DE4434149C2 - Hybridantriebseinrichtung mit integriertem Wechselantrieb - Google Patents

Hybridantriebseinrichtung mit integriertem Wechselantrieb

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Description

Die Erfindung betrifft eine Hybridantriebseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie aus der DE 41 34 160 A1 bekannt ist.
Motoren haben im allgemeinen die Funktion, irgendwelche andere Maschinen oder deren Teile oder Fahrzeuge, Schiffe, Motorräder oder Flugzeuge anzutreiben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hybridantriebseinrichtung so auszugestalten, daß unter Wahrung einer kompakten Bauweise eine bessere Anpassung der verbrennungsmotorisch erzeugten Leistung an den tatsächlichen Leistungsbedarf möglich ist.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Hybridantriebseinrichtung mit dem Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Hauptmerkmale dieses viergliedrigen Verbundmotors sind in vier Hauptgruppen gegliedert. Die erste Hauptgruppe ist der Teil des Verbundmotors, der als Verbrennungsteil ausgebildet ist. Die zweite Hauptgruppe ist als Elektroerzeugungsteil (Generator) ausgebildet. Die dritte Hauptgruppe ist ein Elektromotor, der in Abhängigkeit vom Elektroerzeugungsteil gebildet wird. Als vierte Hauptgruppe wird eine vom Stromerzeugungsteil gespeiste Antriebsbatterie angesehen.
Der erfindungsgemäße Verbundmotor ist so ausgelegt, daß er dieses entweder als Verbrennungsmotor oder als E.-Motor erreicht. Das Verbrennungsmotorteil arbeitet nach dem bekannten Brennkammersystem aber im Zweitaktverfahren, wobei aber die bekannten Negativauswirkungen des Zweitakt­ motors umgangen sind. Dieses Verbrennungsmotorenteil vereint sozusagen alle Vorteile eines Viertaktmotors und alle Vorteile des Zweitaktmotors in einem, wobei die bekannten Nachteile dieser eben genannten Motoren ausge­ klammert sind.
Als Betriebsmittel des Verbrennungsmotorteils sind unter anderem - Benzin, Diesel, Wasserstoff, Benzin (Diesel) - Wasserstoff-Sauerstoff-Mix, oder Ökobrennstoffe wie beispielsweise Rapsöl möglich.
Dem Verbrennungsmotorteil werden außerdem Zusätze wie Sauerstoff und Wasser zugeführt. Um als Vielstoffmotor arbeiten zu können, bedarf es nur die bekannten spezifischen Motoraufbauänderungen.
Der Verbundmotor ist für alle bekannten Einsatzgebiete, wie LKW, PKW, Motorrad, Schiffsmotor, Flugzeugmotor, Stationärmotor, sowie Militärfahrzeuge (Panzer) geeignet.
Das wirklich Neue an dieser Erfindung ist, daß der Ver­ brennungsteil des Verbundmotors in der Lage ist, aus­ reichend elektrische Energie für einen Batterie-E.- Motorantrieb zu erzeugen, somit ist diese Antriebsart besonders ökonomisch, weil im Niedriggeschwindigkeitsbe­ reich mit einer auf um 90% verringerten Motorleistung ausgekommen wird, bei Geschwindigkeiten im höheren Ge­ schwindigkeitsbereich aber wieder die volle Leistung des Verbrennungsmotors abgerufen werden kann. Bei ausge­ glichenem Verhältnis Stadtfahrt und Überlandfahrt, ist es auch nicht erforderlich, die vorhandene Antriebsbatterie über Fremdstromleistung (Steckdose) aufzuladen. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen Verbundmotor zu schaffen, der vorzugsweise als Antrieb in Kraftfahrzeugen Verwendung findet, wobei die Aufgabe des Verbundmotors darin besteht, dem modernen Umweltschutz, sowie den ökonomischen Anforderungen gerecht zu werden. Das heißt, der Kraftstoffverbrauch eines beispielsweise 45-50 PS Verbundmotors soll gering sein, ca. 0, 9-1, 9 Liter auf 100 km bei wesentlichem Rückgang der Schadstoffe um ca. 90%, wobei insbesondere die Nichtbildung von schädlichem Ozon erreicht werden soll, dieses insbesondere im Stadt- und Dorfbereich, sowie bei Staufahrten auf Autobahnen.
Eine weitere Aufgabe des Verbundmotors besteht darin, das komplizierte und konstruktionsmäßig aufwendige elektro­ mechanische Steuerteil und das mit diesem Steuerteil verbundene wechselseitige Abbremsen der Wellen des im Brennkammersystem arbeitenden, aus der DE-OS 40 37 541 bekannten "Wasserstoffmotor" abzulösen, bei gleichzeitiger Beibehaltung der unbestrittenen Vorteile dieses Verbrennungsmotors. Durch eine in wesentlichen Teilen erreichte Neukonzeption des neuen Verbundmotors, wird dieses auch erreicht.
Anführungsbeispiel
Anhand der Figurenbezeichnung wird ein Anführungsbeispiel erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 die Welle (18),
Fig. 2 den Läufer (20) mit den Dichtelementen (22), Ölzuführungsdüsen (21), (26), sowie den Ölbohrungen (27) und dem Fliehkraft-Aufhebungsmechanismus (24) und (25),
Fig. 3 die Welle (30),
Fig. 4 die Welle (30) in der Perspektive,
Fig. 5 eine innere Brennkammerhälfte (35) mit Dichtelementaussparung (37),
Fig. 6 eine äußere Brennkammerhälfte (40),
Fig. 7 die vordere (45) und hintere (46) Brennkammerendwand,
Fig. 8 die innere Brennkammerhälfte (35) mit den Anordnungen der Brennkammerendwände (45) und (46),
Fig. 9 eine komplette Brennkammerhälfte, bestehend aus einer inneren (35) und äußeren (40) Brennkammerhälfte und einem gleichzeitig oberen und seitlichem Dichtteil (50),
Fig. 10 schematisch eine komplette Brennkammer (51) oder für den Brennraum 2 (52′), bestehend aus zwei inneren (35) und zwei äußeren (40) Brennkammerhälften, den Brennkammerendwänden (45), (46) und deren Abdichtungselementen (35), (44) und (50),
Fig. 11 die Ölversorgung und Öldruckeinrichtung (52) mit Zuführungsteil (53),
Fig. 12 insbesondere die Abdichtung (54) von Welle (18) zur Welle (30) und die Verschleißbuchse (56),
Fig. 13 die Seitenansicht der Zwangssteuerung der voneinander abhängigen Wellen (18) und (30),
Fig. 14 die Draufsicht der Zwangssteuerung der voneinander abhängigen Wellen (18) und (30),
Fig. 15 eine Schnittdarstellung des Brennraumes 1 in Ansaugbeginn-Grundstellung, im wesentlichen mit den verschiedensten Einspritzdüsen (76, 77, 78 und 79), sowie den Anordnungen des Ansaugkanales (80) und Auspuffkanals (81),
Fig. 15a das wichtige Grundeinstellungsmaß (A), von dessen Anordnung und Maßangabe die Größe des Ansaugvolumens, zwangsläufig auch das Verdichtungsverhältnis und die Beschleunigung der Welle (18) abhängig ist,
Fig. 16 die Anordnung der Wellen (18, 30), der Brennkammer (51), des Läufers (20) im Arbeitsraum des Brennraumes 1, sowie die Anordnung der einzelnen Bauteile der Zwangssteuerung am Ende des Ansaugtaktes nach einem überstrichenem Winkel der Welle (30) von 51°,
Fig. 16a den Verdichtungstakt nach einer 61°-Drehung,
Fig. 16b das Ende des Verdichtungstaktes mit Zündbeginn nach einer 90°-Drehung,
Fig. 16c den Arbeitstakt und das Ende des Arbeitstaktes nach einer 143°-Drehung,
Fig. 16d den Ausstoßtakt und das Ausstoßende nach ca. einer 170°-Drehung,
Fig. 17 den um 90° versetzten zweiten Arbeitsraum,
Fig. 17a eine perspektivische Anordnung der Zündkerzen eines Zweibrennkammermotors, sowie eine mögliche Zündfolge und die Stellung der Brennkammern und Läufer innerhalb der Motorenbuchse (75),
Fig. 18 den Verbrennungsteil (114) des Verbundmotors im Schnitt mit teilweiser Teilschraffur,
Fig. 19 im wesentlichen die Kraftabnahme und Zwangssteuerung der Wellen (18 und 30), sowie eine mögliche Anordnung von Zusatzaggregaten und die Ölzufuhr des Verbundmotors im Schnitt mit der Bezeichnung (115),
Fig. 20 teils im Schnitt die Zuordnung vom Verbrennungsteil (114) zum Kraftabnahme und Zwangssteuerteil (115), sowie die schematische Darstellung der kraftschlüssigen Verbindung zwischen E.-Motor und Getriebeanschluß und die kraftschlüssige Verbindung Verbrennungsmotor und Getriebeanschluß,
Fig. 20a eine mögliche Schaltung zwischen Verbrennungsmotorantrieb und E.-Motor-Batterieantrieb, sowie dem Generator-Batterie Ladungsvorgang,
Fig. 21 eine Studien-Draufsicht, wie ein Verbundmotor aussehen könnte,
Fig. 22 die perspektivische Ansichtsstudie, wie ein Verbundmotor aussehen könnte.
Der Verbundmotor setzt sich aus folgenden Teilen zusammen: Er besitzt zwei ineinander geschobene Wellen (18) und (30) diese sind vorzugsweise als Hohlwellen ausgebildet, das Material kann aus allen heute üblichen Legierungen, einschließlich Titan bestehen. In der Welle (18) sind die Aussparungen (16) und (17) für die Läufer (20) und (20′) angebracht. Außerdem befindet sich an der Welle (18) mindestens eine Paßfedernut (19) für die Befestigung der Nabe (108) an der mindestens eine Möglichkeit (72) zur Aufnahme eines Armes (71) vorhanden ist. Der Arm (71) bewegt sich gleitend in einem Gleitkugelaufnahme-Schiebeteil (70) indem sich mehrere Kugel (69) vorzugsweise aus Stahl befinden. Das Gleitkugelaufnahme-Schiebeteil (70) ist an der Verbindungsplatte (74) vorzugsweise angeschweißt. Hieran wiederum ist das Tonnenlager-Aufnahmeteil (67) angebracht, vorzugsweise geschweißt. In dem Tonnenlager-Aufnahmeteil ist das Lager, vorzugsweise ein Tonnenlager (68) untergebracht. Das Tonnenlager (68) ist auf dem Zapfen (66) installiert, der an der Gegenseite als viergeteilter Zapfen (65) ausgebildet ist. Der Zapfen (65) wird in eine ebenso geartete Aussparung des Zahnrades (61) befestigt, vorzugsweise mit Schraube (63). Das Zahnrad (61) ist auf der Gegenseite als Lageraufnahmezapfen ausgebildet, hierauf wird das Tonnenlager (62) befestigt. Dieses Tonnenlager wiederum ist in mindestens einen Arm (59) eingelassen, dieser wiederum ist in der Nabe (58) befestigt, die Nabe (58) sitzt auf der Welle (30). Ferner ist auf der Welle (18) die Buchse (55) angebracht, hierauf die Verschleißbuchsen (56). Diese beiden Buchsen besitzen zwei gemeinsame Aussparungen (57), sowie mehrere kurze Buchsen mit der Bezeichnung (54), diese dienen zur Aufnahme der Dichtelemente (94). Durch die Aussparungen (57) und (16), (17) werden die Läufer (20) und (20′) geschoben und auf der Welle (18) befestigt. Die Läufer sind so ausgebildet, daß diese die Abdichtelemente (22), sowie die Ölzufuhrdüsen (21) und (26) und die unter einem Winkel von vorzugsweise 45° angebrachten Druckkolben aufnehmen.
Desweiteren ist ein Fliehkraftaufhebungs-Mechanismus installiert, bestehend aus den Umlenkteilen (24) und den austarierten Gegengewichten (25). Die Ölversorgungsleitungen im Läufer sind mit (27) bezeichnet.
Außerdem dient die Welle (18) auch zur Aufnahme der Bauteile der sechs bis achtfach untergliederten Ölzufuhreinrichtung, wobei das Bauteil (52) in die Welle (18) eingeführt wird. Das Bauteil (53) ist die Verbindung zwischen Öldosiereinrichtung (110) und Ölpumpe (109) über Leitung (111). Die Bauteile (52) und (53) haben eine gemeinsame Verbindung.
Die Welle (30) besitzt mindestens eine Paßfederaussparung (29), sowie beispielsweise zwei um 180° verdrehte und seitlich versetzte Aussparungen (28), außerdem zeichnerisch, aber nicht näher bezeichnete Ölzuführungsbohrungen. Durch diese werden die Brennkaminern (51) und (51′) mit Druck- und Schmieröl versorgt. Die scheibenförmig ausgebildeten Eindrehungen der Welle (30) dienen der Befestigung der Brennkammern, in den Aussparungen (28) werden die Brennkammern eingefügt. Die Brennkammerhälften (35) und (40) werden mittels Schrauben durch die Gewindelöcher (34) zusammen gefügt. Dadurch entstehen im Innern der Brennkammern die Ölkanäle (33), (38) und (39). Die Bohrungen (41) in der Brennkammeraußenwand (40) dienen der Arretierung der Brennkammerhälften auf der Welle (30). Die Bohrungen der Druckkolben für das Dichtelement (50), welches lose in einem gewissen Abstand in der Aussparung (37) liegt, haben die Bezeichnung (32). Durch die Anbringung der Brennkammervorderwand (45) und Brennkammerrückwand (46) zwischen den Brennkaminerhälften entsteht die komplette Brennkammer (51) oder (51′), einschließlich Läufer (20) oder (20′) wird der jeweilige Arbeitsraum gebildet. Die Arretierung der vorderen und hinteren Brennkammerendwände (45, 46) erfolgt einerseits durch die Aussparungen (36) und andererseits über die Aussparungen (47). Die nun installierten Brennkammerendwände werden ebenfalls über die Ölkanäle (33, 38 u. 39) versorgt. Die Rücklaufleitungen haben die (48). Über eine Außenleitung (49) wird eine weitere Ölversorgung der Brennkammerendwände hergestellt. Die Dichtelemente (44) werden durch die Kolben (43) an die abzudichtenden Flächen gedrückt. Die erforderlichen Querbohrungen werden mit (42) bezeichnet.
Um die Wellen und Brennkammern und Läufer herum ist eine Laufbuchse (75) horizontal gelegt. Diese dient zur Aufnahme der Benzin oder Dieseleinspritzdüse (76), der Wasserstoffeinspritzdüse (77), der Zündkerze (78), der Wassereinspritzdüse (79), sowie dem Ansaugkanal (80) und Auspuffkanal (81) am äußeren Umfang. Im Innern der Laufbuchse (75) dichten die Abdichtelemente der Brennkammern und Läufer in rotierender Bewegung ab. Die Bezeichnung des Arbeitsraum in der Arbeitstaktdarstellung wird für beide Arbeitsräume mit (82) bezeichnet. Die Bezeichnungen für den zweiten Arbeitsraum sind mit (76′), (77′), (78′), (79′), (80′) und (81′) bezeichnet. Die Bauteile der Brennkammerendwände mit (45′) und (46′). Der Zündraum trägt die (83′).
Weitere Hauptmerkmale des Verbundmotors sind in dem mit (114) bezeichneten Verbrennungsteiles nachfolgend aufgeführte: Hier werden die einzelnen Arbeitsräume mit (88) bezeichnet, ein auf der Welle (30) befindliches Ölkreistrennungsteil wird mit (96) bezeichnet.
Die rechte Abstützung der Welle (18) erfolgt vorzugsweise über ein Zylinderrollenlager, welches nicht näher bezeichnet wird. Das Lager (89) stellt die hintere Abstützung der Welle (30) dar. Der Lagerdeckel (92) bildet zusammen mit dem Deckel (95) die hintere Laufbuchsenabdichtung der Laufbuchse (75). Die vordere Abstützung der Welle (18) erfolgt über ein Rillenkugellager (90) innerhalb der Welle (30). Die Welle (30) wird im linken Teil mittels Rillenkugellager (87) gelagert, es ist in dem Lagerdeckel (91) untergebracht, welcher gleichzeitig die linke Laufbuchsenabdichtung darstellt. Um die Laufbuchse (75) herum befinden sich die Wassereinspritzräume (93), die zur Dampfaufbereitung dienen, hierherum sind die Dampfräume installiert, die Bezeichnung ist (85), die äußere Begrenzung der Dampfräume erfolgt durch die Buchse (84). Die vordere Abdichtung dieser Buchse ist der Deckel (113), die hintere (rechte) Abdichtung ist die Trennwand (100). In den Dampfräumen sind Kanäle (86) angebracht, die die Aufgabe haben, die wärmeempfindlichen Einspritzventile, z. B. (79) zu schützen.
Für den mit (115) bezeichneten Kraftabgabe und Zwangssteuerraum sind folgende Funktionsbezeichnungen angegeben:
Durch die Trennwand (100) werden die Räume (114) und (115) getrennt. Somit ist es möglich den Raum (115) mit einer Ölfüllung zu versehen, in der sämtliche Zahnräder und die Zwangssteuerung mit einer Ölschmierung versorgt werden. Ein weitere Merkmal innerhalb des Raumes (115) ist die Kraftübertragungseinheit, gebildet aus der Nabe (107), welche auf der Welle (30) befestigt ist und das Zahnrad (106) aufnimmt. Dieses Zahnrad treibt eine als Ritzelwelle (105) ausgebildete Welle an. Diese wiederum treibt eine weitere Welle (104) an. Eine im Zahnrad (103) untergebrachte Fliehkraftkupplung (127) gibt zur geforderten Zeit Kraftschluß über ein weiteres Zahnrad (128) zum Getriebeanschluß (133). Die ebengenannten Wellen finden ihren Gegendruck in den Trennwänden (100), (101) und (102). Ein weiteres Merkmal innerhalb des Raumes (115) ist eine mit (103) bezeichnete Ritzelwelle, die Welle dient zum Antrieb von Nebenaggregaten, z. B. einer mit (109) bezeichneten Ölpumpe. In der hinteren (rechten) Trennwand (102) ist mittig eine Arretiervorrichtung (112) angebracht. Diese dient der Festsetzung des Bauteiles (53).
Die äußere Buchse (99) des Raumes (115) wird über das Verbindungselement (97) mit dem Raum (114) verbunden. Die Trennwände (98) und (100) sind derart stark ausgebildet, daß diese in der Lage sind, die großen, stoßartigen Kräfte, die vom Zahnrad (61) auf den Zahnkranz (69) ausgeübt werden aufzunehmen.
Weitere Ausbildungen des Verbundmotors sind die seitlich des eigentlichen Verbrennungsmotors angebrachten Gleichstromgeneratoren, die bei einer Leistung des Verbrennungsmotors von ca. 50 PS, jeweils eine Leistung von ca. 8 KW haben. Die Gleichstromgeneratoren (116) und (116′) werden durch Dampfdruck über Turbinenräder (117) angetrieben. Der Dampfdruck wird ja bekanntlich vom Verbrennungsmotorteil erzeugt. Eine Wellenverlängerung des Generators (116′) beispielsweise nimmt eine Hydrokupplung (132) auf und kann Kraftfluß zur Welle (131) herstellen und somit das mit (130) bezeichnete Zahnrad in Drehung versetzen, was zur Folge hat, das Zahnrad (134) einschließlich der Welle (129) und der hierauf befindliche Getriebeanschlußteil (133) in Bewegung zu versetzen. Das Zahnrad (128) auf der Welle (129) wird über Zahnrad (103) welches mit all Fliehkraftkupplung ausgebildet ist angetrieben, aber nur dann, wenn der Verbrennungsmotor Leistung abgibt. Das Verbindungsteil zu einem möglichen Schaltgetriebe oder Automatikgetriebe ist das Teil (133).
Die Bauteile der Abhängigkeitsschaltung zwischen Batterie- E.-Motorantrieb und Verbrennungsmotorantrieb sind wie folgt bezeichnet:
Der E.-Motor, bzw. Generator wird mit (116′) bezeichnet, das Zündschloß mit (135), die erste Spannungsversorgung wird durch die Batterie (144) hergestellt. Die als Antriebsbatterie, vorzugsweise als 60-Volt-Batterie ausgelegt, hat die Bezeichnung (142). Ein erforderlicher Ölvorratsbehälter wird mit (141) bezeichnet, von hier aus wird die erforderliche Ölmenge für die Hydrokupplung (132) mittels Druckölpumpe (136) über Leitung (170) gefördert. Für die Umschaltung zwischen Verbrennungsmotorantrieb und E.- Motorantrieb ist einerseits der Umschalter (138) und andererseits das Steuergerät (137) in der Hauptfunktion vorgesehen. Ein mögliches Schaltgetriebe wird mit (142) bezeichnet.
Die Bezeichnungen für die Versorgungsanschlüsse werden wie folgt benannt:
Der Wasseranschluß für die Einspritzung in den Verbrennungsraum ist mit (118) bezeichnet, der Benzin oder Dieselanschluß trägt die Bezeichnung (124), die Bezeichnung der Sauerstoffleitung ist (125). Die Wasserstoffleitung trägt die Bezeichnung (123). Mit (120) ist der Nachbrennraum der Auspuffanordnung (119) bezeichnet. Der Lufteintritt der Ansaugluft wird mit (121) bezeichnet. Desweiteren wird die mögliche Motorenbefestigung mit (122) bezeichnet, die Isolierhülle des Motors hat die Bezeichnung (126).
Ein Funktionsbeispiel wird anhand der Annahme gegeben, daß der Verbundmotor beispielsweise als Antrieb für ein Kraftfahrzeug fungiert.
Die Funktion ist dann wie folgt:
Grundsätzlich ist die Abhängigkeitsschaltung so ausgelegt daß bei Inbetriebnahme des Verbundmotors das E.-Teil geschaltet ist. Das heißt, der Antrieb des Fahrzeuges erfolgt über die Antriebsbatterie (142) und Generator (116′), der nun als E.-Motor geschaltet ist.
Nachdem Spannung (Zündung) (135) geschaltet ist, wird über die nun spannungsführende Stromleitung (151) Spannung an einem, im beispielsweise angenommenen Schaltgetriebe (142) befindlichen Geschwindigkeitsmesser (143) gelegt. Gleichzeitig wird die Stromleitung (153) mit Spannung beaufschlagt, was dazu führt, daß im Steuergerät (137) Spannung anliegt. Desweiteren wir die Stromleitung (147) spannungsführend, was bewirkt, daß die Öldruckpumpe (136) die Hydrokupplung (132) mit Drucköl versorgt. Dadurch ist Kraftschluß zur Welle (131) und dem darauf befindlichen Zahnrad (130) hergestellt. Über die vom Zündschalter (135) spannungsführend geschaltete Stromleitung (146) und dem Umschalter (138) und Stromleitung (148) wird sichergestellt, daß der Gleichstromgenerator (116′) nun als E.-Motor fungieren kann. Der E.-Motor bezieht seine Energie über die Stromleitung (149) von der, vorzugsweise als 60 Voltbatterie ausgelegten Antriebsbatterie (142). Der Motor kann nun beispielsweise eine Leistung von 8 KW erbringen, was für den Niedriggeschwindigkeitsbereich voll ausreichend ist. Nachdem nun der Kraftschluß und die Energieversorgung hergestellt ist, wird über den Zahnrädern (130) und (134) und der Welle (129), sowie dem Getriebeanschlußteil (133) eine Verbindung zum Getriebe (142) hergestellt. Das Getriebe (142) ist vorzugsweise als Vier-, Fünf-, bzw. Sechsganggetriebe ausgelegt, und zwar so, daß im höchsten Gang maximal eine Fahrzeuggeschwindigkeit von 53 km/h erreicht werden kann. Beim Kraftfahrzeugantrieb durch den E.-Motor läuft das Zahnrad (103) leer mit, da es nur kraftschlüssig werden kann, wenn der Verbrennungsmotor auf Drehzahl ist.
Da man davon ausgehen kann, daß Kraftfahrzeuge überwiegend im Stadt oder Dorfbereich gestartet werden, ist mit dieser Antriebsvariante sichergestellt, daß in diesem Umweltbereich keine Abgase anfallen. Die erreichbaren Leistungen im Batteriebetrieb sind mit 8 KW für einen Kleinwagen mit einem Eigengewicht von ca. 930 Kg durchaus ausreichend, wenn man davon ausgeht, daß bei einer erreichbaren Geschwindigkeit von 53 km/h im höchsten Gang noch eine Steigung von ca. 22% im 1. Gang erreicht wird.
Nachdem der Geschwindigkeitsmesser (143) die 50 km/h gemessen hat, wird über den Schalter (154) die Stromleitung (155) spannungsführend, diese führt Spannung zum Schalter (156) im Steuergerät (137). Der Schalter (156) schaltet nun Spannung auf die Stromleitung (157), dieses bewirkt, daß der Schalter (158) die Stromleitung (147) spannungslos schaltet, die Druckölpumpe (136) schaltet ab, dies hat zur Folge, daß die Hydrokupplung (132) die kraftschlüssige Verbindung zur Welle (131) aufhebt. Gleichzeitig schaltet der Schalter (156) die Stromleitung (160) spannungsführend, der automatische Anlaßvorgang für den Verbrennungsmotor wird eingeleitet und startet den Verbrennungsmotor. Im gleichen Zeitablauf wird über den Schalter (156) die Stromleitung (159) spannungsführend geschaltet. Über die im Umschalter (138) befindlichen Stromleitung (161) wird über den Schalter (163) die Stromversorgung von der Antriebsbatterie (142) zum E.- Motor unterbrochen, gleichzeitig der E.- Motor über Schalter (162) wieder zum Generator geschaltet. Dieser Schalter stellt gleichzeitig eine Leitungsverbindung vom Generator zur Antriebsbatterie her, so daß die Antriebsbatterie wieder vom Generator (116′) aufgeladen werden kann. Eine nicht weiter dargestellte Vorrichtung sorgt dafür, daß die Antriebsbatterie bis zur 80% mittels Schnelladung aufgeladen wird. Die restlichen 20% werden im Normalladeverfahren erreicht. Dadurch ist es erklärbar, daß nach einer beispielsweise zehnminütigen Stadtfahrt die Antriebsbatterie in ca. 6-8 Minuten aufgeladen ist. Die Batterie wird von beiden Generatoren (116) und (116′) aufgeladen, wobei eine Restspannung für die unbedingt erforderliche Wasserstoffproduktion sichergestellt wird, da der Verbrennungsmotor ohne Wasserstoffzugabe nicht zünden kann. Nachdem die Batterie wieder aufgeladen ist, wird über die Leitung (164) und Meßgerät (165) und Stromleitung (166) Strom ans Steuergerät (137) gelegt, dieses wiederum gibt Spannung auf die Leitung (167), über den Schalter (168) wird die Ladungsleitung zur Batterie unterbrochen und die Spannung auf die Stromleitung (169) gelegt, was zur Folge hat, daß jetzt wieder die volle Generatorleistung der Elektrolyse zur Verfügung steht. Das Elektrolysegerät ist mit (149) bezeichnet.
Der Betrieb des Verbrennungsmotors, der von der automatischen Anlaßvorrichtung (145) gestartet wurde, ist wie folgt:
Eine zeichnerisch nicht weiter dargestellte, von Strom angetriebene Ölpumpe fördert Öl über das Zuführungsteil (53) und dem Ölverzweigungsteil (52) beispielsweise zu den Abdichtelementen des Läufers (20) und den Abdichtelementen (94), welche zwischen Welle (18) und (30) angeordnet sind und zur beispielsweisen Brennkammer (51) und deren Dichtelementen (50), sowie zu den Brennkammerendwänden (45) und (46) und deren Abdichtelemente (44) und Druckeinrichtung der Druckkolben (43). Über die jeweiligen Ölzuführungsbohrungen werden die gleitenden Bauteile mit Schmieröl versorgt. Ab Erreichen einer bestimmten Drehzahl des Verbrennungsmotors wird die Ölversorgung von der drehzahlabhängigen Ölpumpe (109) übernommen.
Zum besseren Verständnis der nun folgenden Beschreibung der einzelnen Arbeitsabläufe, wie Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen wird in der Hauptsache auf die Figurenbezeichnungen 15-16d hingewiesen.
Die Stellung der Verbrennungsmotorteile zueinander wie Läufer (20), Brennkammer (51), Welle (18) und Welle (30), sowie die Bauteile der Zwangssteuerung wird anhand eines Arbeitszylinder, vorzugsweise des 1. Zylinder (Arbeitsraum) erläutert und ist wie folgt:
Die Grundstellung ist die, daß der Läufer (20) im Arbeitsraum 1 genau auf 0° steht, die Brennkammer (51) ist in der Stellung 4,2°. Das kleine Zahnrad (61) in der Zwangssteuerung steht ebenfalls in der 0°-Stellung, wobei sich der Einsteckzapfen (66) um ca. 5° nach rechts gedreht hat, dadurch entsteht ein Hebelarm über den Arm (71) und dem Kugelaufnahme-Schiebeteil (70) gegenüber der senkrechten stehenden Achsmitte des Zahnrades (61). Diese Stellung kann verglichen werden mit einer Stellung eines Hubkolbenmotors 5° nach OT.
Von dieser Grundstellung an werden wegen des besseren Verständnis die Bezeichnungen der einzelnen Bauteile mit einem zusätzlichen "a" bezeichnet, nach einem weiteren überstrichenem Winkel wird immer die letzte Stellung mit "a" bezeichnet, die neue Stellung hingegen mit einem zusätzlichen "b". Also, der Läufer hat in der Grundstellung und in der drauffolgenden "letzten" Stellung die Bezeichnung (20a), die Brennkammervorderwand (45a), das kleine Zahnrad ist mit (61a) bezeichnet, das verdrehbare Kugelaufnahme-Schiebeteil (70a). Der Arm, der auf der Welle (30) befestigt ist hat die Bezeichnung (59a).
Nun wird der Ablauf der einzelnen Arbeitstakte erläutert, wobei es nachvollziehbar ist, daß es sich um einen 2- Taktmotor handelt.
In der Ausgangsstellung befindet sich der Arm (59a) in der 0°-Stellung. Der Arm (71) im Kugelaufnahme-Schiebeteil (70a) gelagert ist synchron mit dem Läufer (20a) auf der Welle (18) anzusehen. Die Brennkammervorderwand (45a) ist auf der Welle (30) so befestigt, daß der Läufer (20a) mit der Brennkammervorderwand (45a) vorzugsweise einen Winkel von 4,2° bildet. Die Stellung des Zahnrades (61a) ist ebenfalls die 0°-Stellung, wobei das Kugelaufnahme-Schiebeteil (70a) eine um 5° nach rechts verdrehte senkrechte Stellung einnimmt. In dieser Stellung ist der Ansaugkanal (80) freigegeben. Wenn die Welle (30) sich linksherum dreht wird der Arm (59a) und das hieran befestigte Zahnrad (61a) den von der Welle (30) überstrichenen Winkel mitvollziehen. Da das Zahnrad (60) in Wirklichkeit ein feststehender innenverzahnter Zahnkranz ist, wälzt sich das Zahnrad (61a) rechts herum in der Innenverzahnung ab. Die Grunddrehrichtung des Zahnrades (61) ist zwar linksherum, das heißt gleichsinnig mit der Welle (30), aber die Eigendrehung des Zahnrades (61) ist rechts herum und zwar mit dem Kugelaufnahme-Schiebeteil gemeinsam. Da der Läufer (20a) synchron mitdreht, bildet sich ein stetig größer werdender Winkel zwischen der Brennkammervorderwand (45a) und Läufervorderseite des Läufers (20a). Somit entsteht ein ständig größer werdenden Raum. Die Bewegung der linksdrehenden Welle (30) mit der Brennkammervorderwand (45a) erzeugt einen Unterdruck, somit kann ein vorgesehenes Luftsauerstoffgemisch angesaugt werden.
Nach einem überstrichenen Winkel der Welle (30) von beispielsweise 51°, ist die Stellung der Brennkammervorderwand (45b) und die des Läufers (20b) so, daß diese zusammen einen Winkel von beispielsweise 42° bilden. Dieses ist in diesem Fall gleichzeitig die Endstellung nach dem Ansaugvorganges. Der Läufer (20b) schließt nun mit seiner Vorderkante den Ansaugkanal (80). Das Zahnrad (61b) hat nun mit dem daran befestigtem und drehbar gelagertem Kugelaufnahme-Schiebeteil in sich eine ca. 17°-Drehung vollzogen, dieses aber rechts herum. Dieses ist möglich, weil das Zahnrad, bzw. der innenverzahnte Zahnkranz (60) und das Zahnrad (61b) so aufeinander abgestimmt sind, das, wenn die Welle (30) und somit auch die Brennkammer (51) nebst Brennkammervorderwand (45b) eine 90°-Drehung vollziehen, Zahnrad (61b) eine 360°-Drehung macht. Die Stellung des Armes (59b) ist entsprechend um 51° gedreht, der Läufer (20b) in diesem Fall in der Drehrichtung der Welle (30) hat nur einen überstrichenen Winkel von 9° zurückgelegt. In dieser Stellung wird nun beispielsweise Benzin eingespritzt, von der Einspritzdüse (76).
Von dieser Stellung aus an wird der Verdichtungstakt eingeleitet. Nach einer Gesamtdrehung von 61°, bildet die Welle (30) und mit ihr die Brennkammervorderwand (45b) und der Läufer (20b) nun nur noch einen Winkel von ca. 34°, d. h. die Brennkammervorderwand legte nun einen Winkel von 10° zurück, der Läufer (20b) aber einen überstrichenen Winkel von 17,6°. Das ursprüngliche Volumen (82) ist verkleinert. Wenn man die jeweils überstrichenen Winkel in einer Drehzahlabhängigkeit sieht, so stellt man fest, daß der Läufer schon zu diesem Zeitpunkt faßt die doppelte Drehzahl hat. Bis zur 90°-Stellung wird sich die Drehzahl des Läufers und damit die der Welle (18) noch weiter steigern, da die Stellung der Brennkammervorderwand (45b) und die Stellung des Läufers (20b) nach einer 90°-Drehung wieder die der Ausgangslage ist, nämlich 4,2° Zündvolumen, dieses entspricht einem Verdichtungsverhältnis von 1:10. Beide Wellen legen also im gleichen Zeitraum, nur mit unterschiedlichen Drehzahlen den gleichen Weg zurück, es ist also das Ansaugen und Verdichten in einem Takt geschehen. Da der Arbeitstakt und der Ausstoßtakt zwangsläufig nach der gleichen Modalität ablaufen, kann man von einem 2-Takt-Motor sprechen. Dreht sich nun die Brennkammervorderwand (45b) einige Grade in Linksdrehung weiter, wird die Bohrung des Wasserstoffeinspritzventil (77) freigegeben und eine genau dosierte Menge Wasserstoff wird eingegeben.
Nachdem Wasserstoff dosiert wurde, wird durch eine weitere fortgesetzte Drehung der Verdichtungstakt fortgesetzt.
Nach einer 90°-Drehung beider Wellen und mit diesen die der Brennkammer (51) und der Brennkammervorderwand, sowie des Läufers (20b), ist der Verdichtungstakt beendet. Bis zu dieser Stellung hat der Läufer (20b) den ehemals vorhandenen Differenzwinkel überstrichen. Brennkammervorderwand (45b) und Läufer (20b) bilden wieder einen Winkel von 4,2°. Hier wird nun die Zündung durch die Zündkerze (78) eingeleitet.
Der Arbeitstakt beginnt. Nachdem die Brennkammervorderwand (45b) die Bohrung der Wassereinspritzdüse (79) freigibt wird eine genau dosierte Wassermenge eingespritzt. Dieses hat zur Folge, daß nach der Verringerung des Arbeitsdruckes schon in dieser Stellung ein mittlerer Arbeitsdruck vorhanden ist, damit der mittlere Druck sich wieder erhöht, wird das Wasser eingespritzt. Wenn man davon ausgeht, daß 100° heißer Dampf einen um 1685mal so großen Raum benötigt wie 100° heißes Wasser, kann man die zu erzielende Druckerhöhung schon ablesen. Im Gegensatz zu Hubkolbenmotoren, ist es für den in jeder Läuferstellung mit Höchstdruck belastbaren Brennkammermotor (Verbundmotor) völlig unschädlich. Wegen der Kräftezerlegung am Kurbeltrieb eines Hubkolbenmotors ist die Druckerhöhung in diesem Umfang nicht im Dauerbetrieb nicht zu erreichen. (Siehe die Folgen von Spätzündungen).
Nach dem Erreichen der 143°-Marke wird von der Brennkammervorderwand (45b) der Auslaßkanal (81) freigegeben, der Ausstoßtakt hat begonnen. Nach einem überstrichenen Winkel von 170-176° ist der Ausstoßtakt beendet. Nach einer 180°-Drehung beginnt das Gleiche, nur diesmal für die zweite um 180° versetzt angeordneten Zündkerze. Es wird also bei einer 360°-Drehung in einem Arbeitsraum 2mal Arbeit geleistet, da aber der zweite Verbrennungsraum dem ersten gegenüber um 90° versetzt angeordnet ist, wird in Wirklichkeit bei einer 360°-Drehung 4mal Arbeit geleistet, ein Vierzylinder Hubkolbenmotor benötigt hierfür eine 720°-Drehung. Also ist ein Zweitakt- Zweibrennkammerverbundmotor ein 8-Zylinder.
Die Abhängigkeit des Ansaugvolumens, somit auch des Verdichtungsverhältnis und der hieraus resultierenden Drehzahlerhöhung der Welle (18) gegenüber der Welle (30) wird durch das vorgewählte Maß - A - bestimmt.
Nachdem die verbrannten Gase den Verbrennungsraum verlassen haben, wird im speziellen Auspuffkrümmer, zeichnerisch nicht weiter dargestellt, über eine weitere hier angeordnete Zündkerze nachgezündet, da noch unverbrannte Restgase vorhanden sein können. Dies kommt daher, daß nicht auszuschließen ist, daß durch die Wassereinspritzug in den Verbrennungsraum, Knallgas entstanden ist, weil die Kohlenwasserstoffe als Elektrolyt fungieren können.
Dadurch, daß die Motorenbuchse (75) und auch die Auskanäle (81) von einer weiteren Hülle umgeben sind, kann durch eine Wassereinspritzung, die zeichnerisch nicht weiter dargestellt ist, Wasserdampf erzeugt werden. Die Wassereinspritzräume werden beim Verbundmotor mit (93) bezeichnet, die der Dampfräume (85). Im Dampfraum wird bei einer Temperatur beispielsweise von 212°C ein Druck von 20 Bar erzeugt. Dieser Druckdampf wird auf Turbinen (117) geleitet und setzt somit die Gleichstromgeneratoren z. B. (116) in Drehung der so erzeugte, vorzugsweise 60 Volt Gleichstrom wird für die Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff über ein Elektrolysegerät (140) verwandt.

Claims (9)

1. Hybridantriebseinrichtung mit integriertem Wechselan­ trieb, bestehend aus mindestens einem Verbrennungsmotor­ teil (114, 115), mindestens einem Stromerzeugungsgene­ rator (116), welcher zu einem E.-Motor umschaltbar ist und in Verbindung mit einer Antriebsbatterie (142) als Antrieb genutzt wird, vorzugsweise als Wechselantrieb zwischen Verbrennungsmotorteil und Batterie-Elektro­ motorenteil, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsmotorenteil vorzugsweise mit den üblichen Kraftstoffen Benzin; Diesel; Ökobrennstoffe; Wasser; Wasserstoff und Sauerstoff-Luftgemisch oder mit Mix-Varianten betrieben wird und daß eine Vorrichtung (88, 85) zur Erzeugung von Druckdampf vorhanden ist, mit deren Hilfe durch die Eigenwärme des Verbrennungs­ motorteiles (114, 115) Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt wird und daß die Hybridantriebseinrichtung im Verbrennungsteil als Zweitakt-Brennkammersystemmotor ausgebildet ist und zwar derart, daß zwei ineinanderge­ schobene Wellen (18, 30) mittels eines Zwangssteuerungs­ teil verbunden sind.
2. Hybridantriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zwangssteuerungsteil, bestehend aus den Bau­ teilen wie einer Nabe (107), befestigt auf einer Welle (30), hierauf befestigt der Arm (59), in diesem ein eingesetztes Lager (62), einem Zapfen (65), eingesetzt in einem Zahnrad (61), wobei diese Teile durch eine Schraube (63) verbunden sind und über die Verbindung von Zapfen (65, 66) und einem drehbar gelagerten Kugel­ aufnahme-Gleitteil (70), der Arm (71) und mit diesem die Welle (18) in Drehung versetzt wird, vorhanden ist und somit die Motorentakte zwangssteuert.
3. Hybridantriebseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundmotor automatisch von Batterie-Elektro­ motorantrieb auf Verbrennungsmotorantrieb umgeschaltet wird und dieses vorzugsweise geschwindigkeitsabhängig und zwar dadurch, daß, nachdem Spannung (Zündung) (135) geschaltet ist, über die nun spannungsführende Strom­ leitung (151) Spannung an einen, im beispielsweise angenommenen Schaltgetriebe (142) befindlichen Ge­ schwindigkeitsmesser (143) gelegt wird, gleichzeitig die Hydrokupplung (132) mit Drucköl versorgt wird, wodurch Kraftschluß zur Welle (131) und dem darauf befindlichen Zahnrad (130) hergestellt ist und über die vom Zündschalter (135) spannungsführend geschaltete Stromleitung (146) und dem Umschalter (138) und Strom­ leitung (148) sichergestellt wird, daß der Gleichstrom­ generator (116′) nun als E.-Motor fungieren kann, wobei der E.-Motor seine Energie über die Stromleitung (149) von der, vorzugsweise als 60 Volt Batterie ausgelegte Antriebsbatterie (142) bezieht, und daß, nachdem nun der Kraftschluß und die Energieversorgung hergestellt ist, über den Zahnrädern (130) und (134) und der Welle (129), sowie dem Getriebeanschlußteil (133) eine Ver­ bindung zum Getriebe (142) hergestellt wird, wobei das Getriebe (142) vorzugsweise als Vier-, Fünf- bzw. Sechsganggetriebe ausgelegt ist, und zwar so, daß im höchsten Gang maximal eine Fahrzeuggeschwindigkeit von 53 km/h erreicht werden kann und beim Kraftfahrzeugan­ trieb durch den E.-Motor das Zahnrad (103) leer mit­ läuft, da es nur kraftschlüssig werden kann, wenn der Verbrennungsmotor auf Drehzahl ist, und daß, nachdem der Geschwindigkeitsmesser (143) die 50 km/h gemessen hat, über den Schalter (154) die Stromleitung (155) spannungsführend wird, wobei diese Spannung zum Schalter (156) im Steuergerät (137) führt und der Schalter (156) nun Spannung auf die Stromleitung (157) schaltet, was bewirkt, daß der Schalter (158) die Stromleitung (147) spannungslos schaltet, die Drucköl­ pumpe (136) schaltet ab, was zur Folge hat, daß die Hydrokupplung (132) die kraftschlüssige Verbindung zur Welle (131) aufhebt, und daß gleichzeitig der Schalter (156) die Stromleitung (160) spannungsführend schaltet, wodurch der automatische Anlaßvorgang für den Ver­ brennungsmotor eingeleitet wird und den Verbrennungs­ motor startet, wobei im gleichen Zeitablauf über den Schalter (156) die Stromleitung (159) spannungsführend geschaltet wird und über die im Umschalter (138) be­ findliche Stromleitung (161) über den Schalter (163) die Stromversorgung von der Antriebsbatterie (142) zum E.-Motor unterbrochen wird, und gleichzeitig der E.- Motor über Schalter (162) wieder zum Generator ge­ schaltet wird, denn dieser Schalter stellt gleichzeitig eine Leitungsverbindung vom Generator zur Antriebs­ batterie her, so daß die Antriebsbatterie wieder vom Generator (116′) aufgeladen werden kann, und eine Vorrichtung (nicht weiter dargestellt) sorgt dafür, daß die Antriebsbatterie bis zu 80% mittels Schnelladung aufgeladen wird, wobei die restlichen 20% im Normal­ ladeverfahren erreicht werden und die Batterie von beiden Generatoren (116) und (116′) aufgeladen wird, wobei eine Restspannung für die unbedingt erforderliche Wasserstoffproduktion sichergestellt wird und nachdem die Batterie wieder aufgeladen ist, über die Leitung (164) und Meßgerät (165) und Stromleitung (166) Strom ans Steuergerät (137) gelegt wird, dieses wiederum gibt Spannung auf die Leitung (167) und über den Schalter (168) wird die Ladungsleitung zur Batterie unterbrochen und die Spannung auf die Stromleitung (169) gelegt, was zur Folge hat, daß jetzt wieder die volle Generator­ leistung der Elektrolyse zur Verfügung steht, wozu ein Elektrolysegerät (149) vorgesehen ist.
4. Hybridantriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtelemente (22) in den Läufern (20) und (20′) über 45° schräg angeordneten Druckkolben (23) an die vorgesehenen Dichtflächen gedrückt werden.
5. Hybridantriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (50) in den Brennkammern eine 45° schräge Seite aufweist und daß dieses Dichtelement über seitlich ansetzenden Druckkolben (32), und zwar an der der schrägen Seite gegenüberliegenden Seite, verfügt und somit eine zweiseitige Abdichtung möglich wird.
6. Hybridantriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hybridantriebseinrichtung eine Wassereinspritz­ einrichtung besitzt und daß mindestens eine Wasserein­ spritzdüse pro Brennraum vorhanden ist, mittels der Wasser in den Verbrennungsraum eingespritzt wird.
7. Hybridantriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hybridantriebseinrichtung ein mehrgliedriges Ölversorgungsteil (52, 53) besitzt und dieses vorzugs­ weise in der Hohlwelle (18) installiert ist.
8. Hybridantriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Batterie-Elektromotorantrieb in Flugzeugen als Notbetriebseinrichtung ausgelegt ist, was über die automatische Umschaltung von Verbrennungsmotor zum E.- Motorantrieb erreicht wird.
9. Hybridantriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserstofferzeugung von einem Elektrolysegerät (140) erreicht wird.
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