DE2909067A1

DE2909067A1 - Hubkolbenverbrennungslinearmotor, hubkolbenlinearkompressor, hubkolbenverbrennungslinearmotor-generatorkombin

Info

Publication number: DE2909067A1
Application number: DE19792909067
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl Ing Hein
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-03-08
Filing date: 1979-03-08
Publication date: 1980-09-11

Description

Dipl. Ing. Karl Hein. Bldcherstr. Ί0, 7921 Gerstetten.

, 2309067

Patentanmeldung und Gebrauchsmuster - Hilfsanmeldung

Hubkolbenverbrennungslinearmotor Hubkolbenlinearkompressor , Hubkolbenverbrennungslinearmotor-Generator-Kombination.

1. Beschreibung:

1.1. Normale Verbrennungsmotoren verwandeln die beim Verbrennungsprozeß entstehende lineare Kraftkomponente über die Bewegung eines Kolbens, über Pleuel und Kurbelwelle in ein Drehmoment.

Die daraus abgeleitete Drehbewegung wird für die verschiedensten Zwecke genutzt: Antrieb von Fahrzeugen, Arbeitsmaschinen, Generatoren usw.

1.2. In bestimmten Fällen kann es vorteilhaft sein, auf die Drehbewegung zu verzichten und die hin- und hergehende Bewegung des oder der Kolben direkt zu nutzen.

Durch Wegfall von Pleuel und Kurbelwelle entstehen leichtere, kompaktere Motoren mit höheren mechanischen Wirkungsgraden und geringerem Verbrauch an Schmieröl.

1.3. Ein solcher Motjfor wird für das Folgende als " Hubkolbenverbrennungslinearmotor (HVLM)" bezeichnet und kann nach dem Otto- oder Diesel-Prinzip arbeiten und als 2- oder 4-Taktmaschine gebaut werden.

1.4. Skizze 1 zeigt das Prinzip bei der Ausführung als 4-Zylinder-4-Taktmaschine:

Wenn die 4 Zylinder mit 1,2,3 und 4 bezeichnet werden, finden in 4 mit a,b,c und d bezeichneten aufeinander folgednen Hüben die in der folgenden Tabelle aufgelisteten Arbeitsspiele statt:

Ö30037/0387

Dipl. Ing. Karl Hein _r Blücherstr 1§, 7921 Gerstetten.

-J -

a	EX	Au	An	Korn
b	Au	An	Korn	Ex
C	An	Korn	Ex	Au
a	Korn	Ex	Au	An

(An = Ansaughub, Korn = Kompressionshub, Ex = Explosionshub, Au = Auspuffhub )

Bei nach diesem Beispiel gebauten 8 - Zylindermaschinen kann durch den gleichzeitigen Expl.hub in 1 und (8) bezw. 3 und (6) usw. ein Ausgleich der außermittigen Schubkomponenten erzielt werden.

1.5. Ein günstiger Fall ergibt sich beim Antrieb eines elektrischen

Lineargenerators durch einen HVLM:

Der erzeugte elektrische Strom entsteht ohne Umformung der linearen Kraftkomponenten in eine Drehbewegung.

Die elektrischen Lineargeneratoren können in getrennter Bauweise an einen HVLM angekoppelt oder konstruktiv mit letzterem vereinigt sein. Bei der Lösung in einer Baukombination werden die Spulen im Kolben und den Zylinderwandungen untergebracht. Die elektrischen Generatorverluste werden bei dieser Lösung mit vom Kühlsystem de HVLM erfaßt.

1.6. Einen weiteren Anwendungsfall stellt die Baukombination für einen Pumpen - bzw. Kompressorantrxeb dar.

In Skizze 2 ist zwischen den Arbeitszylindern Z. und Z„ des HVLM jeweils ein Verdrängungsraum R₁ und R₂ angeordnet, der über Ein - und Auslaßventile V„ und V.. mit einer Eintrittsseite E

Ei A

und einer Austrittsseite A in Verbindung steht.

Synchron mit dem Arbeitstakt des HVLM wird bei dieser Anordnung ein bestimmtes Medium von E nach A gefördert.

§30037/038?

Dipl. Ing. Karl Hein, 3lücherstr. 10, 7921 Gerstetten

Dies kann als Pumpvorgang für Förderzwecke oder als Kompressionsvorgang für Verdichterzwecke erfolgen. Dabei kann das System für Kühlzecke des HVLM genutzt werden, es kann die abzuführende Wärme einem Medium für Heizzwecke übertragen, Kompressionsluft als Ladeluft gewonnen oder Medien für Wärmepumpen oder Kälteaggregatezwecke transportiert bezw. auf ein entsprechendes Druckniveau gebracht werden. Auch eine Schmieröltransport ist dergestal/t möglich.

1.7. Zur Erzielung einer größtmöglichen Laufruhe bei einem HVLM sind folgende Maßnahmen sinnvoll:

Abstimmung des Kompressionshubes, Anordnung von zusätzlichen Gas- oder Stahldämpfungsfedern oder Kombinationen daraus, Anordnung von Flüssigkeitsstoßdämpfern, Anordnung von (evtl. einstellbaren) elastischen Gliedern zwischen den Doppelkolben (Skizze 3 ).

Die Maßnahmen können einzeln oder im Zusammenwirken eingesetzt werden.

1.8. Die Kühlung von HVLM kann über alle bekannten Kühlsysteme erfolgen. Zusätzlich sind folgende Möglichkeiten gegeben: über die unter 1.6. angedeutete Nutzung des Doppelkolbensystemes ist eine sogenannte innere Kühlung möglich, die u.U. ein äußeres Kühlsystem (teilweiese) erübrigt:

Nach jedem Arbeitshub wird das Innere jedes Zylinders und der entsprechend ausgebildete Kolben (Skizze 4) von einem zur Kühlung nutzbaren Medium drei^-mal durchströmt, bevor der nächste Arbeitshub einsetzt. Eine Zusatzkühlung ist dann nur im Zylinderstirnteil und an der Kolbenstirnfläche erforderlich und kann hier vom Kraftstoffeinlaß, vom Schmieröl, von der Ladeluft usw. übernommen werden. Für das Hauptauslaßventil sind besondere Maßnahmen erforderlich bzw: werden die bekannten Lösungen genutzt.

-A-

030037/0387

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-Jf-

1.9. Wird in dem unter 1.6. beschriebenen HVLM der Verbrennungsmotorteil ebenfalls als Kompressor oder Pumpe genutzt und die Kombination von einem externen Antriebsaggregat angetrieben, so entsteht ein Hubkolbenlinearkompressor (HKLK).

1.10.Der Antrieb eines HKLK kann durch einen HVLM erfolgen oder durch einen elektrischen Linearmotor, wobei ( ähnl. 1.5.) die Spulen unddie Magnetkörperteile in den Zylinderwandungen und den Kolben untergebracht sein können.

1.11.Doppelkompressoren für 2 Medien ( oder mehr) entstehen analog Skizze Nr. 4, wobei der Antrieb nach 1.10. erfolgt.

1.12.Verbrennungsmotoren sind das bevorzugte Antriebsmittel für Kraftfahrzeuge, da die Energiedichte der Kraftstoffe Benzin und Dieselöl eine bisher nicht übertröffene Reichweite ermöglichen.

Elektromotorische KFZ sind in der Erprobung, haben beachtliche Fortschritte erzielt, werden aber durch das Gewicht der und die relativ geringe Energiedichte in den Batterien behindert.

1.13.KFZ-Verbrennungsmotoren benötigen zur Anpassung des vom Fahrzeug geforderten Drehmomentes an die Motorkennlinien eine Gangschaltung (Getriebe).

Ferner ist wegen der Größe der Verbrennungsmotoren und ihrer Gesamtkonzeption ein zentraler Motor erforderlich, der sein Drehmoment (über das zwischengeschaltete Getriebe) über eine Kardanwelle und ein Differential an die Räder abgibt. Radnabenmotoren wie bei Elektromotoren sind als Verbrennungsmotoren nicht möglich.

1.14.Kraftfahrzeuge mit Elektromotoren in Hybridbauweise nutzen den normalen Verbrennungsmotor und wahlweise Elektromotoren, die aus kleineren Batterien oder von einem auf einen Generator arbeitenden Verbrennungsmotor gespeist werden.

1.15.Beim normalen Verbrennungsmotor bilden Pleuel und Kurbelwelle mit den zugehörigen Lagern sowie das Getriebe wesentliche Baugruppen, die neben Fertigungskosten auch Kraftstoff- und

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Schmierölmehrverbrauch (Reibung) bedingen.

1.16.HVLM in Kombination mit gekoppelten oder integrierten Lineargeneratoren stellen eine neue Möglichkeit zum Antrieb von Kraftfahrzeugen dar:

Wie bei den unter 1.14. genannten Hybridantrieben erzeugt die HVLM-Generator-Kombination elektirschen Strom, mit dem z.B. Radnaben-Elektromotoren gespeist werden. Eine kleine Zwischenbatterie nimmt Nutzbremsstrom auf und kann bei der Beschleunigung mitwirken.

Durch diese Anordnung ergeben sich folgende Vorteile: 0 Wegfall von Pleuel und Kurbelwelle beim Verbrennungsmotor, 0 Wegfall von Kupplung, Getriebe, Kardanwelle und Differential beim Kraftfahrzeug,
0 Geringerer Schmierölverbrauch,

0 Höherer Gesamtwirkungsgrad, bezogen auf die Fahrleistung, 0 Geringerer Verschleiß an den Bremsen durch Nutz- oder

Widerstandsbremsung in weiten Fahrbereichen, 0 Kleinere, kompaktere Bauweise,

0 Vorbereitung des Kraftfahrzeugwesens auf elektrische Antriebe auf breiterer Basis.

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©30037/0387

Leerseite

Claims

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2. Patentansprüche:

Hubkolbenverbrennungslinearmotor (HVLM), dadurch gekennzeichnet, daß in einem System von Zylindern und Kolben mit den Elementen des normalen Verbrennungsmotorenbaues, wie Ventilen,' Zünorganen usw. eine hin - und hergehende Bewegung erzeugt wird, die nicht über pleuel und Kurbelwelle in eine Drehbewegung umgewandelt wird, wobei der HVLM nach dem Otto- oder Dieselprinzip und nach dem 2 - oder 4 -Taktverfahren arbeiten kann.

HVIiM nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in je zwei Zylindern in gegenüberliegender Anordnung Doppelkolben arbeiten, die starr oder elastisch untereinander und mit weiteren Doppelkolben des HVLM ( gegebenenfalls) verbunden sind.

HVLM nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelkolben untereinander starr oder elastisch mit vorgegebener Dämpfung oder einstellbarer Dämpfung verbunden sind. (Skizze 3)

HVLM nach Anspruch 1,2 und 3 , dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer größtmöglichen Laufruhe der Kompressionshub besonders auf das System abgestimmt, und /oder zusätzliche Gas- und /oder andere Dämpfungsfederelemente und/oder Flüssigkeitsstoßdämpfer angeornjdet sind.

HVLM nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung über ein inneres System im Raum zwischen den jeweiligen Doppelkolben erfolgt /Skizze 4 /.

HVLM nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß durch Anordnung von zusätzlichen Ein - und Auslaßventilen im Raum jeweils zwischen zwei Zylindern eine Pumpen- bzw. Kompressorkombination erreicht wird ( Skizze 2 ), die in Zusammenschaltung aller Zylinderpaare oder getrennt je Zylinderpaar für verschiedene Zwecke genutzt werden kann(ölpumpe, Kühlmitteltransport für innere Kühlung, Verdichtung von Luft, Wärmepumpen- und/oder Kältekompressorfunktion, Heizungswasserumlauf für externe Heizung usw.)

Ö3003-7/0 3Ö7

ORIGINAL

COPY

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7. HVLM nach Anspruch 1,2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungselemente so ausgelegt sind, daß dieselben eine Kraftspeicherfunktion ("Schwungradeffekt") übernehmen.

8. HVLM nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dieser mit einem elektrischen Lineargenerator zusammenarbeitet, der auf die Arbeitsweise des HVLM ausgelegt ist.

9. HVLM nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Lineargenerator in den HVLM integriert ist, wobei Spulenkörper und Magnetblöcke an Zylinder bzw. Kolben angekoppelt, angebaut oder in die Wandungen der Zylinder und die Kolben eingearbeitet sein können.

10. HVLM nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die im elektrischen Lineargenerator entstehende Verlustwärme über das Kühlsystem des HVLM abtransportiert wird.

11. Hubkolbenlienearkompressor (HKLK) dadurch gekennzeichnet, daß ein aus Doppelkolben und -zylinder bestehender Kompressor bzw. Pumpe direkt von einem eletrischen Linearmotor angetrieben wird.

12. HKLK, dadurch gekennzeichnet, daß Kolben und Zylinder des HKLR mit den Elementen des elektirschen Linearmotors vereinigt sind.

13.HKLK nach Anspruch 12., dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen und Magnetwicklungen des elektirschen Linearmotors in den Zylinderwandungen bzw. im Kolben des HKLK untergebracht sind.

14. HKLK nach Anspruch 12. und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlustwärme des elektrischen Lienearmotors vom Kühlsystem des HKLK erfaßt wird.

15. HKLK nach Anspruch 11.,12., und 13. dadurch gekennzeichnet daß ein vom primären Kompressionskreis unabhängiger Pumpenkreis, der vom gleichen Doppelkolben gebildet wird (Skizze 4), zur inneren Kühlung des HKLK dient.

16. HKLK nach Anspruch 11.,12., und 13. dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor als Wärmepumpe oder als Kälteaggregat wirkt.

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17. HKLK nach Anspruch 15. und 16. dadurch gekennzeichnet, daß die Verlustwärme des Kompressors über den zweiten Kreis des HKLK (Skizze 4) einem Nutzwärmekreis zugeführt wird-

18. HKLK nach Anspruch 14.und 17., dadurch gekennzeichnet, daß auch die Verlustwärme des elektrischen Linearmotors über den zweiten Kreis einem Nutzwärmekreis zugeführt wird.

19. HVLM-Generator-Kombination nach Anspruch 8., 9., und 10. zum Antrieb von Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß der in der HVLM-Generator-Kombination erzeugte elektrische Strom einem oder mehreren Elektromotoren zugeführt wird, die mit den Antriebsrädern des Kraftfahrzeuges gekuppelt sind.

20. HVLM-Generator-Kombination nach Anspruch 8.,9. und 10. zum Antriebvon Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragung der Antriebskraft in Form von elektrischem Strom auf die Antriebsräder des KFZ bzw. auf einen mit den Antriebsrädern gekuppelten Elektromotor direkt ( ohne Zwischenschaltung einer Kupplung, eines Getriebes, einer Kardanwelle usw) erfolgt.

21. HVLM-Generator-Kombination nach Anspruch 19. und 20., dadurch gekennzeichnet, daß der in der HVLM-Generatorkombination erzeugte und zum Antrieb der Elektrofahrmotoren genutzte elektrische Strom Gleichstrom, Dreh- oder Wechselstrom konstanter¹ oder variabler Frequenz und/oder Spannung sein kann.

Ö3G037/Q38?