gemeinsamen Längsachse frei zueinander schwingenden Massen, wird ein Elektromagnet zwischengeschaltet.
Dieser ist auf der Seite des unter 1.) beschriebenen Ausgleichgewichtes, auf dem Ende der Zylinder-Hohlwelle fixiert.
Eine nicht zur vorliegenden Erfindung gehörende elektrische Steuerung aktiviert den Elektromagneten derart, daß zwischen letzterem und dem Ausgleichgewicht, in ihrer Wirkung wechselweise umgepolte elektromagnetische Felder erzeugt werden.
Dadurch wird einerseits die Masse des Ausgleichgewichtes mit der starren Verbindung und der Freikolben, sowie andererseits die Nasse des Elektromagneten mit der Zylinder-Hohlwelle und die mittig fest auf ihr aufsitzende, hohle Reaktionsturbine, wechselweise zueinander angezogen und soneinander abgestoßen. Diese Anziehung und Abstoßung der frei zueinander schwein genden Massen wird durch die elektrische Steuerung, synchron im Takt mit den Verdichtungsdrticken in den Brennräumen 8o lange mit steigender Frequenz "aufgeschaukelt", bis sich die in den Brennräumen befindliche Luft jeweils 8o hoch verdichtet, daß die eo erzeugte Verdichtungstemperatur das jeweils verwendete Brennstoff- Luftgemisch zur unmittelbaren Selbstzündung bringen kann. Dann schaltet die elektrische Steuer rung die Aufbereitungsanlage ein. Diese teilt dann der zu den Brennräumen strömenden Luft, eine zur Aufrechterhaltung des Leerlaufen benötigte Menge an Brennstoff zu. Dieses Brennstoff-Buftgemisch wird dann in den Brennräumen nach erfolge ter Selbstzündung bei gleichbleibendem Volumen verbrannt Die Freikolben- Brcnnkraftmaschive nimmt dann ihren selbsttätigen Betrieb auf. Dann schaltet die elektrische Steuerung die Funktion des Elektromagneten vom Anlasser zum Stronversorger für elektrische Eilfseinrichtungen um.
Vorteile dieses Verfahrens sind: a.) Die zur Erreichung der unmittelbaren Selbstzündung erforderlichen, extrem großen Verdichtungsdrücke, werden durch ein mechanisch einfaches und billig zu fertigendes System erzeugt.
b.) Die Doppelfunktion des Elektromagneten, einerseits als Impulsgeber für den Anlaßvorgang, andererseits als Stromerzeuger für elektrische Hilfseinrichtungen während des Betriebes} ergibt eine weitere Vereinfachung des mechanischen Aufbaues.
6.) Ausführung der Verfahren nach 1.) bis 5.) durch eine Preikolben - Vielstoff - Reaktionsturbine.
Die Basis bildet eine im Zweitakt arbeitende, doppelt wirkende Freikolben- Brennkraftmaschine mit nur einem Freikolben. Bei dieser erfolgt die Zuführung eines extern von ihr, in einer Aufbereitungsanlage aufbereiteten, wahlweise verschiedenartigem Brennstoff- Luftgemisch in die beiden einander gegenüberliegenden Brennräume, über einen rohrförmigen Steuerschieber. Dieser wird etwa mittig von einem doppelt wirkenden Freikolben umschlossen. Beide, der rohrförmige Steuerschieber und der doppelt wirkende Freikolben, sind im Inneren einer Zylinder- Hohlwelle in Richtung deren Längsachse verschiebbar gelagert.
Dabei verJüngen sich die Stirnseiten der Zylinder- Hohlwelle le zu Führungsbüchsen. Diese dienen mit ihrer Innenseite sur Führung des rohrförmigen Steuerschiebers. Andererseits werden sie auf ihrer Außenseite von den die Zylinder- Hohlwelle tragenden Lager umschlossen.
Beidseits des doppelt wirkenden Freikolbens sind im rohrförmigen Steuerschieber je eine Reihe von Einströmöffnungen angeordnet. Diese werden in Abhängigkeit von der Stellung des doppelt wirkenden Preikolbens in Bezug auf die Führungebüchsen, durch letztere wechselseitig verdeckt oder geöffnet.
Dadurch kann das von der Aufbereitungsanlage über den rohrförmigen Steuerschieber zuströmende Brennstoff- Luftgemisch, wechselseitig, in einen der beiden Brennräume geleitet werden Dort wird es dann in folge hoher Verdichtungsverhältnisse durch unmittelbare Selbstzündung gezündet und wie bereits unter 1.) beschrieben,im Gleichraum verbrannt. Die Steuerung der so in den Brennräumen wechselseitig aufgeheizten Gase zu der hohlen Reaktionsturbine,erfolgt durch mittig in der Zylinder- Hohlwelle angeordnete Ausströmöffnungen,im wechselseitigem Zusammenspiel mit den beiden Außenkanten des doppelt wirkenden Freikolbens.
Die zur Kühlung der Brennräume aufgeheizte Kühlluft wird zur Erzeugung von rotierenden Abtrieb genutzt. Zu diesem Zweck sind die Außenseiten der Brennräume mit in Richtung ihrer Längsachse verlaufenden, als Gebläseschaufeln wirkende, durch Deckmäntel umhüllte Kühlrippen, versehen. Letztere sind nach.
den Gesetzen der Thermodynamik so ausgebildet, daß die von der Kühlluft zur Kühlung der Brennräume aufgenommene Wärme zur Vergrößerung der Geschwindigkeit der Kühlluft dient.
Bei der vorgehend beschriebenen Schiebersteuerung treten Verluste des Brennstoff- Luftgemisches auf. Um diese für den rotierenden Abtrieb nutzbar machen zu können, ist in der hohlen Reaktionsturbine ein als Glühkörper wirkender Beitschaufelkranz angeordnet. An diesem verbrennen die aus den Brennräumen überatrömenden Reste von unverbranntem Brennstoff-Luftgemisch im Strom der von den Brennräumen kommenden Kühlluft.
Zur Erreichung von großen Kolbengeschwindigkeit durch kleine Flächenpressung ist der rohrförmige Steuerschieber so biegesteif ausgebildet, daß die durch die Fliehkräfte bedingten, quer zu seiner Längsachse auftretende Durchbiegung, kleiner wie das Spiel zwischen der Innenseite der Zylinder- Hohlwelle und dem doppelt wirkenden Freikolben ist. Dadurch wird eine Berürüng zwischen dem letsteren und der Zylinder- Hohlwelle völlig vermieden.
Die das Kupplungssystem nach 4.) tragende Kupplungsscheibe, ist als Gebläse zur Abfthrung der durch die Federarbeit des Kupplungssystems erzeugten Wärme ausgebildet.
Durch diese Ausführung ergeben sich folgende Vorteile: a.) Der doppelt wirkende* im Zweitakt arbeitende, schiebergesteuerte Freikolben gewährleistet einen äußerst einfachen mechanischen Aufbau der Freikolben- Brennkraftmaschine.
b.) Die von den Brennräumen an die Kühlluft abgegebenen Wärme geht nicht, wie bisher üblich verloren, sondern wird zur Erzeugung von rotierenden Abtrieb genutzt.
c.) Die durch Schiebersteuerung grundsätzlich auftretenden Verluste an überströmenden, unverbranntem Brennstoff- Luftgemisch werden durch eine nachträgliche Verbrennung für die Erzeugung von rotierenden Abtrieb genutzt.
d.) Da durch die biegesteife Ausführung des rohrförmigen Steuerschiebers eine Berührung zwischem dem doppelt wirkendem Freikolben und der Wand der Zylinder- Hohlwelle grundsätzlich vermieden wird, werden maximale Kolbengeschwindigkeiten und dadurch auch große Arbeitsfrequenzen und kleine Leistungsgewichte, bei geringem Schmierstoffverbrauch, erreichbar.
e.) Die durch die Federarbeit des Kupplungssystems frei werdende Wärme kann, beispielsweise zur Innenheizung von P.K.W. , genutzt werden.
Ausführungsbeispiel einer Freikolben - Vielstoff - Reaktionsturbine.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung zeigt ein nachfolgend im Aufbau und in der Wirkungsweise beschriebenes Ausführungsbeispiel, welches nach den vorgehend unter Punkt 1.) bis 6.) beschriebenen Verfahren und deren Ausführung aufgebaut und auf den beiliegenden Zeichnungen Nr.: 1 und 2 dargestellt ist.
AUFBAU: Zeichnung Nr.: 1. ( Schnitt: C-D ) Auf einer doppelt wirkenden Freikolben- Brennkraftmaschine 1 sitzt mittig eine hohle Reaktionsturbine 2 fest auf.
Beide werden von einem, auf einem Fundament 3 über Puffer 4 verlagertem Gehäuse 5, umschlossen. Dieses wird von einer Reihe Kühlluftöffnungen 6 zum Massenausgleich und von zwei Reihen von Kühlluftöffnungen 7 zur Freikolben- Brennkraftmaschine 1 durchbrochen. Außerdem erweitert sich das Gehäuse 5 über der Reaktionsturbine 2 in der Ebene der Hochachse Y zu einer spiralförmigen Abgasleitung 8.
Das rechte Ende des Gehäuses 5 wird von einem Ansaugtrichter 9 gebildet. In diesem ist eine in der X-Achse in Richtung a oder b verschiebbare Einspritzdüse 10 angeordnet, weiche durch einen aerodynamisch geformten Düsenkörper 11 umhüllt wird.
Die Einspritzdüse 10 steht mit einer Aufbereitungsanlage 12 in Verbindung. Die jeweils gewünschte Abtriebsleistung N wird über einen Leistungshebel 13 vorgewählt.
Die Aufbereitungsanlage 12 ist mit einem Behälter für Brennstoff 14 und mit einem Behälter für Kühlstoff 15 verbunden.
Ein doppelt wirkender Freikolben 20 mit kegelförmigen Stirnseiten 21 sitzt-mittig auf einem rohrförmigen Steuerschieber 23 fest auf. Letzterer wird in der Nähe seiner Enden durch Je eine Reihe von Einströmöffnungen 24 durchbrochen.
Die Stirnseiten des rohrförmigen Steuerschiebers 23 sind offen, wobei die rechte Öffnung mit dem Ansaugtrichter 9 gleitend verbunden ist.
Das rechte Ende des rohrförmigen Steuerschiebers 23 trägt ein ringförmiges Ausgleichgewicht 27, welches eine veränderbare Masse besitzt. Diese besteht aus kalibrierten, ringförmigen Teilgewichten oder Granulaten aus Schwermetall (27a).
Der doppelt wirkende Freikolben 20 ist in einer Zylinder- Hohlwelle 33 in Richtung deren Längsachse X gleitend gelagert.
Dabei dienen Innenkolbenringe 32 und Außenkolbenringe 19 zur Abdichtung. Letztere besitzen Außenkanten mit einem Keilwinkel ß. Siehe Zeichnung Nr.: 2, Abb. 1.
Die Zylinder- Hohlwelle 33 wird an ihren beiden Enden durch je einen, an die kegelförmigen Stirnseiten 21 des Freikolbens 20 angepaßten Brennraum 34, abgeschlossen. Diese Brennräume 34 verjüngen sich zentral in Richtung der Längsachse X zu je einer Führungsbüchse 31. Diese dienen einerseits zur Führung des rohrförmigen Steuerschiebers 23 mit mittig aufsitzenden doppelt wirkenden Freikolben 20. Ande:r-erseits bilden sie eine Hohlwelle für zwei im Gehäuse 5 fixierte Lager 30, welche nach den Regeln des Maschinenbaues so konstruiert sind, daß die von ihnen über die Führungsbüchsen 31 getragene Zylinder- Hohlwelle 33 in Richtung der Längsachse X frei hin und her schwingen und dabei gleichzeitig ungehindert um die Längsachse X frei in Richtung des rotierenden Abtriebes R rotieren kann.
Der von den Führungsbüchsen 31 geführte rohrfcrmige Steuerschieber 23 ist kons X tiv so biegesteif ausgebildet, daß seine durch Fliehkräfte C bedingte Durchbiegung f, kleiner als das Freikolbenspiel sk ist.(Siehe Zeichnung Nr.: 2, Abb. 1.) Die linke Führungsbüchse 31 ist verschlossen. Auf ihrem linken Ende sitzt eine Kupplungsscheibe 47 fest auf. Diese erfüllt zusätzlich die Funktion eines Kühlluftgebläses 48, welches beidseitig Kupplungsnocken 46 in ringförmiger Anordnung trägt.
Diese Kupplungsnocken 46 sind mit je einem ringförmigen, im Kupplungsgehäuse 44 fixierten, Kupplungsring 45 fest verbunden.
Die Kupplungsringe 45 bestehen aus elastischem Werkstoff.
Das Kupplungsgehäuse 44 selber sitzt auf einer von zwei Lagern 43 getragenen Abtriebswelle 42 fest auf.
Auf dem rechten Ende der rechten, offenen Führungsbüchse 31 ist ein Elektromagnet 25 befestigt. Dieser wird durch einen, von einer elektrischen Steuerung 28 beeinflußten Induktor 26, beaufschlagt. Die elektrische Steuerung 28 steht außerdem mit elektrischen Hilseinrichtungen 29 in Verbindung.
Wie die Aufbereitungsanlage 12, ist auch der Elektromagnet 25, der Induktor 26, die elektrische Steuerung 28, die elektrischen Hilfseinrichtungen 29, sowie die Lager 30 und 43 nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung und werden deshalb auch nicht: näher beschrieben.
Über eine mittig zwischen den beiden Brennräumen 34 angeordneten Reihe von Ausströmöffnungen 37 in der Zylinder- Hohlwelle 33, sitzt die hohle Reaktionsturbine 2 fest auf. Die Nabe der hohlen Reaktionsturbine 2 wird durch einen ringförmigen Düsenkranz 38 gebildet. Auf der Außenseite der Zylinder- Hohlwelle 33 und auf der Außenseite des ringförmigen Ddsenkranses 38 sind parallel zur Längsachse 1 verlaufend, als Gebläseschaufeln wirkende Kühlrippen 35 angeordnet, welche durch konische Deckmäntel 36 naohi-Außen abgeschlossen werden.
Letztere sind ein Teil der hohlen Reaktionsturbine 2 und vereinigen sich über dem ringförmigen Düsenkrans 38 zu einem ringförmigen Injektor- Mischraum 39.
Siehe auch Zeichnungs Nr.: 2, Schnitt: A-HC Im ringförmigen Injektor- Mischraum 39 iet eine Anzahl von als Glülikörper wirkenden Leitschaufeln 40 befestigt. Den Abschluß des Umfanges der hohlen Reaktionsturbine 2 bildet eine Anzahl von Ausströmdüsen 41. Ihre Ausströmrichtung 5-5 ist um den DUsenstrahl- Ablenkungsvinkel o: von der Tangente T zum Zentrum O hin versetzt ausgerichtet.
W. I R K U N or S W E I S. E : Anlaßvorgang: Die Freikolben - Vielstoff - Reaktionsturbine befindet sich zunächst im Stillstand.
Durch Einschalten der elektrischen Steuerung 28 wird über den Induktor 26 der Elektromagnet 25 aktiviert.
Das sich dadurch bildende elektromagnetische Feld beschleunigt dann zum Beispiel den als Magnetkern wirkenden, doppelt wirkenden Freikolben 20 mit dem rohrförmigen Steuerschieber 23 und das Ausgleichgewicht 27 in Richtung b. Als Reaktion dazu wird die Zylinder- Hohlwelle 33 mit der hohlen Reaktionsturbine 2 und dem Elektromagneten 25 in Richtung a beschleunigt. Dadurch wird die im rechten Brennraum 34 eingeschlossene Luft 16 so lange verdichtet, bis die kinetische Energie der gegeneinander beschleunigten Massen in dem sich bildenden Verdichtungsdruck als potentielle Energie gespeichert ist. Dann polt die elektrische Steuerung 28 die Wirkungsrichtung des durch den Elektromagneten 25 erzeugten elektromagnetischen Feldes um. Darauf beginnt sich die im rechten Brennraum 34 verdichtete Luft 16 zu entspannen. Die in ihrem Verdichtungsdruck gespeicherte potentielle Energie wandelt sich in dieser Entspannungsphase wieder in kinetische Energie um. Als Folge davon wird der vom Elektromagneten 25 neu eingeleitete Impuls, um den Impuls der im Verdichtungsdruck im rechten Brennraum 34 vorgehend gespeicherten und jetzt wieder abgegebenen potentiellen Energie, verstärkt. Der so neu gebildete, verstärkte Impuls, beschleunigt dann den rohrförmigen Steuerschieber 23 mit dem doppelt wirkenden Freikolben 20 und das Ausgleichgewicht 27 in Richtung a und die Zylinder- Hohlwelle 33 mit der hohlen Reaktionsturbine 2 und den Elektromagnetem 25 in Richtundb. Damit wird der sich nachfolgend im linken trennraum 34 bildende Verdichtungsdruck größer wie der vorgehend im rechten Brennraum 34 erzeugte. Nach Erreichung des Jeweils derart erzeugten höchsten Verdichtungsdruckes in einem der beiden Brennräume 34 polt die elektrische Steuerung 28 fortlaufend und mit progressiv steigender Frequenz die Wirkungsrichtung des Elektromagneten 25 eo lange um, bis durch dieses resonanzartige "Aufschaukeln", die zur Selbstzündung des jeweils verwendeten Brennstoffes 14 notwendige Verdichtungstemperatur erreicht wird.
Dann setzt die elektrische Steuerung 28 die Aufbereitungsanlage 12 in Betrieb.
Diese teilt der über den Ansaugtriehter 9 dem rohrförmigen- Steuerschiebers 23 zuströmenden Luft 16 eine bestimmte, für den Leerlauf notwendige Menge von Brennstoff 14 zu. Das so erzeugte Brennstoff - Luftgemisch 14+16 wird dabei grundsätzlich aus einem extrem großen Anteil an Luftüber.chuß gebildet. Dieses Brennstoff - Luftgemisch 14+16 gelangt dann wechselseitig über eine der Einströmöffnungen 24 des rohrförmigen Steuerschiebers 23 in einen der Brennräume 34. Dabei wird das Brennstoff - Luftgemisch 14+16 vorgewärmt und der doppelt wirkende Freikolben 20 gleichzeitig von Innen gekühlt. In den Brennräumen 34 wird dann das Brennstoff - Luftgemisch 14+16 durch extrem hohe Verdichtung.-verhältnisse, bei unmittelbare Selbstzündung verbrannt.
Die durch diese Verbrennung aufgeheizten Gase 22 beschleunigen die Massen des rohrförmigen Steuerschiebers 23 mit doppelt wirkendem Freikolben 20 und die Massen der Zylinder - Hohlwelle 39 mit der mittig fest aufsitzenden hohlen Reaktionsturbine 2 samt Zubehör auf die bereits beschriebene Weise wechselseitig gegeneifr ander. Die Funktion des Elektromagneten 25 als Impulsgeber zum Anlassen wird jetzt überflüßig. Er wird von der elektr. Steuerung 28 zum Stromerzeuger für elektr. Hilfseinrichtungen 29 umgeschaltet. Die Freikolben - Vielstoff - Reaktionsturbine befindet sich Jetzt im LEERLAUF.
BETRIEB der Freikolben - Vielstoff - Reaktionsturbine.
Die Freikolben - Vielstoff - Reaktionsturbine befindet sich zunächst im Leerlauf.
Der doppelt wirkende Freikolben 20 hat auf seinem Weg, beispielsweise in Richtung a, das sich im linken Brennraum 34 befindliche Brennstoff - Luftgemisch 14+16 extrem hoch verdichtet. Durch die dabei entstehenden extrem großen Verdichtungsverhältnisse wird das Brennstoff - Luftgemisch 14+16 unmittelbar und ohne Verwendung von Hilfseinrichtungen gezündet, Seine Verbrennung erfolgt mit extrem großen Verbrennungsgeschwindigkeiten, ähnlich der unter dem Begriff des "klopfen" bekannten Verbrennungsart. Dbm dadurch entstehenden, steil ansteigenden Verbrennungsdruck wirkt die in der Masse des doppelt wirkenden Freikolbens 20 gespeicherte kinetische Energie entgegen, welche wahlweise so groß bemessen wird1 daß die Größe der in ihr aus der jeweils vorangegangenen Verbrennungs- und Entspannungsphase gespeicherte potentiaelle Energie ihre Umwandlung in kinetische Energie erst bei Beendigung der nachfolgenden Verbrennungsphase, bei annähernder Aufrechterhaltung des Volumens der verbrennenden Gase 22, abgeschlossen hat.
Dadurch werden, wie auch schon unter dem Punkt 1.) hervorgehobenem Verfahren beschrieben, extrem große thermische Wirkungsgrade bei einer giftarmen Verbrennung erreichbar.
Die so aufgeheizten Gase 22 dehnen sich aus und beschleunigen dabei die anteiligen Massen ml und m2 wie schon vorgehend beschieben, von und gegeneinander. Dabei gibt der doppelt wirkende* de Freikolben 20 auf seinem Weg in Richtung b, über seine linke Außenkante zuerst die Ausströmöffnungen 37 frei. Aus diesem strömen die unter großem Druck stehenden, aufgeheizten Gase 22, mit großer Geschwindigkeit Pv und kleiner Masse Pm, mit dem daraus resultierenden Primärimpuls P, über den ringförmigen Düsenkranz 38 in den ringförmigen Injektor- Mischraum 39 der hohlen Reaktionsturbine 2 ein. Siehe auch Zeichnungs Nr.: 2, Schnitt: A-ES In dem ringförmigen Injektor- Mischraum 39 erfolgt die Vermischung mit der von den Kühlrippen 35 mit dem Kühlluftimpuls E kommenden, aufgeheizten Kühlluft 17, mit den aufgèizten Gasen 22.
Der sich daraus ergebende Sekundärimpuls S ist trotz der Verluste 6 im ringförmigen Injektor- Mischraum 39 größer wie der Primärimpuls P. Der Sekundärimpuls Stritt-dann mit kleinerer Geschwindigkeit Sv, Jedoch mit größerer Masse Sm, als wie die des Primärimpulses P, Pv und Pm, unter der Ausströmrichtung e, aus den Ausströmdüsen 41 über eine spiralförmigen Abgasleitung 8 ins Freie aus.
Die Ausströmrichtung 8 der Ausströmdüsen 41 ist um einen DUsenstrahl- Ablenkungswinkel « von der Tangente T in Richtung zum Zentrum O hin versetzt ausgerichtet.
Dadurch bedingt wirkt die absolute Ausströmrichtung des Sekundärimpulses S genau in Richtung der Tangente T. Diese genau tangential wirkende Ausströmrichtung ermöglicht nach dem Reaktionsgesetz einen maximalen Wirkungsgrad der Energieumsetzung des Sekundärimpulses S in rotierenden Abtrieb R.
Außerdem bewirkt einerseits die Massenträgheit der aus dem ringförmigen Injektor- Mischraum 39 ausströmenden, aufgeheizten Gase 22, sowie andererseits die durch die als Gebläseschaufeln wirkenden Kühlrippen 35 beschleunigte Kühlluft 17, bei geöffne ten Ausströmöffnungen 37, in den Brennräumen 34 einen Unterdruck.
Dieser gewährleistet einerseits bei geöffneten Ausströmöffnungen 37 eine schnelle und gründliche Entleerung der Brennräume 34 von Resten der aufgeheizten Gase 22. Andererseits bewirkt dieser Unterdruck bei geöffneten Einströmöffnungen 24, eine gute und schnell. Füllung der Brennräume 34 mit dem vom Ånsaugtrichter 9 und der Aufbereitungsanlage 12 kommenden Brennstoff- Luftgemisch 14+16.
Die durch die kurzzeitig offenen Ausströmöffnungen 37, für das Zweitakt- Verfahren charakteristischen Verluste von überströmenden Mengen von Brennstoff- Luftgemisch 14+16, werden hier dadurch vermieden, daß diese Reste von Brennstoff- Luftgemisch 14+ 16 an der in der hohlen Reaktionsturbine 2 angeordneten und als Glühkörper wirkenden Leitschaufeln 40 gezündet werden.
Sie verbrennen dann im Strom der aufgeheizten Kühlluft 17. Die so zusätzlich aufgeheizte Kühlluft 17 strömt dann über die Ausströmdüsen 41 aus. Der dadurch erzeugte, zusätzliche Impuls wandelt die in den durch die Ausströmöffnungen 37 überströmenden Mengen von Brennstoff- Luftgemisch 14+16 enthaltene Energie in rotierenden Abtrieb R um.
Zwischenzeitlich hat der doppelt wirkende Freikolben 20 auf seinem Weg in Richtung b seinen rechten, variablen, Umkehr- bezw.
Totpunkt U erreicht.
Dannach wird das im rechten Brennraum 34 verdichtete Brennstoff-Luftgemisch 14+16 in der bereits vorgehend beschriebenen Weise gezündet und die anteiligen Massen gleichfalls sinngemäß wie vorbeschrieben gegeneinander beschleunigt.
Der doppelt wirkende Freikolben 20 verschließt dabei auf seinem Weg in Richtung a zuerst durch seine linke Außenkante die Ausströmöffnungen 37.
Dannach verschließt der zusammen mit dem doppelt wirkenden Freikolben 20 in Richtung a beschleunigte rohrförmige Steuerschieber 23 über die Außenkante der linken Führungsbüchse 31, durch die linken Einströmöffnungen 24, den linken Brennraum 34.
Die Verdichtungsphase des in ihm eingeschlossenen Brennstoffluftgemisches 14+16 beginnt.
Unterdessen hat die. rechte Außenkante des doppelt wirkenden Freikolbens 20 die Ausströmöffnungen 37 freigegeben. Die im rschten Brennraum 34 aufgeheizten Gase 22 strömen dann in die hohle Reaktionsturbine 2, zwecks Erzeugung von rotierenden Abtrieb R, in der bereits vorgehend beschriebenen Weise ein.
Dann öffnen die rechten Einströmöffnungen 24 über die Außenkanten der rechten Führungsbüchse 31 den rechten Brennraum 34, welcher darauf hin mit Brennstoff- Luftgemisch 14+16 gefüllt wird.
Unterdessen hat der doppelt wirkende Freikolben 20 auf seinem Weg in Richtung a seinen linken, variablen, Amkehr- bezw. otpunkt U erreicht. Das im linken Brennraum 34 verdichtete Brennstoff- Luftgemisch 14+16 gelangt durch Selbstzündung zur Verbrennung. Die hohle Reaktionsturbine 2 mit der Zylinder- Hohlwelle 33 samt Zubehör werden in Richtung a und der doppelt wirkende Freikolben 20 mit dem rohrförmigen Steuerschieber 23 samt Zubehör in Richtung b beschleunigt.
Die Bewegungsabläufe wiederholen sich dann sinng äß.
Die Freikolben - Vielstoff - Reaktionsturbine befindet sich im Betrieb.
Dabei schwingen die Massen der hohlen Reaktionsturbine 2 mit der Zylinder- Hohlwelle 33 samt Zubehör mit der äußeren Schwingweite A. Entggesetzt. dazu schwingt der doppelt wirkende Freikolben 2Q mit dem rohrfUrmigen Steuerschieber 23 samt. Zubehör mit ihrer inneren Schwingweite, bezw. mit ihrem inneren Hub IL Diese beiden Nassensysteme schwingen in Richtung ihrer gemeinsamen Längsachse X um einen gemeinsamen Massenschwerpllnkt Mfrei gegeneinander. Gleichzeitig rotieren sie in Richtung des Abtriebes R.Die beiden Nassensysteme: befinden sich im Gleichgewicht.
Es verhalten sich dabei die Größen der frei gegeneinander schwingenden Massen umgekehrt proportional zu ihren Schwingweiten.
Demzufolge schwingen die kleineren Massen des doppelt wirkenden Freikolbens 20 und des rohrförmigen Steuerschiebers 23 mit einer größeren, dem variablen Hub H;entsprechenden, inneren Schwingweite. Dagegen schwingen die großen Massen der Zylinder- Hohlwelle 33 und der hohlen Reaktionsturbine 2 mit der kleineren, äußeren Schwingweite A. Letztere wird auf eine mit der linken Führungsbüchse 31 fest verbundenen Kupplungsscheibe 47 übertragen. Diese hat folgende Funktionen zu erfüllen. Die erste Funktion besteht in der Begrenzung der äußeren Schwingweite A im Raum. Zu diesem Zweck ist die Kupplungsscheibe 47 durch zwei beidseitig von ihr angeordneten, ringförmigen Kupplungsnocken 46, mit zwei beidseitig angeordneten elastischen Kupplungsringen 45 fest verbunden. Sie sind in einem, in Richtung der Längsachse X nicht verschiebbaren, Kupplungsgehäuse 44 fixiert und begrenzen die in Richtung der Längsachse X mit der äußeren Schwingweite A schwingenden Kupplungsscheibe 47 progressiv von elastisch bis starr. Dabei überträgt die Kupplungsscheibe 47 den um die Längsachse X rotierenden Abtrieb R über die in Richtung der Abtriebsdrehzahl n starr wirkenden Kupplungsringe 45 auf das gupplungsgehäuse 44 und von diesem auf die Abtriebswelle 42. Die zweite Funktion der Kupplungsscheibe 47 besteht in der Aufgabe1 die durch die Verformungsarbeit in den Kupplungsringen 45 erzeugte Wärme'abzuführen. Zu diesem Zweck ist die Kupplungsscheibe 47 als Kühlluftgebläse 48 ausgebildet, welches die über die ringförmigen Kupplungsnocken 46 von den gupplungsringen 45 aufgenommene Wärme auf die von den Kühlluftöffnungen 6 kommenden Kühlluft 18 überträgt. Eine im Gehäuse 5 angeordnete, spiralförmige Kühlluft Sammelleitung 49, leitet die aufgeheizte Kühlluft 18, beispielsweise nutzbringend zur PKW- Innenheizung, weiter.
Damit maximale Abtriebsleistungen N bei minimalen Gewichten der Freikolben - Vielstoff - Reaktionsturbine erreicht werden können, ist die Beherrschung großer Arbeitsfrequenzen und damit auch zwangsläufig die Beherrschung großer Kolbengeschwindigkeiten v notwendig. Unter der Voraussetzung einer optimalen Konstruktion nach allen Regeln des Maschinenbaues, wird die maximal mögliche Größe der Geschwindigkeit v des doppelt wirkenden Freikolbens 20, vor allem bei großen Temperaturen, durch die Größe der Flächenbelastung P zwischen der Außenseite des Freikolbens 20 und der Innenseite der Zylinder - Hohlwelle 33 begrenzt. (Siehe auch Zeich. Nr.: 2, Abb. 1).
Damit der Einfluß dieser Flächenbelastung P innerhalb der Brennräume 34, also im Bereich großer Temperaturen ausgeschlossen werden kann, ist der von den Führungsbüchsen 31 geführte rohrförmige Steuerschieber 23 so biegesteif konstruiert, daß unter Einhaltung der notwendigen Toleranzen eine Berührung des doppelt wirkenden Freikolbens 20 mit der Innenseite der Zylinder - Hohlwelle 33 völlig vermieden wird.
Auf diese Weise wird die Flächenbelastung P auf einen nur zur Abdichtung durch die Außenkolbenringe 19 erforderlichen Wert vermindert. Alle vom rohrförmigen Steuerschieber 23 mit mittig aufsitzenden, doppelt wirkenden Freikolben 20, quer zur Längsachse X übertragenen Fliehkräfte C, werden von den Führungsbüchsen 31 aufgenommen. Letztere liegen außerhalb dem Bereich von großen Temperaturen. Sie werden außerdem von der in das Gehäuse 5 einströmenden Kühlluft 17. umströmt, wodurch zusätzlich eine gute Wärmeabführung gewährleistet wird.
Dadurch wird die in den Führungsbüchsen 31 aufgenommene Flächenbelastung nur bei kleinen Temperaturen wirksam, wodurch maximale Geschwindigkeiten v des doppelt wirkenden Freikolbens 20 möglich werden.
Die Abdichtung der Brennräume 34 erfolgt einerseits durch die in den Führungsbüchsen 31 eingelassene Innenkolbenringe 32. Andererseits durch die auf dem doppelt wirkenden Freikolben 20 angeordneten Außenkolbenringe 19. Diese besitzen keilförmige Außenkanten mit einem Keilwinkel B. Die keilförmig geformten Außenkolbenringe 19 wirken als Abstreifer für die sich auf der Innenseite der Zylinder - Hohlwelle 33 festsetzenden Verbrennungsrückstände, welche als Abrieb zu den Ausströmöffnungen 37 befördert werden. Zur Vermeidung von toten Zonen für das Abstreifen,sinddle' Ausströmöffnungen 37 um einen Winkel s sur Längsachse X geneigt.
Der Abrieb wird dann durch den Strom der aufgeheizten Gase 22 nach Außen befördert.
Da erfindungsgemäß zwischen dem doppelt wirkenden Freikolben 20 und der Innenseite der Zylinder- Hohlwelle 33 keine Berührung erfolgen kann, wird in diesem Bereich eine Schmierung überflüßig.
Die Außenkolbenringe 19 werden nur durch das Brennstoff- Luft gemisch 14+16 geschmiert.
Die Schmierung der die Zylinder- Hohlwelle 33 tragenden Lager 30 und die Schmierung des durch die Führungsbüchsen 31 getragenen rohrförmigen Steuerschiebers 23 mit den Innenkolbenringen 32 erfolgt nach den bekannten Regeln des Maschinenbaues.
Steuerung der Abtriebsleistung N.
Die Aufbereitungsanlage 12 ist so programmiert, daß sie in Abhängigkeit von der Jeweils verlangten Abtriebsleistung N der zur Verbrennung bestimmten Luft 16 eine bestimmte Menge des Jeweils gewählten Brennstoffes 14 mit großem Luftüberschuß zuteilt.
Die Menge der dazu benötigten Luft 16 wird durch Veränderung des Querschnittes im Ansaugtrichter 9 durch Verschiebung der Einspritzdüse 10 und des Düsenkörpers 11 auf der Längsachse X in Richtung a, b erreicht. Die Vorwahl der Jeweiligen Abtriebsleistung N erfolgt durch einen Leistungshebel 13.
Bei extrem hohen thermischen Belastungen besteht die Möglichkeit zur Innenkühlung der Brennräume 36 Kühlstoff 15 in den Strom des Brennstoff- Luftgemisches 14+16 einzuspritzen.
Die Aufbereitungsanlage 12 selber ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung und wird deshalb auch nicht näher beschrieben.
Umstellung auf verschiedene Brennstoffe 14.
Wie schon vorgehend beschrieben, ist zur Erreichung der Selbstzündtemperatur, sowie zur Aufrechterhaltung eines annähernd konstanten Volumens während der Verbrennung des Brennstoff-Luftgemisches 1 14+16, 6; in Abhängigkeit von der Jeweils verwendeten Art des Brennstoffes 14, eine bestimmte Größe der Masse des doppeltcwirkenden Freikolbens 20 und des rohrförmigen Steuerschiebers 23, zwecks Speicherung von kinetischer Energie aus der Jeweils vorangegangenen Verbrennungsphase erforderlich.
Zur Umstellung auf die jeweils gewählte Art der Brennstoffes 14, muß die vorgehend genannte Masse auf die Verbrennungscharakteristik des neu verwendeten Brennstoffes 14 einstellbar sein.
Zu diesem Zweck ist der doppelt wirkende Freikolben 20 über den rohrförmigen Steuerschieber 23 mit einem Ausgleichgewicht 27 mit veränderbaren Masse starr verbunden.
Durch Demontage des Ansaugtriechters 9 wird das Ausgleichgewicht 27 leicht zugänglich gemacht. Es kann dann durch dosierte Zugabe oder Entnahme seiner aus geeichten Einzelgewichten, oder aus Schwermetallgranulat 27a bestehenden Masse, an die Verbrennungscharakteristik des jeweils gewählten Brennstoffes 14 angepaßt werden.
Nbehfolgend werden die aus der Lösung der vorgehend gestellten Aufgabe resultierenden Patentansprüche aufgeführt.
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Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1.) Freikolben-- Vielstoff - Reaktionsturbine, mit einer als Gaserzeuger wirkenden Freikolben- Brennkraftmaschine, deren Verbrennung sofort auf ein wahlweise verschiedenartiges, außerhalb ihrer Brennräume mit großem liuftuberschuß aufbereitetes Brennstoff; Luftgemisch umstellbar ist, wobei letzteres nach einer Vorwärmung durch eine Schiebersteuerung wechselweise in die Brennräume einströmt und in diesen durch einen doppelt wirkenden Freikolben und durch ein starr mit diesem verbundenem Ausgleichgewicht mit wahlweise veränderbaren, an die Verbrennungscharakteristik der Jeweils gewählten Art des Brennstoff- Luftgemisches anpaßbaren Masse und dadurch mit wahlweise variablem Hub und wahlweise veränderlichen Speicherkapazität für kinetische Energie, extrem so hoch verdichtet wird, daß das Brennstoff- Luftgemisch unmittelbar selbst zündet und;eine anschließende Gleichraumverbrennung erreicht wird, wonach das so aufgeheizte Gas eine mittig auffdem Zylinder der Freikolben- Brennkraftmaschine fest aufsitzende, hohle Reaktionsturbine von Innen nach Außen durchströmt und dann am Umfang genau tangential gerichtet ausströmt, wodurch die hohle Reaktionsturbine mit der Freikolben- Brennkraftmaschine in rotierenden Abtrieb versetzt wird, wobei zur Nutzung der Kühlwärme und zur Erzeugung kleiner Abtriebsdrehzahlen die von der Freikolben- Brennkraftmaschine kommende, extern aufgeheizte Kühlluft, zur Vergrößerung der Masse des ausströmenden, aufgeheizten Gases bei gleichzeitiger Verkleinerung seiner Ausströmgeschwindigkeit verwendet wird, außerdem sind die in folge der Verbrennungsabläufe gegeneinander beschleunigten und verzögerten Nassen des doppelt wirkenden Freikolbens mit dem starr verbundenen Ausgleichgewicht einerseits, sowie die Massen des Zylinders mit der hohlen Reaktionsturbine andererseits, um den diesen Massen gemeinsamen Massenschwerpunkt in Richtung ihrer gemeinsamen Längsachse frei schwingend gelagert, wobei nur die Schwingweite der Massen des Zylinders mit der hohlen Reaktionsturbine durch eine elastische Kupplung progressiv begrenzt, dagegen der rotierende Abtrieb starr auf eine Abtriebswelle übertragen wird, in der Ausführung nach den beiliegenden Zeichnungen Nr. 1 und Nr. 2, mit einem Verfahren für einen Verbrennungsprozeß. erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet. daß: in einer, außerhalb einer Freikolben- Brennkraftmaschine (1) angeordneten Aufbereitungsanlage (12), ein aus wahlweise verschiedenartigen Brennstoffen (14) wie: Gasen, Ölen, Benzinen, oder anderen brennbaren Flüssigkeiten, Emulsionen und bedingt auch aus staubförmigen, brennbaren Stoffen bestehendes, zur Erreichung großer Zündtemperaturen und einer giftarmen Verbrennung mit einem großen Luftüberschuß an Luft (16) aufbereitetes Brennstoff- Luftgemisch (14+16) nach einer Vorwärmung, beispielsweise in einem rohrförmigen Steuerschieber (23), in die Brennräume (34) der Freikolben-Brennkraftmaschine (1) geleitet wird, wo es dann durch einen Freikolben (20) mit wahlweise veränderbaren Größe seiner wirkenden Masse (m1) und dadurch mit wahlweise veränderbarem Hub (H) und mit wahlweise veränderbarem Verdichtungsverhältnis, nach Umwandlung eines Teiles der in dieser wirkenden Masse (m1) in der jeweils vorangegangenen Entspannungsphase gespeicherte kinetische Energie in potentielle Energie, extrem so hoch verdichtet wird, daß es ohne Verwendung von eine unmittelbare Selbstzündung ermöglichenden, erleichternden oder steuernden Einrichtungen oder Mitteln, in folge des großen Überschußes an Luft (16), erst bei großen Zündtemperaturen und damit erst bei hohen Verdichtungsverältnissen, unmittelbar selbst zündet und anschließend eine Gleichraumverbrennung durch Umwandlung des in der wirkenden Masse (ml) verbliebenen Teiles an kinetischer Energie in potentielle Energie, bei giftarmer Emission, aufrecht erhalten wird.
2.) Freikolben - Vielstoff - Reaktionsturbine, zum n1sVT)ruVchT.), mit einem Verfahren zur Erzeugung von rotierenden Abtrieb für eine Freikolben- Brennkraftmaschine. erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß: ein Zylinder (33), einer als Gaserzeuger wirkenden Freikolben- Brennkraftmaschine (1), zusätzlich die Funktion einer von Lagern (30) getragenen, um eine Längsachse (X) rotierenden Zylinder- Hohlwelle (33), mit einer auf der letzteren mittig fest aufsitzenden, hohlen Reaktionsturbine (2) übernimmt, wobei ein von der Freikolben- Brennkraftmaschine (1) aufgeheiztes Gas (22) in das Innere der hohlen Reaktionsturbine (2) geleitet wird, diese dann in radialer Richtung nach Außen durchströmt und danach durch eine Anzahl von am Umfang der hohlen Reaktionsturbine (2) angeordneten Ausströmdüsen (41) genau tangential gerichtet ausströmt, wodurch, nach dem Reaktionsgesetz, die Freikolben- Brennkraftmaschine (1) und die hohle Reaktionsturbine (2) um ihre gemeinsame Längsachse (X) in rotierenden Abtrieb (R) versetzt werden, wozu außerdem die Ausströmrichtung (s-s) der Ausströmdüsen (41) um die Größe des jeweils wirkenden Düsensttahlablenkungswinkels («) von der Tangente (T) zum Zentrum (0) hin geneigt angeordnet ist und außerdem die Ausströmgeschwindig keit (Pv), des mit dem Primärimpuls (;P) ausströmenden, aufgeheizten Gases (22), durch konstruktive Mittel doppelt so groß als die Umfangsgeschwindigkeit (Uv) der Ausströmdüsen (41) gehalten wird.
3.) Freikolben - Vielstoff - Reaktionsturbine zum AnsPruch 2.), mit einem Verfahren zur Erzeugung kleiner Abtriebsdrehzahlen durch Nutzung von gühlwärme, erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet. daß: das in der als Gaserzeuger wirkenden Freikolben- Brennkraftmaschine (1) aufgeheizte Gas (22) mit seinem Primärimpuls (P} seiner Geschwindigkeit (Pv) und seiner Masse (Pm), über einen Injektor (38,39), beispielsweise bestehend aus einem ring förmigen DWsenkranz (38) und einen den letzteren umhüllenden ringförmigen Injektor- Mischraum (39), in die hohleReaktionsturbine (2) geleitet wird, wo es durch die Injektorwirkung einen von außerhalb zuströmenden Luftstrom, beispielsweise die auf der Außenseite der Brennräume (34) der Freikolben- Brennkraftmaschine (1) aufgeheizte und dadurch mit vergrößerter Geschwindigkeit (Kv) zuströmende Kühlluft (17) mit ihrem Kühlluftimpuls (g) und ihrer Masse (kit), beschleunigt, wodurch ein aus den Ausströmdüsen (41) ausströmender, den rotierenden Abtrieb (R) erzeugender Sekundärimpuls (S) gebildet wird, welcher aus der. Summe der Massen (Pm+Em) des Primärimpulses (P) und des Kühlluftimpulses (K) besteht, jedoch eine kleinere Geschwindigkeit (Sv) als die Geschwindigkeit (Pv) des Primärimpulses (p) besitzt und dadurch kleinere Abtriebsdrehzahlen (n), bei großem Wirkungsgrad dieser Energieumsetzung, als bei einem direkt zum rotierenden Abtrieb (R) wirkenden Primärimpulses (P), ermöglicht.
4.) Freikolben - Vielstoff - Reaktionsturbine zum Anspruch 1.).

mit einem Verfahren zur Erzeugung eines vollkommenen Massenausgleichesu erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet. daß: einerseits die Masse (m1) des Freikolbens (20) und alle starr mit diesem verbundenen Teile, sowie andererseits die aus der Zylinder- Hohlwelle (33) mit der mittig fest aufsitzenden , hohlen Reaktionsturbine (2), und allem starr mit diesen verbundenem Zubehör bestehenden Massen (m2), um den diesen Massen (m1+m2) gemeinsamen Massenschwerpunkt (M), in Richtung (a) und (b) auf ihrer gemeinsamen Längsachse (X) frei zu- und voneinander schwingend angeordnet sind, wobei durch eine teilelastische Kupplung (44-48) nur die äußere Schwingweite (A) der Masse (m2) progressiv von elastisch bis starr begrenzt, dagegen die Abtriebsleistung (N) mit der Abtriebsdrehzahl (n) in Richtung des rotierenden Abtriebes (R) auf eine Abtriebswelle (42) starr übertragen wird.
5.) Freikolben - Vielstoff - Reaktionsturbine zum Anspruch 1.) und 4.). mit einem Verfahren für ein resonanzartiges Anlassen einer Freikolben- Brennkraftmaschine, erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet. daß: zwischen den beiden um ihren gemeinsamen Massenschwerpunkt (M) auf ihrer gemeinsamen Längsachse (X) in Richtung (a) und (b) frei zu- und voneinander schwingend angeordneten Massen (ml+m2), ein durch einen Elektromagneten (25) erzeugtes elektromagnetisches Feld mit fortlaufend reversierender Polrichtung zur Wirkung gebracht wird, wozu dieser Elektromagnet (25);beispielsweise auf einem Ende der zur Masse (m2) gehörenden Zylinder- Hohlwelle (33) befestigt ist und über einen im Gehäuse (5) fixierten Induktor (26) von einer elektrischen Steuerung (28) gespeist und gesteuert wird, wobei der durch das elektromagnetische Feld angeregte, als Magnetkern dienende Freikolben (20) die in den Brennräumen (34) eingeschlossene Luft (16) wechselseitig verdichtet, wozu die elektrische Steuerung (28) so programmiert ist, daß sie unter Zugrundelegung der aus den Brennräumen (34) kommenden Meßdaten, bei Erreichung des im jeweiligen Brennraum (34) erzeugten maximalen Verdichtungsdruckes die Polrichtung und damit die Wirkungsrichtung des elektromagnetischen Feldes reversiert, wodurch die im jeweiligen Verdichtungsdruck gespeicherte potentielle Energie in der jeweils nachfolgenden Entspannungsphase in kinetische Energie umgewandelt, in den Massen (m1,m2) gespeichert und um den jeweils neu eingeleiteten elektromagnetischen Impuls vert stärkt, nachfolgend einen jeweils größeren Verdichtungsdruck als den vorgehend gebildeten, erzeugt, wodurch die so zum Schwingen angeregten Massen (m1,m2) mit steigender Frequenz resonanzartig von' der elektrischen Steuerung (28) so lange "aufgeschaukelt" werden, bis der erreichte maximale Verdichtungsdruck die Zündtemperatur für das jeweils gewählte Brennstoff- Luftgemisch (14+16) erreicht, wonach die elektrische Steuerung (x28) der den Brennräumen (34) zuströmenden Luft (16), einen zur Aufrechterhaltung des Leerlaufes der Freikolben- Brennkraftmaschine (1) notwendige Menge an Brennstoff (14) zuteilt, worauf die erste, unmittelbare Selbstzündung des Brennstoff- Luftgemisches (14+16) erfolgt und der selbstständige Betrieb der Freikolben- Brennkraftmaschine (1) beginnt, dann schaltet die elektrische Steuerung (28) die Funktion des Elektromagneten (25) vom Anlasser zum Stromerzeuger für elektrische Hilfseinrichtungen (29) um.
6.) Freikolben - Vielstoff - Reaktionsturbine zum Anspruch 1.).

in der Ausführung dadurch gekennzeichnet, daß: zwischen zwei, die Enden einer Zylinder- Hohlwelle (33) verschließenden Brennräume (34), ein doppelt wirkender Freikolben (20), welcher auf einem rohrförmigen Steuerschieber (23) fest aufsitzt, angeordnet ist, dazu sind zwei Reihen von Einströmöffnungen (24) beidseits des doppelt wirkenden Freikolbens (20) im rohrförmigen Steuerschieber (23) angeordnet und der letztere außerdem teleskopartig gleitend mit einem im Gehäuse (5) fixierten Ansaugtrichter (9) verbunden, wobei der über den doppelt wirkenden Freikolben (20), durch die Drücke in den Brennräumen (34) auf der Längsachse (X) in Richtung (a) und (b) hin und her geschobene rohrförmige Steuerschieber (23), einem vom Ansaugtrichter (9) kommenden Brennstoff- Luftgemisch (14+16), durch wechselseitiges Öffnen und Verschließen der Einströmöffnungen (24) durch die Führungsbüchsen (31), wechselseitig den Weg in die Brennräume (34) freigibt, wo es dann nach Anspruch 1.) gezündet und verbrannt wird, wonach das so aufgeheizte Gas (22), durch die Außenkanten des doppelt wirkenden Freikolbens (20) wechselseitig geöffneten und geschlossenen, in der Zylinder- Hohlwelle (33) mittig angeordneten Ausströmöffnungen (37), in das Innere der hohlen Reaktionsturbine (2) geleitet wird.
7.) Freikolben - Vielstoff - Reaktionsturbine zum Anspruch 1.) und 6.). in der Ausführung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet. daß: lm Ansaugtrichter (9) eine von einem Düsenkörper (11) umschlossene Einspritzdüse (;in) auf der Längsachse (Xj in Richtung (a) oder (b) verschiebbar angeordnet ist, wobei beide von einer, durch eine elektrische Steuerung (28) gesteuerten Aufbereitungsanlage (12) beaufschlagt und verschoben werden, wodurch unter Berücksichtigung der Erfordernisse der Jeweils gewählten Art des Brennstoffes (14) und der Größe der jeweils gewählten Leistung (N), der durch den Misenkörper (11) im Ansaugtrichter (9) offen gehaltene Querschnitt das Einströmen der benötigten Menge an Luft (16) in den rohrförO migen Steuerschieber (23) gewährleistet und außerdem über die Einspritzdüse (10) dieser einströmenden Menge an Luft (16) die zur Bildung des erforderlichen Brennstoff- Luftgemisches (14+16) benötigten Menge an Brennstoff (14) einspritzt.
8.) Freikolben - Vielstoff -Reaktionsturbine zum Anspruch 1.) und 6.), in der Ausführung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet. daß: auf der Seite des Elektromagneten (25), auf dem Ende des rohrförmigen Steuerschiebers (23), ein von außerhalb leicht zugängliches Ausgleichgewicht (27) befestigt ist, welches zur Veränderung der wirkenden Masse (mol) in seiner Masse durch Zugabe oder Entnahme von geeichten Teilgewichten oder Schwermetallgranulat (27a), kurzfristig und unkompliziert auf die Erfordernisse der Verbrennungscharakteristik der Jeweils gewählten Art des Brennstoffes (14), bezüglich der Speicherkapazität für kinetische Energie, anpaßbar ist.
9.) Freikolben - Vielstoff - Reaktionsturbine zum Anspruch 3.), in der Ausführung dadurch gekennzeichnet, daß: beidseits des ringförmigen Injektor- Mischraumes (39) und auf der Außenseite der Zylinder- Hohlwelle (33), in Richtung (a) und (b) verlaufende, als Gebläseschaufeln wirkende Kühlrippen (35) angeordnet sind, wobei diese Kühlrippen (35) nach Außen durch konische Deckmäntel (36) abgeschlossen werden, welche beidseits des ringförmigen Injektor- Mischraumes (39) in die Seitenwände der hohlen Reaktionsturbine (2) übergehen, wobei die als Gebläseschaufeln wirkenden Kühlrippen (35) mit den Deckmänteln (36) nach den allgemein bekannten Regeln der Thermodynamik so ausgebildet sind, daß die von den Brennräumen (34) an die Kühlluft (17) abgegebene Wärme zur Beschleunigung dieser Kühlluft (17) dient, wodurch die in den ringförmigen Injektor- Mischraum (39) einströmende, aufgeheizte Kühlluft (17) eine bestimmte Anfangsgeschwindigkeit (Kv) besitzt, durch welche der zur Erzeugung von rotierenden Abtrieb (R) wirkende Sekundärimpuls (S) verstärkt wird.
10.)Freikolben - Vielstoff - Reaktionsturbine zum Anspruch 1.) und 6. ). in der Ausführung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet. daß: die über die Ausströmöffnungen (37) überströmenden, unverbrannten Mengen an Brennstoff- Luftgemisch (14+16) vor Eintritt in die am Umfang der hohlen Reaktionsturbine (2) angeordneten Ausströmdüsen (41), an einem als Glühkörper wirkenden, im Injektor- Mischraum (39) angeordneten Leitschaufelkranz (40) gezündet und im Strom der aufgeheizten Kühlluft (17) und GAse (22) verbrannt wird, wodurch der zur Erzeugung von rotierenden Abtrieb (R) wirkende Sekundärimpuls (S) zusätzlich verstärkt wird.
11.)Freikolben - Vielstoff - Reaktionsturbine zum Anspruch 6.), in der Ausführung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß: der rohrförmige Steuerschieber (23) so biegesteif konstruiert ist, daß die durch Fliehkräfte (C) bedingten Durchbiegungen (f) kleiner als das Spiel (Sk) zwischen der Innenseite der Zylinder- Hohlwelle (33) und der Außenseite des doppelt wirkenden Freikolbens (20) ist, so daß zwischen den beiden keine Berührung erfolgen kann, und außerdem die Außenkannten der auf dem doppelt wirkenden Freikolben (20) angeordneten Außenkolbenringe (19) einen, mit seiner Spitze zu den Ausströmöffnungen (37) hin gerichteten Keilwinkel te bilden, welcher als Abstreifer für die an der Innenseite der Zylinder- Hohlwelle (53) sich durch die Verbrennung des Brennstoff- Luftgenisches (14+16) bildenden, anpackenden Verbrennungsrückstände dient, wobei zur Vermeidung von toten Zonen für das Abstreifen dieser Verbrennungsruckstände, die iusströiöffnungen (37) in bezug auf die Längsachse (X), schräg unter einen sich überdeckenden Neigungswinkel X ) angeordnet sind, worauf die so abgestreiften Verbrennungsrückstände nach ihren Austritt aus den Ausströmöffnungen (37) in Stroh der aufgeheizten Kühlluft (17) und der aufgeheilten Gase (22) innerhalb der hohlen Reaktionsturbine (2» verbrennen und so den zur Erzeugung von rotierenden Abtrieb (R) wirkenden Sekundärispuls (S) verstärkt.
12.)Freikolben - Vielstoff - Reaktionsturbine zum Anspruch 4.), in der Ausführung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß: eine zur teilelastischen Kupplung (44-48) gehörenden Kupplungsscheibe (47) auf den freien Ende einer Führungsbüchse (31) befestigt ist, dabei ist beidseits der Kupplungsscheibe (47) je eine Reihe von ringförmig angeordneten Kupplungsnocken (46) eingearbeitet, welche mit je einen elastischen Kupplungsring (45) kraftschlüßig verbunden sind, wobei die letzteren in einen Kupplungsgehäuse (44) befestigt sind, wozu dieses, auf einen von Lagern (43) getragenen Abtriebswelle (42) befestigte Kupplungsgehäuse (44) so ausgebildet ist, daß es die Kupplungsscheibe (47) und die Kupplungsringe (45) so usschließt, daß die von der Führungsbüchse (31)) auf die Kupplungsscheibe (47) übertragene äußere Schwingweite (i) der Masse (m2) progressiv von elastisch bis starr begrenzt wird, dagegen die gleichzeitig von der rührungsbüchse (31) auf die Kupplungsscheibe (47) übertragene Abtriebsleisting (N) mit ihrer Abtriebsdrehzahl (n) in Richtung des rotierenden Abtriebes (R) auf die Abtriebswelle (42) halbelastisch, direkt übertragen wird und außerdem die Kupplungsscheibe (47), zur Abführung der in den elastischen Kupplungsringen (45) durch die beim zu- und voneinander Schwingen der Nassen (mg); und (m2) erzeugten Wärme, als Kühlluftgebläse (48) ausgebildet ist, wobei die diesem Kühlluftgebläse (48) über die Kühlluftöffnungen (6) zugeführte Kühlluft (18), aufgeheizt, über eine ringförmige Kühlluft-Sammelleitung (49) abgeführt wird und dann beispielsweise zur Innenheizung eines PKW genutzt wird.