DE4328416A1 - Hybridantrieb zur Erzeugung, Wandlung, Zwischenspeicherung und Nutzung unterschiedlicher Energieträger als dauerhaft netzunabhängiger Antriebsmaschinensatz mit der Kreiskolben-Brennkraftmaschine mit Hubeingriff (2.00) als Haupt-Wirkmodul - Google Patents

Description

Beschreibung des Erfindungsgegenstandes

Hinweis: Zahlenklammern (x.xx) weisen auf Schema­ darstellungen der Fig. 1 bis 5.

Hybridantrieb zur Erzeugung, Wandlung, Zwischenspeicherung und Nutzung unterschiedlicher Energieträger als dauerhaft netzunab­ hängiger Antriebsmaschinensatz mit der Kreiskolben-Brennkraft­ maschine mit Hubeingriff (2.00) als Haupt-Wirkmodul.

A. Stand der Technik

Spätestens seit Mitte dieses Jahrhunderts traten weltweit in den Ballungsgebieten Auswirkungen der Lebens-, Versorgungs- und der Transportgewohnheiten zu Tage, die für den Fortbestand der Popu­ lation vernichtende Wirkung erwarten ließen. Die Schadstoffquel­ len, deren Schädigungswirkung, waren bald belegt, (vgl. TEIL 4, Literatur-Angaben <1<, <2<, <3<), Langzeitwirkung der Folgen er­ kannt, Abwehrpläne entwickelt.

Als "Umweltschädling Nr. I" unterzog man den Verbrennungsmotor als Antrieb für über 95% der Kraftfahrzeuge u. a. Aggregate mit beträchtlichem Erfolg der Entwicklung schadstoffmindernder Maß­ nahmen (Kat-Welle europaweit!), der Durchbruch steht aber noch aus ("Wälder sterben weiter").

Die Zukunftserwartung ist - naheliegend - auf Neuentwicklungen von reinen Elektroantrieben fixiert. <5< zeigt, daß die Umwelt­ belastung, selbst bei besten wiederaufladbaren Batteriesystemen, unentrinnbar auf die hinter der Steckdose wirkenden Elt-Kraft­ werke verlagert wird. Die Energie- und Schadstoffbilanz zeigt kaum Vorteile <47<.

Dem Erfolgskonzept Hybridantrieb dürfte daher der Innovations­ anreiz noch lange erhalten bleiben. Hier liegt nun der Anlaß zu der vorliegenden Erfindungsarbeit.

Der Oberbegriff "Hybridantrieb" setzt mehrere bekannte Wirkmo­ dule, die die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen "KREISKOLBEN- BRENNKRAFTMASCHINE MIT HUBEINGRIFF" im Rahmen der erfindungsge­ mäßen Aufgabenstellung unterstützen, s. <15<, <17<, <42<, <43<. Die Schutzansprüche sind daher auf die Gestaltung der Kreiskol­ ben-Brennkraftmaschine und wenn erforderlich, auf Sonderheiten der sog. Nebenaggregate eingegrenzt und begründet.

Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstandes gegenüber dem Stand der Technik sind in TEIL 4. Literaturangaben über bekannte Kon­ struktions- und Funktionsmerkmale unter Ziffern <xx< aufgeführt.

B. AUFGABENSTELLUNG

Die Erfindung setzt sich zur Aufgabe, der Fülle bekannter, ganz oder nur z. T. STECKDOSEN-ABHÄNGIGER Hybridantriebe einen Hybrid­ antrieb als NETZ-UNABHÄNGIGE Alternative entgegenzustellen, die zumeist von der massenkraftfreien "KREISKOLBEN-BRENNKRAFTMASCHINE MIT HUBEINGRIFF" (KKM) gespeist wird, wobei der Fehlbetrag/Über­ schuß an Triebenergie durch speicherbetriebene Wirkmodule er­ ergänzt/gewandelt/gespeichert wird, die Schadstoffe des 2- bzw. 4-Takt-Zyklus (2.21) am Brennraumaustritt im Mischregister (2.38) nahezu gänzlich entsorgt, die Abgas- und Kühlluftenergie weit in­ tensiver, als bislang üblich, zum Turbinenantrieb genutzt wird. Ferner hat die Erfindung zum Ziel, die Fahrweise, den -radius und die Zuladekapazität normaler KFZ weitgehend beizubehalten.

C. LEHRE DER ERFINDUNG

Hauptanspruch 1. sieht mehrere Maßnahmen vor, die - ergänzt mit den Vorschlägen der Unteransprüche - die erfindungsgemäße Aufga­ be lösen. Von Vorteil ist, die Aussagen des Hauptanspruchs 1. in Teilziele zu untergliedern und zu beschreiben.

• 1. Der Hybrid-Antrieb hat die Form zweier, koaxial im Stand­ gehäuse "C" gelagerter Drehkörper "A" und "B", in welchen mindestens zwei mit unterschiedlichen Energieträgern be­ treibbare Antriebsmodule so angeordnet sind, daß deren Einwirkung den Umlauf der Rotationskörper "A" und "B" stets in die Nähe des optimalen Betriebspunktes einregelt.
• 2. Reaktionsteile ("Stator/Rotor") der beteiligten Antriebs­ aggregate sind bevorzugterweise, wie folgt zugeordnet:
  • a) die Zylindertrommel (2.01) der KREISKOLBEN-BRENNKRAFT- MASCHINE (2.00) dem Drehkörper "A";
  • b) die Abtriebswelle (2.28) der BRENNKRAFT-MASCHINE mit der Gasturbine (2.25) dem Drehkörper "B";
  • c) der Stator (4.11) des Elt-Motor/Generators (4.00) dem Standgehäuse "C";
  • d) Rotor (4.01) als Teil von (4.00), dem Drehkörper "A";
• 3. Der Drehkörper "A" ist abtriebsseitig mit dem Hohlrad (5.01), der Drehkörper "B" mit dem Sonnenrad (5.02) des Planetengetriebes (5.00) gekoppelt. Die Wellenleistung von "A" bzw. "B" fließt so nach Bedarf über Planetenrä­ der (5.03) dem Steg (5.04) als Abtriebsglied zu; ein evtl. Energieüberschuß wird in Speicherenergie verwan­ delt, (Schn. J-K, Fig. 2) und fließt den Energiespeichern, z. B. dem Druckspeicher (5.07) über Kanäle (5.05, 5.06) zu.
• 4. Für die Aufnahme/Abgabe und Zwischenspeicherung von:
  • a) Elektroenergie,
  • b) Druckflüssigkeit/Druckgas
• sind gesonderte Speicher <z. B. (5.07)< vorgesehen.
• 5. Der Schwungrad-Motor besteht aus allen drehenden Massen.
• 6. Weitere Wirkmodule und Energiespeicher sind vorgesehen.
• 7. Die Umlaufdrehzahlen beider Drehkörper "A" und "B" werden durch bekannte Stell- und Regelvorrichtungen in der Weise gesteuert, daß
  • a) die Relativdrehzahl stets in der Nähe des optimalen Be­ triebspunktes gehalten wird (kontrollierter Schwankungsbe­ reich);
  • b) die Absolutdrehzahl beider Drehkörper "A" und "B" je unabhängig von einander in weiten Grenzen schwanken kann;
  • c) das übliche Schwankungsspektrum beim Zug-/Schubbetrieb sowohl der Abtriebsdrehzahl wie des -moments durch bekann­ te Stell- und Regelvorrichtungen und zugeschaltete Wirkmo­ dule kompensiert wird.
• 8. Die "STUFENLOSE" Änderung beider Drehzahlen von "A" und "B", auch unter Leistungsbetrieb der BRENNKRAFT-MASCHINE, und unabhängig voneinander, ist gleichzusetzen mit der bedarfsgerechten Entkoppelung des Antriebs von der, bei Brennkraftmaschinen bislang üblichen, starren Bindung der Reaktionsteile (vgl. 7.c. vorstehend) zugunsten der:
  • i. bedarfsgerechten Anpassung der Zündzeitpunkte an den Betriebsablauf (z . B. Lastwechsel, Schubbetrieb);
  • ii. Änderung des Kompressionsverhältnisses nach Bedarf;
  • iii. Anpassung an "quasi-stationäre" Betriebsphasen;
  • iv. teilweisen Funktion als Drehzahl- oder Momentwandler.

D. VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG

Folgt man den Punkten 1-8 der Erfindungslehre, ergeben sich folgende neue Gestaltungsprinzipien von großer Tragweite:

Zu 1.

• a) äußerst kompakte Bauweise hoher Konstruktionsdichte und Gewichtsersparnis (Leichtbau, wenige Teile);
• b) der Umlauf beider Rotationskörper "A" und "B" bewirkt, daß Funktionen, wie Vorverdichtung der Lade- und Kühl­ luft, Abgasabzug, Kühlmittelförderung u. a. unter Ein­ fluß der Fliehkraft vereinfacht realisiert werden.

Zu 2. und 3.

• a) Optimierung des Betriebs durch Begrenzung der Schwan­ kungsbreite der Relativdrehzahl von "A" und "B";
• b) stufenlose Änderung der Stegdrehzahlen und -momente nach Änderung der Absolutdrehzahlen von "A" und "B".

Zu 4.

Überschüssiger Energieanfall wird in speicherbare Ener­ gie umgeformt und gespeichert, der erfindungsgemäße Hybridantrieb bleibt daher STECKDOSEN-UNABHÄNGIG.

E. BESONDERE GESTALTUNGSMERKMALE DES ERFINDUNGSGEGENSTANDES

Nachfolgend sind weitere Hauptmerkmale der, die Erfindungshöhe begründenden, neuartigen Konstruktions-Details beschrieben:

1. KREISKOLBEN-BRENNKRAFTMASCHINE MIT HUB-EINGRIFF (2.00)

• a) Das Gehäuse (2.11) als Teil des Standgehäuses "C" bietet die bevorzugte Anordnung des Kompressions-Raumes (2.12) in der Zylinderachse (2.08) mit optimaler Kühlung der Brennraumwände bei geringstmöglichem schädlichen Raum;
• b) Die Zylindertrommel (2.01) gleitet berührungslos längs der kreisrunden Aussparung (2.02) des Gehäuses (2.11) - vgl. Schnitt E-F, Fig. 2 - und dreht sich achsgleich, zumeist jedoch drehzahlverschieden um die Abtriebswelle (2.28), während der Doppelkolben (2.04) entlang der Zy­ linderachse (2.08) hin- und hergleitet, wobei dessen Schwerpunkt (2.07) abgeschlossene Zykloidenbahnen be­ schreibt (s. Fig. 3-5). Nach dem Auswuchten, mittels der Gegengewichte (2.17 u. a.), läuft der Gesamtschwer­ punkt (2.15) des Kolbentriebs (2.04) samt der Exzenter­ welle (2.29) mit gleichförmiger Umlaufgeschwindigkeit massenkräftefrei entlang der Kreisbahn (2.16) um die gemeinsame Hauptachse (0.01);
• c) Die auf den Doppelkolben (2.04) einwirkenden Massen- und Gaskräfte werden durch den Schubkurbeltrieb <(2.09) und (2.20)< in Drehmomente gewandelt und im Sinne des Momen­ tengleichgewichts auf "A" und "B" verteilt;
• d) Die Lamellen-Abdichtung (2.10) des Zylinderraumes (2.03) gegen die Gleitfläche (2.02) des Gehäuses (2.11) bewirkt den Gaswechsel über Durchlaß-Schlitze ventiltrieblos;
• e) Der Kompressionsraum (2.12) liegt im Gehäuse (2.11) so, daß die Durchlaß-Schlitze (2.30) der Flachschieberlamel­ le (2.10) beim Überstreichen der Öffnung (2.31) das kom­ primierte Arbeitsmedium stark verwirbelt in diesen ein­ strömen lassen. Nach Einspritzen des Brennstoffes und Fremdzündung wird das Gemisch zur Verbrennung gebracht, wobei höchste Verdichtung möglich, der Kolben jedoch ge­ gen Verbrennungsgase weitgehend abgeschirmt ist;
• f) Sind die Drehzahlen beider Drehkörper "A" und "B" gleich, geht der Kolbentrieb in Leerlaufstellung über.

2. NUTZUNG DER ABGAS- UND KÜHLLUFTENERGIE in der Turbine:

Drehung der Rotationskörper "A" und "B" um die gemeinsame Achse (0.01) ist Grundbedingung für die erhöhte Nutzung der - sonst verlorenen - Kühlluftenergie des Verbrennungsprozes­ ses (vgl. dazu: TEIL: 3, ZEICHNERISCHE DARSTELLUNG/ Anm. 8).

• a) Durch Leitschaufelkanäle (2.26) der Turbine (2.25) wird gemäß Schnitt E - F, Fig. 2, Lade- als auch die Kühlluft (2.22) bzw. (2.23) über ringförmige Speicherräume (2.36) und (2.37) den Zylindern (2.03) zugeführt oder über Leit­ schaufeln, Rippen und dgl. bis zur Mischregister-Kammer (2.38) des Standgehäuses (2.11) gefördert;
• b) In der Mischregisterkammer (2.38) trifft mit hohem Druck, hoher Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit die aus dem Zylinderraum entweichende Abgasmasse (2.21) auf die, nur geringfügig verdichtete, mäßig erwärmte Kühlluft (2.23) und reißt ein Mehrfaches der eigenen Masse mit, um sich verlangsamt und gekühlt ("beruhigt") in Schaufeln (2.24) der Turbine (2.25) weiter zu entspannen. Dieser sogen. FAN-Effekt bewirkt ERHEBLICHEN GEWINN an Nutzenergie;
• c) Der Schadstoffausstoß wird gleichzeitig erheblich durch Nachoxidation (ggfs. durch Nachbrenner) in der Mischre­ gisterkammer (2.38) bis hin zur Unschädlichkeit gesenkt;
• d) Der Lärmausstoß wird infolge der Mischung der beiden Gas­ ströme <(2.21) und (2.23)< ("Beruhigung") vermindert.

3. PLANETENGETRIEBE

Das erfindungsgemäße Dreiradplanetengetriebe (5.00) ist so ausgebildet, daß der Austausch flüssiger oder gasförmiger Energieträger zwischen Planetengetriebe (5.00) als Pumpe/Turbine und dem Druckspeicher (5.07) über Zahnlücken der miteinander kämmenden Sonnen- und Planetenräder (vom Steg­ körperteil (5.08) eng umschlungen, vgl. Schn. J-K, Fig. 2) und über Kanäle <(5.05) bzw. (5.06)< bewirkt wird. Dieser Effekt kann auch im Bereich des Schubkurbeltriebes durch das Zahnrad-Paar <(2.09) und (2.20)< bewirkt werden.

ZEICHNERISCHE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Das Aufbauschema des erfindungsgemäßen Hybridantriebes wird anhand der Fig. 1 bis 5 erläutert.

Fig. 1 Die linke Seite der Schema-Zeichnung zeigt den Längs­ schnitt A-B, rechts ausschnittsweise den Querschnitt C-D der erfindungsgemäßen KREISKOLBEN-BRENNKRAFT-MASCHINE MIT HUBEINGRIFF (2.00), abgekürzt KKM;

Fig. 2 Schema-Übersicht einer bevorzugten baulichen Anord­ nung der Haupt-Wirkmodule eines erfindungsgemäßen Hybrid-Antriebs, das sind: die KREISKOLBENBRENNKRAFT- MASCHINE (2.00), der Elt-Motor/Generator (4.00) sowie das vereinfacht dargestellte dreirädrige Planetenge­ triebe (5.00);

Fig. 3 zeigt schematisch den Bewegungsverlauf des Schubkur­ beltriebes, bestehend aus dem mit der Zylindertrom­ mel (2.01) fest verbundenen Hohlrad (2.09) und dem Schubkurbel-Rollrad (2.20), das mit der Exzenterwel­ le (2.29) fest verbunden ist und mit (2.09) im Zahn­ eingriff steht, zugleich auch im Turbinenrad (2.25) um Achse (2.15) drehbar lagert, um die Kräfte des Kolbentriebes (2.04) auf die Drehkörper "A" und "B" zu verteilen.

Ausgangspunkt der Betrachtung der Bewegungsvorgänge am Schubkurbeltrieb ist die Gerade (0/24, Fig. 3) als Sitz des oberen Totpunktes (2.07) und des Schwerpunk­ tes (2.15) der Exzenter-Welle (2.29) als einer vor­ zugsweisen Ausbildung der Drehkörper "A" und "B". Beide Drehkörper drehen sich gleichsinnig, in der Re­ gel mit ungleichen Drehzahlen (z. B. 1 : 3) um die Achse (0.01). Das Schubkurbel-Rollrad (2.20) mit Exzenter­ welle (2.15) und Exzenter (2.07) rollt im Gegen-Dreh­ sinn, wobei seine Achse (2.15) auf dem Schwerpunkts­ kreis (2.16) um (0.01) kreist. Beim Umlauf der Zylin­ dertrommel um (0.01) erreicht die Zylinderachse (2.08) nach einem Umlaufwinkel (α) die Stellung (1) des Teilkreises (2.09). Indess erreicht die Achse der Ex­ zenterwelle (2.15) die Stellung (3) des Teilkreises (2.09). Durch die Rückroll-Bewegung entlang des Hilfs­ kreises (0.03) erreicht Exzenter-Mittelpunkt (2.07) den Schnittpunkt (0.04) auf der momentanen Position (1) der Zylinderachse (2.08).

Der Abstand (0.05) des Schnittpunktes (0.04) zum Teil­ kreis (2.09) entspricht dem momentanen Hub des Doppel­ kolbens (2.04) vom OT (2.07). Die Verbindungslinie (0.06) der aufeinander folgenden Schnittpunkte (0.04) bildet eine geschlossene Hypozykloide.

Von entscheidender Bedeutung ist, daß mit Hilfe der zu (2.25) zugehörigen Gegengewichte (2.17) die Un­ wucht der exzentrisch umlaufenden Teile mit deren auf der Kreisbahn (2.16) umlaufendem Gesamt-Schwer­ punkt (2.15) restlos kompensiert werden kann; der Lauf der erfindungsgemäßen KREISKOLBEN-BRENNKRAFT- MASCHINE (2.00) um die gemeinsame Drehachse (0.01) erfolgt somit VÖLLIG MASSENKRÄFTE-FREI.

Fig. 4 zeigt den Bewegungsablauf am Schwerpunkt (2.07) des Doppelkolbentriebes (2.04) für drei Drehzahlverhält­ nisse 1 : 2, 1 : 3, 1 : 4 (i. e. Absolutdrehzahlen der Ro­ tationskörper "A" und "B") mit Geschwindigkeitsplä­ nen am Planetengetriebe (5.00). Das Drehzahlverhält­ nis 1 : 1 (gleiche Drehzahl von "A" und "B") bedeutet Leerlaufbetrieb.

Erläuterung:

Während die Zylindertrommel (2.01) den Umlaufwinkel (α) zurücklegt, erreicht die Achse der Exzenter­ welle (2.15) auf dem Schwerpunktkreis (2.16) je nach Drehzahlverhältnis die Positionen:

• a) bei 1 : 2, die Pos. 2; Exzentermittelpunkt (2.07) läuft entlang der punktierten Bahn (0.07) als Sonderfall;
• b) bei 1 : 3, die Pos. 3; dann läuft (2.07) auf der gestrichelten Bahn (0.08) als 4-Blatt-Hypozyk­ loide, sehr bevorzugt im Sinne der Erfindung;
• c) bei 1 : 4, die Pos. 4; dann läuft (2.07) entlang der strichpunktierten Bahn (0.09) als 3-Blatt- Zykloide.

Anmerkung:

Die in Fig. 4 und 5 dargestellten Bahnen des Ex­ zentermittelpunktes (2.07) sind nur als Muster für stufenlos verstellbare Drehzahlverhältnisse der Drehkörper "A" und "B" zu verstehen. Die für den optimalen Betrieb der erfindungsgemäßen KREISKOLBEN-BRENNKRAFTMASCHINE (2.00) erwün­ schte Relativ-Drehzahl kann nur durch die Mitwir­ kung aller integrierten Wirkmodule erzielt werden.

Fig. 5 zeigt den Bewegungsablauf bei "exotischen" Drehzahl­ verhältnissen (z. B. 2 : 3, 2 : 5) von "A" und "B". Die strichpunktierte Bahn (0.10) stellt ein zweiblättri­ ges Kleeblatt mit zwei "Innenschleifen", die gestrichelte Bahn (0.11) des Exzentermittelpunktes (2.07) ist ein sechblättriges Kleeblatt.

Die Einleitung derartiger Abläufe ist prinzipiell möglich, deren Nutzanwendung jedoch auf spezielle Bedarfsfälle des Hybridantriebs beschränkt.

Ergänzende Anmerkungen

Anm. 1: Die Bezifferung einzelner Baugruppen-/-Teile befolgt das Schema der gruppenweisen Zusammenfassung der dar­ gestellten Einzelheiten von Wirkmodulen einer bevor­ zugten Version des Erfindungsgegenstandes;
Anm. 2: Die Orientierungsmerkmale (Drehachsen, Drehsinn, die Umlaufbahnen usw., siehe Fig. 3, 4, 5) sind mit (0.xx) gekennzeichnet;
Anm. 3: Funktionell verschiedene Antriebsmodule und deren Bauteile haben gruppierende Vorziffern, z. B. (5.xx);
Anm. 4: Die trommelförmigen Gehäuse der einzelnen Wirkmodule <zB. (2.11) bzw. (5.00)< bilden das Standgehäuse "C";
Anm. 5: Die Steuer- und Regelsysteme, da durchweg bekannt, bedürfen keiner Erläuterung. Sofern dennoch ratsam, Einzelheiten darzustellen, ist für diese Gruppe die Bezeichnung (6.xx) reserviert;
Anm. 6: Der Austausch von Energie zwischen Hybridantrieb und Energiespeichern ist Stand der Technik;
Anm. 7: Mehrere Zylinder-Trommeln (2.01) können achsgleich zu Mehrfacheinheiten vereinigt werden;
Anm. 8: Die Kühlluft <(2.22) und (2.23)< wird durch das Tur­ binenrad (2.25) zur Oberfläche der Brennkraftmaschine und anderer Wirkmodule zugeführt, um die Abwärmen, - als unvermeidliche Kühlverluste - aufzunehmen und infolge der Fliehkraft den Ringkammern <(2.36) und (2.37)< des Standgehäuses (2.11) zuzuführen.
Die Sogwirkung der bei höchstem Druck und Tempera­ turen aus dem Zylinderraum (2.03) strömenden ver­ brannten Abgase (2.21) fördert den Zufluß der mäßig erwärmten und verdichteten Kühlluftströme (2.23) zur Mischregisterkammer (2.38), in der sich die intensive Vermischung der mit verschiedenen Energiepotentialen beladenen Gasströme vollzieht (Schnitt L-M, Fig. 2);
Anm. 9: Die dynamische Brisanz aus dem Zylinderraum (2.03) ausströmender verbrannter Abgase (2.21) wird durch die Verwirbelung und Vermischung mit dem Kühlluft­ strom (2.23) erheblich "beruhigt", was zur Umwelt­ entlastung beiträgt;
Anm. 10: Infolge der Kreisform des Gehäuses (2.11) und des Verlaufs des Arbeitszyklus der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Brennkraftmaschine (2.00) ist die Dar­ stellung der Mischregister-Kammer (2.38) gegenüber der Ebene von Schnitt A-B in Fig. 1 versetzt;
Anm. 11: Der Betrieb der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine (2.00) sieht beim Drehzahlverhältnis ("A" : "B" = 1 : 3) pro Umdrehung der Zylinder-Trommel (2.01) ei­ nen vollen Viertakt-Arbeitszyklus auf jeder Seite des Doppelkolbens (2.04) vor, wobei die beidseitigen Arbeitstakte gegeneinander um 90 Grad versetzt sind;
Anm. 12: Wie in Fig. 3 bis 5 angedeutet, sind mehrere alterna­ tive Drehzahlverhältnisse zwischen den Drehkörpern "A" und "B" realisierbar, die jeweils geschlossene Zykloiden der Schwerpunktbahnen (2.07) beschreiben. Die Auswahl des optimalen Drehzahlverhältnisses der Drehkörper "A" und "B" richtet sich nach dem augen­ blicklichen Betriebszustand und wird stufenlos ein­ geregelt, wobei unproduktive Bereiche durch Ausset­ zung des Zündvorgangs überbrückt werden.

Referenz-Schrifttum

Als Stand der Technik wurde berücksichtigt:

• 1. die Diplomarbeit des Dipl.-Ing. (FH) Clemens J. Marek vom 10. 01. 1990, behandelt eine Vielzahl von Aspekten des KFZ- Verkehrs mit Hybridantrieben unterschiedlichster Energie­ arten und Antriebsstrukturen sowie der Energiedichte und der Wirkungsgrade bei Einsatz bekannter Speichermedien. Die Quellenangaben werden hier als Referenz <1< bis <30< übernommen. Besonders hervorzuheben:<1< n. n. "Mit Vollgas in die Öko-Katastrophe" (Der Spiegel, Heft 37 vom 11. 09. 89)
  <2< Umweltbundesamt (Herausgeber): Daten zur Umwelt 1988/89 (E. Schmidt Verl. Berlin 1989)
  <3< Müller, K. K.: Schadstoffe und Abgastechnik (Script zur Vorlesung FH Rüsselsheim - SS 1988)
  <5< Sauer, E.: Elektroauto, Abs. Energiefluß beim Elektroauto und Benzinauto (Verlag TÜV Rheinland, Köln, 1985)
  <6< Lohr, F.: Die Kraftfahrzeugmotoren der Zukunft (Automobilindustrie 1989, Heft 2)
  <15< Kalberlah, A.: Elektro-Hybridantriebe f. Straßenfahr­ zeuge Abs. Arbeitsbereiche von Verbren­ nungs- und Elektromotoren im Europa- Zyklus, Bild (36) (Dokumentation VW AG, Wolfsburg 1989)
  <17< Hartig, F., Hofmann, R.: Nutzung der Bremsenergie in Individual­ fahrzeugen zur Verbrauchs- und Abgas­ emissionsminderung (Forschungsbericht T 75-38 BMFT 1975)
  <19< Adamowitz, B., Bauer, R. u. a.: Entwicklung von Natrium/Schwefel-Batt. Abs. Kenndaten von klassischen und neuen Akkumulatoren (Forschungsbericht T 82-142 BMFT 1982)
• 2. Weiteres Referenz-Schrifttum <40< Gert Hack, Fritz Indra: Mehrventil-Motoren (Motorb.-Verlag Stuttgart, 1. Aufl. 1991)
  <41< U. Seiffert, P. Walzer: Automobiltechnik der Zukunft (VDI-Verl. 1989)
  <42< W.-D. Bensinger: Rotationskolben-Verbrennungsmotoren (Springer-Verl. Berlin 1973)
  <43< F. Wankel: Einteilung der Rotationskolbenmasch. (Dt. Verlagsanstalt Stuttgart 1963)
  <44< F. R. Ansdale: The Wankel RC Engine (Illife Books Ltd, London 1968)
  <45< Heinz Grohe: Otto- und Dieselmotoren (Vogel-Verlag Würzburg, 9. Aufl. 1990)
  <46< W. Meier zur Kappellen: Die zyklischen Kurven und die Kurbel­ schleife Bd. 24 (1958), 178 ff.
  <47< n. n.: Die große Stunde der kleinen Stromer? (ADAC-motorwelt 11/92, S. 41 ff.)
• 3. Berücksichtigte Patentschriften <51<: PCT/EP88/00363 (Anmelder: Josef Gail, DE).

Claims (12)

1. Hauptanspruch:
Hybrid-Antrieb als achssymmetrische Zusammenfü­ gung zweier oder mehr, mit verschiedenen Ener­ giearten betreibbarer Wirk-Module zu untrennba­ rer Funktionseinheit, deren Leistungsverhalten durch Stell- und Regeltriebe sowie Energiespei­ cher selbsttätig nahe an Bestwerte für Abtrieb, Energiespeicherung und Schadstoffemission ein­ geregelt wird, wobei als Teil-Wirkmodul mit der maximalen Leistungsdichte die erfindungsgemäße KREISKOLBEN-BRENNKRAFTMASCHINE MIT HUBEINGRIFF (2.00) wie folgt beschrieben wird:
Als Teil des Drehkörpers "A" gleitet die Zylin­ dertrommel (2.01) drehmomentenfrei entlang der kreisrunden Gleitfläche (2.02) des Standgehäu­ ses "C" so, daß der mitumlaufende Zylinderraum (2.03) gegen "C" abgedichtet ist, die Leckgase zwischen Ringen (2.05) des Kolbentriebes (2.04) und Dichtungen (2.06) jedoch gestaut werden;
beim Hin- und Hergleiten entlang der mitumlau­ fenden Zylinderachse (2.08) fährt der Schwer­ punkt (2.07) des Doppelkolbentriebs (2.04) auf geschlossenen Zykloidenbahnen;
Der Mittelpunkt (2.15) des Schubkurbelrollrades (2.20) bewegt sich auf Kreisbahnen (2.16), die Gegengewichte (2.17) des Drehkörpers "B" sichern der KREISKOLBEN-BRENNKRAFTMASCHINE (2.00) massen­ kraftfreien Lauf, wobei die hin- und hergehende Gas- und Massenkraft des Doppelkolbens (2.04) über den Schubkurbeltrieb (2.09) und (2.20) im Sinne des Momentengleichgewichts auf "A" und "B" ver­ teilt wird; die Drehzahl von "B" ist stufenlos gegen "A" änderbar.

2. Unteranspruch zum Hauptanspruch
Die erfindungsgemäße KREISKOLBEN-BRENNKRAFTMASCHINE (2.00) ist wahlweise als Zwei- oder Viertaktmotor (Otto- oder Dieselverfahren) ausgebildet; bei achs­ gleicher Reihung von Baueinheiten ergeben sich Leis­ tungs- und Funktionskombinationen.

3. Unteranspruch zum Hauptanspruch
Die der kreisrunden Gleitfläche (2.02) des Gehäuses (2.11) anliegende Oberfläche (2.18) der Zylindertrom­ mel (2.01) ist vorzugsweise längs des Trommelumfangs mit Sägezahn-Rillen (2.19) versehen, wobei die Wir­ kung einer Labyrinth-Dichtung bei berührungsfreiem Entlang-Gleiten, gegfs. mit Dicht-Medien, auch bei - nach Bedarf geformten - Flächen-Unterbrechungen (z. B. Zylinderbohrungen, Abstreifleisten etc.) der Oberfläche (2.18), nicht beeinträchtigt wird.

4. Unteranspruch zum Hauptanspruch
Drehkörper "A" ist mit Hohlrad (5.01), Drehkör­ per "B" mit dem Sonnenrad (5.02) des dreirädri­ gen Planetengetriebes (5.00) fest, bzw. schalt­ bar gekuppelt, die Abtriebsleistung wird über die Stegwelle (5.04) weitergeleitet, wobei die Drehzahl von "A" durch die Leistungsanforderung (Fahrer, sonstige) beeinflußt wird, die Drehzahl von "B" - bis hin zum Gleichstand (nA=nB) - unab­ hängig von "A" durch Regelorgane verändert wird.

5. Unteranspruch zum Hauptanspruch:
Der Gaswechsel wird massenkräftefrei durch die Flachschieberlamelle (2.10), die mit der Zylin­ dertrommel (2.01) umläuft, im Zusammenspiel mit Durchlaß-Öffnungen des Gehäuses (2.11) bewirkt.

6. Unteranspruch zum Hauptanspruch:
Der Kompressionsraum (2.12) ist ein kugelförmi­ ges Gebilde, dessen gasbeaufschlagte Oberfläche im Gehäuse (2.11) wirksam gekühlt ist und beim kleinsten schädlichen Raum höchste Verdichtungs­ drücke zuläßt; den Verbrennungsverlauf regeln die Flachschieber-Lamelle (2.10), die Einspritz­ düse (2.13) und die Zündkerze (2.14).

7. Unteranspruch zum Hauptanspruch:
Das Mischregister (2.38) bewirkt unmittelbar am Zylinderaustritt die intensive Verwirbelung der Brenn-Gasmasse (2.21) mit dem nur mäßig verdich­ teten bzw. erwärmten, in der Masse aber um ein Mehrfaches größeren Lade- bzw. Kühlluft-Volumen <(2.22) und (2.23)<, so daß der Gesamt-Gasstrom "beruhigt, nahezu" schadstofffrei, evtl. mit Nach­ brennhilfe, die Turbinenschaufeln (2.24) anströmt.

8. Unteranspruch zum Hauptanspruch:
Das dreirädrige Planetengetriebe (5.00) gemäß Unteranspruch 4 übernimmt zugleich die Funktion einer hydraulischen Maschine (Motor/Pumpe), in­ dem, je nach Reglerstand, das den Zahnlücken der im Stegkörper (5.04) umlaufenden Planetenräder (5.03) über die Bohrungen <(5.05) und (5.06)< aus dem Druckbehälter (5.07) zulaufende Druckme­ dium in Antriebs- bzw. die Überschuß-Energie des Hybrid-Antriebs in Speicherenergie umgeformt wird.

9. Unteranspruch zum Hauptanspruch:
Die Außenflächen der dem Drehkörper "B" zuge­ ordneten Turbinenscheibe (2.25) sind als Axial­ verdichter (2.26) ausgebildet, um Außenluft zur Oberfläche der Zylindertrommel (2.01) zu führen.

10. Unteranspruch zum Hauptanspruch:
Die Turbinenscheibe (2.25) ist im Bereich ihres größten Durchmessers mit ein- oder mehrstufigen Axialschaufeln (2.24) bestückt, um die Energie des aus dem Mischregister (2.38) ausströmenden Abgasstromes (2.27) aus verbranntem Arbeitsgas (2.21) und einem Mehrfachen an Kühlluft-Massen <(2.22) und (2.23)< zu nutzen.

11. Der von den Kolbenringen (2.05) und den Dichtringen (2.06) abgeschlossene Raum (2.40) wird mit Gasen aus dem Brennraum befüllt, so daß je nach Betriebszustand des Hybrid-Antriebes (2.00), wahlweise Druck-Pegel - sowohl im Unter-, wie im Überdruckbereich, praktisch masselos - aufgebaut und aufrechtgehalten werden.

12. Die Dichtscheibe (2.41) ist fest mit der Exzenter­ welle (2.15) verbunden, sie reduziert somit alle Ex­ zenter-Unwuchten auf die Wellenachse (2.15), wobei sie die Dotierung des Gasraumes (2.40) mit Schmier-, Dicht- und Kühlmitteln vermittelt.