DE4314646A1 - Kolbenloser Verbrennungsmotor, der nach dem Einspritz- oder Dieselverfahren arbeitet - Google Patents

Description

Alle bekannten Verbrennungsmotore haben Kolben, Kreiskolben oder ähn­ liche Konstruktionen, die durch die hochkomprimierten Verbrennungs­ gase in Bewegung versetzt werden und dadurch die Antriebswelle drehen. Hierbei müssen die Massen der Kolben und Übertragungselemente dauernd beschleunigt und wieder abgebremst werden.

Bei dieser Erfindung werden keine Kolben oder hin- und hergehende Teile benötigt. Die hochverdichteten Gase werden direkt in ein Laufrad ge­ drückt, das mit Ausnehmungen versehen ist, in denen sich die Gase ent­ spannen. Durch die Form der Ausnehmungen wird dabei eine Kraft erzeugt, die in tangentialer Richtung auf das Laufrad wirkt und es in Drehung versetzt. Durch Leitprofile, die in den Ausnehmungen angeordnet sind, wird diese Kraft vergrößert. Durch die Drehung des Laufrades erzeugen die nach außen strömenden Gase eine Zentrifugalkraft, die sowohl auf das Laufrad als auch auf die Leitprofile wirkt und deren tangentiale Komponente eine zusätzliche Vergrößerung des Drehmomentes bewirkt.

Die Erfindung betrifft ein Aggregat, das aus einem Kompressor, einem Druckbehälter mit Brennkammern, einer Steuerscheibe und dem Laufrad besteht.

Der Kompressor kann in bekannter Weise als Kolben- Kreiskolben- oder Schraubenkompressor ausgebildet sein. Zum Anlassen des Motors wird er über einen Freilauf durch einen Elektromotor betätigt. Nach dem Anlaufen des Laufrades wird er durch die Antriebswelle angetrieben. Der Druckbehälter nimmt die vom Kompressor erzeugte Druckluft auf und ist ganz oder teilweise um die Antriebswelle angeordnet, deren Lagerung er übernehmen kann. Er ist mit Brennkammern versehen, die ringförmig um die Antriebswelle angeordnet und durch selbsttätige Rückschlagventile mit ihm verbunden sind.

Die Steuerscheibe dreht sich um die Antriebswelle und bildet den vor­ deren Abschluß der Brennkammern und wird von außen angetrieben.

Die Leistungsreglung erfolgt durch Veränderung der Kraftstoff-Ein­ spritzmenge und der Drehzahl der Steuerscheibe. Durch Aussetzen ein­ zelner Einspritzvorgänge kann der Kraftstoffverbrauch dem Leistungs­ bedarf angepaßt werden.

Bei Stillstand des Motors wird zur Vermeidung einer Entleerung des Druckbehälters die Steuerscheibe so fixiert, daß keine Brennkammer offen ist. Die gleiche Wirkung kann auch durch die Blockierung der Rückschlagventile erreicht werden.

Die Rückschlagventile können durch eine weitere Scheibe ersetzt wer­ den, die den Einlaß der verdichteten Frischluft in die Brennkammern regelt. In der Konstruktion entspricht sie der Steuerscheibe und ist mit ihr direkt verbunden. Die Öffnungen sind so angelegt,daß beide Scheiben für den Zeitpunkt der Zündung die Brennkammern verschließen.

In beiliegenden Zeichnungen wird eine Konstruktionsmöglichkeit dar­ gestellt:

Zeichnung Nr. 1 zeigt einen Schnitt durch den Druckbehälter und das Laufrad. Die Antriebswelle (1) ist in dem ringförmigen Teil des Druck­ behälters (2) gelagert. Über die Öffnung (3) ist er mit dem Kompressor verbunden. An dem Druckbehälter sind die Brennkammern (4) angebracht, die durch die Rückschlagventile (5) abgetrennt sind. An der Vorder­ seite sind die Brennkammern durch einen Ring (8) abgeschlossen, in dem die ausströmenden Gase bereits in die Drehrichtung des Laufrades (10) abgelenkt werden. Auf den Brennkammern sind die Einspritzdüsen (6) und Zündkerzen (7) angebracht. Zwischen den Brennkammern und dem Lauf­ rad ist das Steuerrad (9) angeordnet. (11) und (12) bilden das Gehäuse für das Laufrad, (13) zeigt die Abgasleitung und (14) stellt das Schutzgehäuse für den Antrieb des Steuerrades dar.

Zeichnung Nr. 2 stellt einen Schnitt durch das Laufrad dar. Es sitzt fest auf der Antriebswelle (1) und hat mehrere Ausnehmungen (15) in denen sich die Leitprofile (16) befinden.

Zeichnung Nr. 3 Figur A zeigt die Ansicht des Ringes (8) der vorderen Brennkammer-Abdeckung mit den Austrittsöffnungen (4a) der Brennkammern (4).

Zeichnung Nr. 3 Figur B zeigt eine Ansicht der Steuerscheibe (9), die auf der Antriebswelle (1) drehbar gelagert ist. Sie ist mit meh­ reren Öffnungen (17) versehen.

Zeichnung Nr. 4 Figur A entspricht einer axialen Abwicklung in Höhe der Brennkammer-Mitte. Die Brennkammern (4) sind durch die Rück­ schlagventile (5) mit dem Druckbehälter verbunden. Die Vorderseiten der Brennkammern sind durch den Ring (8) abgedeckt, in dem die Gase durch die Form der Austrittsöffnungen (4a) in die Drehrichtung des Laufrades (10) umgelenkt werden. Die Ausnehmungen des Laufrades sind durch die Öffnungen (18) zur Steuerscheibe (9) hin offen, so daß die hochverdichteten Gase aus den Brennkammern einströmen können.

Zeichnung Nr. 4 Figur B zeigt eine Teilansicht des Laufrades (10), das fest auf der Antriebswelle (1) sitzt mit den Öffnungen (18), durch die die hochverdichteten Gase einströmen.

Wirkungsweise

Die Wirkungsweise des kolbenlosen Motors läuft wie folgt ab:

Durch den Kompressor wird der Druckluftbehälter mit verdichteter Luft gefüllt, deren Druck dem Kompressionsdruck in den Brennkammern ent­ spricht.

Über die Rückschlagventile gelangt diese verdichtete Luft in die Brennkammern, deren Austrittsöffnungen durch die Steuerscheibe ver­ schlossen sind. Im Kreisring der Austrittsöffnungen sind in der Steuer­ scheibe segmentförmige Öffnungen angebracht, deren Anzahl, wenn gleich­ zeitiges Öffnen aller Brennkammern vermieden werden soll, kleiner als die Anzahl der Brennkammern sein muß.

Die Länge dieser Öffnungen entspricht dem Zeitraum für das Ausströmen der hochverdichteten Gase und dem Nachströmen der verdichteten Frisch­ luft, der Abstand zur nächsten Öffnung dem Zeitraum für die Vorbe­ reitung der nächsten Zündung.

Die Steuerscheibe wird, unabhängig von den Drehzahlen des Laufrades und des Kompressors, von außen durch einen Elektromotor angetrieben, der gleichzeitig die Einspritzung und Zündung des Kraftstoffes syn­ chron regelt.

Bei Drehung der Steuerscheibe werden die mit verdichteter Luft ge­ füllten Brennkammern nacheinander mit Kraftstoff versorgt und nach dessen Zündung geöffnet. Nachdem die hochkomprimierten Gase ausgeströmt sind, strömt verdichtete Frischluft nach und die Austrittsöffnungen wer­ den geschlossen. Danach wiederholen sich die Vorgänge, Kraftstoff wird eingespritzt und gezündet und die Austrittsöffnungen wieder geöffnet.

Das hochverdichtete Gas gelangt über die Öffnung in der Steuerscheibe in eine der Ausnehmungen des Laufrades,wird dabei nach außen abgelenkt und entspannt. Durch die Form der Ausnehmung wird dabei eine Kraft er­ zeugt, die tangential auf das Laufrad wirkt, das mit der Antriebswelle fest verbunden ist. In der Ausnehmung sind Leitprofile angebracht, die diese Kraft verstärken. Bei der Drehung des Laufrades erzeugt das nach außen strömende Gas eine Zentrifugalkraft, die vom Laufrad und den Leitprofilen aufgenommen wird. Die tangentiale Komponente dieser Zentri­ fugalkraft bewirkt ein zusätzliches Drehmoment.

Da das Laufrad keine beweglichen Teile hat sind hohe Drehzahlen möglich, die durch ein entsprechendes Getriebe reduziert werden können.

Ihre Drehzahl ist sowohl von der Kompressor- als auch von der Lauf­ raddrehzahl unabhängig. Sie ist mit Öffnungen versehen, durch die die hochverdichteten Gase aus den Brennkammern in das Laufrad ein­ strömen können.

Diese Öffnungen sind ebenfalls ringförmig um die Antriebswelle ange­ ordnet und als Ringsegmente ausgebildet. Die Länge der Öffnungen ent­ spricht dem Zeitraum für das Ausströmen der Verbrennungsgase in das Laufrad und dem Einströmen der Frischluft in die Brennkammern. Die Entfernung zwischen den Öffnungen entspricht dem Zeitraum für die restlose Füllung der Brennkammern, der Kraftstoff-Einspritzung und Zündung. Die Anzahl der Öffnungen richtet sich nach der Anzahl der Brennkammern und soll mindestens um ein Stück niedriger sein. Da bei 3 Öffnungen und 4 Brennkammern bereits 12 Zündvorgänge bei einer Umdrehung der Steuerscheibe erfolgen, kann die Drehzahl relativ nie­ drig gehalten werden.

Kraftstoff-Einspritzung und Zündung werden synchron durch die Steuer­ scheibe geregelt.

Das Laufrad sitzt fest auf der Antriebswelle und ist innen mit Aus­ nehmungen versehen, in denen Leitprofile angeordnet sind, die eine bessere Ausnutzung der Verbrennungsenergie ermöglichen. Der Quer­ schnitt dieser Leitprofile kann so ausgebildet sein, daß die vorbei­ strömenden Gase eine Auftriebskraft erzeugen, die als zusätzliche Drehkraft auf das Laufrad wirkt.

Zur Steuerscheibe hin sind die Ausnehmungen offen, so daß bei ent­ sprechender Stellung der Steuerscheibe die hochverdichteten Gase aus den Brennkammern einströmen können.

Das Laufrad läuft frei in einem Schutzgehäuse, das oberhalb des Lauf­ rades als Abgasleitung ausgebildet ist.

Claims (8)

1. Kolbenloser Motor, nach dem Einspritz-oder Dieselverfahren ar­ beitend, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Druckbehälter für verdichtete Luft, mehreren Brenn­ kammern, die rund um die Antriebswelle angeordnet sind, einer Steuer­ scheibe, die auf der gleichen Welle drehbar gelagert ist und dem Lauf­ rad, das fest auf dieser Welle sitzt, besteht.

2. Kolbenloser Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft im Druckbehälter so verdichtet ist, daß ihr Druck dem in den Brennkammern erforderlichen Kompressionsdruck entspricht und über Rückschlagventile in diese Kammern einströmen kann.

3. Kolbenloser Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerscheibe von außen angetrieben wird, die Austritts­ öffnungen der Brennkammern verschließt und nach der Zündung wieder öffnet, so daß die hochkomprimierten Gase in die Ausnehmungen des Laufrades einströmen können und die Drehzahl der Steuerscheibe von der Drehzahl des Laufrades unabhängig ist.

4. Kolbenloser Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerscheibe mit segmentförmigen Öffnungen versehen ist, deren Länge bei Drehung der Scheibe dem Zeitraum entspricht, der für das Ausströmen der verbrannten Gase und Nachströmen der Frischluft erforderlich ist, die Entfernung zwischen den Öffnungen dem Zeitraum für die vollständige Füllung der Brennkammern, Kraftstoff-Einspritzung und Zündung entspricht, wobei die Anzahl der Öffnungen kleiner als die Anzahl der Brennkammern ist.

5. Kolbenloser Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad mit Ausnehmungen versehen ist, in denen das hochkom­ primierte Gas nach außen umgelenkt und entspannt wird, und Leitpro­ file eingebaut sind, deren Querschnitt so ausgebildet sein kann, daß durch die vorbeiströmenden Gase eine Auftriebskraft entsteht, die als zusätzliche Drehkraft auf das Laufrad wirkt.

6. Kolbenloser Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen so ausgebildet sind, daß sie die Zentrifugal­ kräfte, die bei der Drehung des Laufrades durch die nach außen strömenden Gase entstehen, aufnehmen und in Drehbewegung umsetzen.

7. Kolbenloser Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad frei in einem Gehäuse läuft, das oberhalb des Laufrades als Abgaskanal ausgebildet ist.

8. Kolbenloser Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlagventile der Brennkammern durch eine Scheibe ersetzt werden, die konstruktiv der Steuerscheibe entspricht und mit ihr ver­ bunden ist und die Eintrittsöffnungen der Brennkammern öffnet und ver­ schließt.