EP2134923A2 - Oscillating piston-type internal combustion engine - Google Patents

Oscillating piston-type internal combustion engine

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EP2134923A2
EP2134923A2 EP08717195A EP08717195A EP2134923A2 EP 2134923 A2 EP2134923 A2 EP 2134923A2 EP 08717195 A EP08717195 A EP 08717195A EP 08717195 A EP08717195 A EP 08717195A EP 2134923 A2 EP2134923 A2 EP 2134923A2
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EP
European Patent Office
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combustion engine
internal combustion
piston
engine according
shaft
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08717195A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Bernd Jung
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jung Brigitte
Jung Nadine
Original Assignee
Jung Brigitte
Jung Nadine
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Filing date
Publication date
Application filed by Jung Brigitte, Jung Nadine filed Critical Jung Brigitte
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to an oscillating piston internal combustion engine comprising a concentric with a first shaft extending preferably rotationally symmetrical a torus shape or a portion of this cylinder having cylinder space with at least one in this reciprocating piston.
  • a corresponding oscillating piston internal combustion engine can be found in DE-C-195 23 736. This is a four-stroke engine, in which the oscillating piston limits a single combustion chamber.
  • the piston is connected via a clutch with an output shaft such that the oscillatory movements are transformed into a uniform rotational movement of the output shaft.
  • the present invention is based on the object to provide an oscillating piston internal combustion engine available, whereby a high compression while high efficiency can be achieved.
  • the possibility of a uniform tappable rotational movement should be given.
  • the compression pressure in the combustion chambers should be variably adjustable.
  • the object is achieved essentially according to the invention in that the cylinder space is subdivided into subareas, that in each subspace a piston can be rocked back and forth, and that each subspace is subdivided into two combustion chambers by the piston reciprocatable in this submerged chamber is and that preferably each combustion chamber is connected to a pre-compressed gas supplying port. Every clock is a work cycle.
  • an oscillating piston internal combustion engine is provided, in which, compared to four-stroke engines basically dead work is not performed. Rather, with each movement of the piston in one direction, a compression and ignition, so that a high efficiency can be achieved. Crank bearings are not required, so that an oil-free construction is possible.
  • the cylinder housing and the piston can be made of ceramic material, so that results in a lightweight construction.
  • the output shaft can be the shaft about which the piston can be oscillated back and forth.
  • the fiction, contemporary engine is operated as a gas generator.
  • the mechanical power is tapped on the turbine side.
  • the turbine can be mounted on a shaft from which the rotor of a generator emanates, so that electrical energy can be generated at the same time.
  • a compressor can start from the shaft, via which the combustion chambers pre-compressed air in the desired extent can be supplied.
  • the compressor can be omitted if a separate supercharger or a fan are available.
  • pressure equalization channels can run, whereby equal working pressure conditions are generated. Due to the missing crank drive very high ignition pressures can be realized.
  • ignition times and / or fuel management can be controlled by means of electronic detection of the torque and / or the piston speed.
  • the piston emanates from a piston disk, which in turn starts from a shaft, which may be output shaft or is connected via at least one clutch and / or a transmission to the output shaft.
  • pistons can start from a common piston disc. However, there is also the possibility that pistons emanate from separate piston discs. In this case, the oppositely moving piston discs z. B. via gears or electronically synchronized.
  • fuel can be supplied to the combustion chamber at several points.
  • the piston disc emanating from the first shaft, which is designed as a first hollow shaft, that the first hollow shaft is penetrated by a second shaft and in that the hollow shaft and the second shaft are connected to each other via gears, via which the movement is convertible into a uniform.
  • the first hollow shaft is connected via connecting means such as a coupling with the second shaft and a second hollow shaft, wherein the connecting means transmit to the second shaft one of the two directions of movement and on the second hollow shaft the other of the two directions of movement of the piston disc.
  • the second shaft is connected to a sun gear of a planetary gear, whereas the second hollow shaft is formed as a ring gear, which via planet gears with the Sun gear is in operative connection.
  • the reciprocating motion of the piston or can be converted into a common direction of rotation.
  • the second hollow shaft is connected to a wheel of a planetary gear
  • the sun gear is connected to the second shaft, wherein the wheel and the sun gear combing a transition to the output bell gear.
  • the piston disc is formed as a cylindrical disc or has a portion of this, which has a circumferentially radially projecting first projection, that the cylinder space has a hollow cylinder geometry with a radially outwardly extending second projection extending from the inner wall , along which the cylinder disc sealingly abuts, and that the piston forming the first projection sealingly abuts against the inner wall of the cylinder chamber.
  • the piston or first projection defines two combustion chambers which are delimited by the outer surfaces of the second projection.
  • the oscillating piston internal combustion engine has four combustion chambers, which are delimited by the two first projections of the piston disc.
  • the protrusion should have a trapezoidal geometry in section.
  • the or the second projections which emanate from the inner wall of the cylinder chamber, have a triangular geometry in the radial direction, wherein the surfaces of the combustion chambers bounding the first and second projections are inclined to each other such that the combustion chamber outer side distance is greater than brennrauminnen rocker distance.
  • a further embodiment of the oscillating piston internal combustion engine provides that the piston disc is connected via freewheels with two shafts, that on one of the waves one of the directions of movement and on the other shaft, the other direction of movement of the piston disc is transferable, that the waves via connecting means such as gears or - belt is connected to a respective output shaft, which in turn are interconnected via gears.
  • the pistons themselves can have an H-geometry in longitudinal section, whose transverse limb extends in the longitudinal direction of the combustion chamber. This results in a lightweight design.
  • the Gaseinlass- and -auslas söffnun conditions of the combustion chamber can be closed by preferably controlled valves such as solenoid valves, without this being a mandatory feature.
  • the gas inlet and outlet openings extend approximately centrally between the dead center positions of the piston.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of an oscillating piston combustion engine
  • FIG. 2 shows the oscillating piston internal combustion engine according to FIG. 1 in longitudinal section
  • FIG. 3 shows a transmission for generating a rotational movement in the same direction
  • FIG. 5 shows a detail of a third embodiment of an oscillating piston combustion smotor s
  • FIG. 6 shows a fourth embodiment of an oscillating piston internal combustion engine in section
  • Fig. 8 is a sectional view of the oscillating piston combustion engine according to
  • FIG. 11 shows an eighth embodiment of an oscillating piston combustion engine
  • Fig. 12 is a schematic diagram of the oscillating piston internal combustion engine according to
  • the essential components of the oscillating piston internal combustion engine may be made of ceramic material, resulting in a lightweight construction. Since bearings, crankshafts, etc. are not required, an oil-free construction is possible. Ignition pressures in the very high range are readily manageable due to the lack of crank drive. Likewise, a chemical compression or the use of high-energy fuels is possible.
  • FIGS. 1 and 2 show a first embodiment of an oscillating piston internal combustion engine 10, which has a housing 12 in which a rotationally symmetrical cylinder space 14 extending in a section of a toroidal shape runs, in which a piston starting from a piston disk 16 has a piston with an H-geometry 18 is swingable back and forth.
  • the Kobenusion 16 is sealed by means of circumferentially extending piston ring 20 relative to the cylinder chamber 14.
  • the piston 18 divides the cylinder chamber 14 into two combustion chambers 22, 24, so that ignition takes place in each direction of movement with each pivoting of the piston 18.
  • fuels such as water methanol emulsion at various points 30, 32, 34, 36 a multi-stage combustion.
  • the cylinder chamber 14 has an outgoing from the inner wall 26 projection 38 which is sealed against the piston ring 20 and faces 40, 42 of the combustion chambers 22, 24 forms.
  • the opposite end surfaces are bounded by the outer surfaces 44, 46 of the piston, which is reciprocable to the end faces 40, 42.
  • a gas inlet 48 Diametrically opposite to the projection 38 are a gas inlet 48 and in the middle between the gas inlet 48 and the projection 38 is a possibly. Via a controlled valve such as solenoid valve 50, 52 closable outlet 54, 56 is provided.
  • the piston disk 16 is based on a hollow shaft 58 to be designated as a first shaft, which is supported in the cylinder housing 12 via bearings 60, 62. Outside the cylinder housing 12, the hollow shaft 58 is in cup-shaped discs 64, 66, which is connected via a respective freewheel or a clutch 68, 70 with shafts 72, 75. In this case, the shaft 72 merges into a second shaft 74, which extends within the hollow shaft 58 and is connected to a sun gear 76 of a planetary gear.
  • the shaft 74 is formed as a hollow shaft in the form of a ring gear, which forms the planetary gear with the sun gear 76 via planetary gears, not shown, so as to implement the reciprocating motion of the piston 18 and thus the piston disk 16 in the same direction rotational movement. However, this is not necessary if z. B. on each side a generator for power generation is installed. Hybrid drive for vehicles or other individual energy converters or combination thereof such as CHP etc.
  • the freewheels 78, 70 ensure that only one of the oscillating movements of the piston 18 is transmitted to the shaft 72 or 74. If clutches are used instead of freewheels, then this switches, if there is no relative speed between drive and driving, d. H. load-free, virtually at zero crossing. It is a wear-free use possible.
  • electromechanical, pneumatic, mechanical e.g.
  • mechanical freewheeling with electromagnetically or piezoelectrically influenced clamping pieces hydroelectrically connected or even form-fitting couplings are possible for the realization of the transmission of the pivotal movement of the piston 18.
  • a related type of coupling is otherwise conceivable for all embodiments.
  • Fig. 3 is shown in a further embodiment, as the reciprocating motion of the piston 18 can be converted into a uniform rotational movement.
  • an output shaft 78 emanating from a bevel gear 80 of a bevel gear 81 the bevel gear 82 of the first shaft 58 passing through the second shaft 74 is driven.
  • the bevel gear 82 opposite wheel 84 is driven by the shaft 75.
  • a vibrating piston combustion engine 86 to be taken from FIG. 4 has - deviating from the teaching of FIG. 1 - two pistons 18, 88, one of each of which starts from a separate piston disc 16.
  • the piston discs can mesh with each other via gears to mechanically ensure synchronous movement. Since two pistons 18, 80 are provided, the cylinder space 24 is divided by two projections 38, 90 into two subspaces 92, 94, wherein each subspace 92, 94 through the respective reciprocating in this piston 18, 88 in turn into two combustion chambers 96, 98, 100, 102 is divided. In the middle between the projections 38, 90 gas inlets 104, 106 and gas outlets 108, 110, 112, 114 are present, which if necessary. - According to FIG. 1 - controlled valves can be assigned. By way of the gas inlets 104, 106, pre-compressed gas can flow into the cylinder subspaces 92, 94 to the desired extent.
  • the projections 38, 90 which are sealed off from the piston ring 20 can have passage openings 116, 118, via which a connection between the combustion chambers 96, 100 or 98, 102 takes place.
  • equal working pressure conditions in the combustion chambers 96, 98, 100, 102 can be generated.
  • unspecified fuel injectors may be provided in the region of the projections 38, 90, which limit the combustion chambers 96, 98, 100, 102 frontally.
  • ignition devices such as spark plugs are installed in this area.
  • the engines of the invention are operated with auto-ignition.
  • About the gas inlet openings 104, 106 can be mentioned pre-compressed gas combustion chambers 96, 98, 100, 012 are supplied. This can be done by means of an electric motor assisting turbocharger, which is preferably designed so that it can also be used as an electricity supplier for the operating system.
  • the exemplary embodiment shows a compressor 120 whose wheel 122 starts from a shaft 124, on which a wheel 126 of a turbine 128 and a rotor 130 of a motor / generator 132 are arranged. Furthermore, the gas outlet openings 108, 110, 112, 114 are connected to the inlet of the turbine 128.
  • a separate supercharger or a blower may be present in order to feed the precompressed gas via the gas inlet openings 104, 106 to the combustion chambers 96, 98, 100, 102.
  • the oscillating piston engine 86 can also serve as a gas generator and, in conjunction with a downstream turbine and upstream compressor forms a compact powerful drive unit.
  • FIG. 5 shows a section of a further oscillating piston combustion engine 134, which differs from that of FIG. 4 in that no cross-sectionally H-shaped pistons 18, 88 but webs 136, 138 projecting from the piston disk 16 are provided exercise the function of short pistons.
  • FIG. 6 Another embodiment of an oscillating piston combustion engine 140 characterizing the invention results purely in principle from FIG. 6.
  • a piston plate 144 is arranged to swing back and forth.
  • the piston disk 144 has a base body 146, which is similar to a cylinder disk, with first protrusions 148, 150 having a trapezoidal geometry projecting therefrom in opposite directions as the pistons which can be reciprocated back and forth along the inner wall 152 of the cylinder housing 142.
  • first protrusions 148, 150 having a trapezoidal geometry projecting therefrom in opposite directions as the pistons which can be reciprocated back and forth along the inner wall 152 of the cylinder housing 142.
  • From the inner wall 152 of the cylinder 142 extend radially inwardly directed and in the radial direction in the section a triangular geometry having second projections 154, 156, against the sealingly slides the disk-shaped base body 146 of the piston disk 144 along.
  • FIG. 7 differs from that of FIG. 6 in that only one function of the piston exerts the first projection 148 of the piston disk 144, which is sealed against the inner wall 152 of the cylinder housing 142. Since only one piston 148 is present, only one second projection 154 projects from the inner wall 152, by means of which the cylinder interior 143 is subdivided into two combustion chambers 166, 168.
  • the reciprocating motion of the piston disc 146 can be implemented in a uniform, ie the same direction movement as shown in FIG.
  • stub shafts 174, 176 which are mounted in the housing 142 extend from the piston disk 146, which is sealed off from the housing 142 via seals 170, 172.
  • the stub shafts 174, 176 have drive plates 178, 180, which are connected via clutches 182, 184 of the type described above with output shafts 186, 188.
  • the output shaft 186 is connected to a reversing gear 189, so that the outgoing from the reversing gear 189 shaft stub 190 rotates in the same direction to the output shaft 188.
  • the various embodiments and others can be arranged universally or relate to all engine variants.
  • FIG. 9 shows an oscillating piston combustion engine 192, which may have a basic structure like that of FIG. Deviating from the relevant embodiment emanate from an oil chamber 194 shafts 196, 198, which are connected to arranged in the oil chamber 194 discs 200, 202, in turn, over Freewheels 204, 206 are in operative connection with the piston disk 16.
  • the shafts 196, 198 are mounted in the housing 12.
  • each output shaft 212, 214 has 100% power since the output shafts 212, 214 are connected via the gears 216, 218.
  • One application is a hybrid drive for vehicles preferably with a downstream continuously variable transmission, such as mechanical transducers. On one side, a generator can be arranged.
  • FIGS. 10 and 11 represent purely oscillating piston engines 216 and 218, respectively, in which two pistons 220, 222 and four pistons 226, 228, 230, 232 originate from one piston disk 16. Accordingly, the cylinder chamber 134 is subdivided into two subspaces 236, 238 or the cylinder chamber 240 according to FIG. 11 into four subspaces 242, 244, 246, 248, which in turn are each connected by the pistons 220, 222, 226, 228, 230, 232 in FIG two combustion chambers are divided.
  • the oscillating piston engine 165 may be connected to an energy converter 250 as explained in FIG. 4.
  • gas can be supplied from the supercharger 120 via a line 252 and an opening 254, which can be closed or released via a solenoid valve 256, to the cylinder chamber 143 and thus to the combustion chambers 166, 168.
  • Basically illustrated outlet openings 258 is then combustion gas via a Lei device 260 is supplied to the turbine wheel 126 of the turbine 128, via which the generator 132 or other is driven.
  • FIGS. 13 to 15 show, purely in principle, embodiments of oscillating piston internal combustion engines with pistons which can be oscillated linearly back and forth, with which a rotational movement can likewise be generated by a mechanical drive in accordance with the teachings of the invention.
  • FIG. 13 shows an oscillating piston internal combustion engine 300, the piston 302 of which divides a cylinder space 304 into two combustion chambers 306, 308, so that each reciprocation is a working stroke.
  • a piston rod 310 From the piston 302 is a piston rod 310, which merges in their running outside of the cylinder chamber 304 ends in racks 314, 316.
  • the gas inlet and the combustion gas outlet can be clearly seen in the drawing without further explanation.
  • the combustion chambers 306, 308 supplied with precompressed gas which is generated by means of a compressor 320 whose wheel 322 emanates from a shaft 324 of a motor / generator 327 on which a paddle wheel of a turbine 326 is arranged.
  • the compressor 320 is connected to the gas inlets 323 of the combustion chambers 306, 308 and the gas outlet 328 to the turbine 326.
  • the motor 327 first serves to generate pre-compressed gas which is supplied to the oscillating piston internal combustion engine 300. After the oscillating piston internal combustion engine 300, d. H. whose piston oscillates, the electric motor as a generator, which is actuated via the turbine 326, which is acted upon by the combustion gas s of the oscillating piston engine 300, act or provide additional energy for the precompression.
  • the racks 314, 316 mesh with gears 330, which is connected according to the embodiment of FIG. 8 with a shaft 332, which in turn converts by means of the coupling 182, the rotational movement of the gear 330 in a same direction rotational movement. Accordingly, from the left side of the shaft 332, a disk corresponding to the disk 180 shown in FIG. 8 is formed to transform the rotational motion of the gear 330 not transmitted to the stub shaft 188. In FIG. 14, two oscillating piston internal combustion engines 300 corresponding to FIG. 13 are synchronized. For this purpose, the racks 314, 316, which emanate from the mutually aligned oscillating piston internal combustion engines 300, coupled via the gear 330, so that a synchronized movement takes place. As a result, a smooth run is given in mass balance. The gearwheel 330 is then connected to output shafts or output shaft stubs 188, 190 via clutches or freewheels, as explained in connection with FIGS.
  • the movement of the gear 330 in a direction z. B. transferred to a generator and in the other direction to a compressor or other generator.
  • FIG. 15 illustrates a further development of the embodiment of FIG. 14 and additionally takes into account the possibility that precompressed gas is supplied to the combustion chambers of oscillating piston combustion engines 334, 336 via a compressor 338 which is generated by a shaft 340 of a motor / generator 342 in accordance with FIG Fig. 13 goes out.
  • a turbine 344 is arranged with its paddle wheel.
  • the shaft 340 may be connected to an output shaft 346, z. B. via gears.
  • the oscillating piston combustion engines 334, 336 which basically have the same design, each comprise a total of six combustion chambers, so that basically a twelve-cylinder engine is represented.
  • the piston rods 348, 350 of the oscillating piston engines 334, 336 are connected outside the cylinders to racks 352, 354, which intersect with the gearwheel 330 to be taken from FIGS. 13 and 15, which in turn corresponds to the explanations of FIG. 13 offset via couplings output shaft stumps in the same direction rotational movements.
  • each of the pistons of the oscillating piston combustion engines 334, 336 subdivides a cylinder space into two combustion chambers that every bar is a working act.
  • the figures are self-explanatory.
  • the piston rod 350 outside of the cylinder having the combustion chambers in a further piston 356, which is in a space 356 back and forth swinging, in order z. B. exercise the function of a supercharger or act as a working module.

Abstract

The invention relates to an oscillating piston-type internal combustion engine (10) comprising a rotationally symmetrical cylinder chamber which extends concentric to a first shaft and contains at least one piston (18) that can be swiveled back and forth therein. In order to obtain a great degree of compression and high efficiency, the cylinder chamber is subdivided into n partial chambers, a piston can be swiveled back and forth in each partial chamber, each partial chamber is subdivided into two combustion chambers (22, 24) by means of said piston that can be swiveled back and forth therein, and preferably each combustion chamber is connected to a connection that delivers a supercharged gas.

Description

Schwin gkolbenverbrennun g smotor Schwin gkolbenverbrennun g smotor
Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwingkolbenverbrennungsmotor umfassend einen konzentrisch zu einer ersten Welle verlaufenden vorzugsweise rotations symmetrischen eine Torusform bzw. einen Abschnitt von dieser aufweisenden Zylinderraum mit zumindest einen in diesem hin- und herschwenkbaren Kolben.The invention relates to an oscillating piston internal combustion engine comprising a concentric with a first shaft extending preferably rotationally symmetrical a torus shape or a portion of this cylinder having cylinder space with at least one in this reciprocating piston.
Ein entsprechender Schwingkolbenverbrennungsmotor ist der DE-C- 195 23 736 zu entnehmen. Hierbei handelt es sich um einen Viertaktmotor, bei dem der Schwingkolben einen einzigen Brennraum begrenzt. Der Kolben ist über eine Kupplung mit einer Abtriebswelle derart verbunden, dass die Schwingbewegungen in eine einheitliche Drehbewegung der Abtriebswelle umgeformt werden.A corresponding oscillating piston internal combustion engine can be found in DE-C-195 23 736. This is a four-stroke engine, in which the oscillating piston limits a single combustion chamber. The piston is connected via a clutch with an output shaft such that the oscillatory movements are transformed into a uniform rotational movement of the output shaft.
Weitere Schwingkolbenverbrennungsmotoren oder -maschinen sind z. B. der DE-C- 199 01 110, der DE-B-10 2005 038 447, der DE-A-10 2005 024 751, der DE-B-10 2005 023 721 oder dem DE-U-298 22 542 zu entnehmen.Other oscillating piston engines or machines are z. DE-C-199 01 110, DE-B-10 2005 038 447, DE-A-10 2005 024 751, DE-B-10 2005 023 721 or DE-U-298 22 542 remove.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Schwingkolbenverbrennungsmotor zur Verfügung zu stellen, womit eine hohe Verdichtung bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad erzielbar ist. Dabei soll die Möglichkeit einer gleichmäßigen abgreifbaren Rotationsbewegung gegeben sein. Auch soll nach einem weiteren Aspekt der Erfindung der Verdichtungsdruck in den Brennräumen variabel einstellbar sein.The present invention is based on the object to provide an oscillating piston internal combustion engine available, whereby a high compression while high efficiency can be achieved. The possibility of a uniform tappable rotational movement should be given. Also, according to a further aspect of the invention, the compression pressure in the combustion chambers should be variably adjustable.
Die Aufgabe wird erfindungs gemäß im Wesentlichen dadurch gelöst, dass der Zylinderraum in n-Teilräume unterteilt ist, dass in jedem Teilraum ein Kolben hin- und herschwingbar ist und dass jeder Teilraum von dem in diesem hin- und herschwingba- ren Kolben in zwei Brennräume unterteilt ist und dass vorzugsweise jeder Brennraum mit einem vorverdichtetes Gas zuführenden Anschluss verbunden ist. Dabei ist jeder Takt ein Arbeitstakt. Erfindungsgemäß wird ein Schwingkolbenverbrennungsmotor zur Verfügung gestellt, bei dem im Vergleich zu Viertaktmotoren dem Grunde nach tote Arbeit nicht geleistet wird. Vielmehr erfolgt bei jeder Bewegung des Kolbens in eine Richtung ein Verdichten und Zünden, so dass ein hoher Wirkungsgrad erzielbar ist. Kurbellager sind nicht erforderlich, so dass eine ölfreie Bauweise möglich ist. Dabei können das Zylindergehäuse und der Kolben aus Keramikmaterial hergestellt sein, so dass sich eine leichte Bauweise ergibt.The object is achieved essentially according to the invention in that the cylinder space is subdivided into subareas, that in each subspace a piston can be rocked back and forth, and that each subspace is subdivided into two combustion chambers by the piston reciprocatable in this submerged chamber is and that preferably each combustion chamber is connected to a pre-compressed gas supplying port. Every clock is a work cycle. According to the invention, an oscillating piston internal combustion engine is provided, in which, compared to four-stroke engines basically dead work is not performed. Rather, with each movement of the piston in one direction, a compression and ignition, so that a high efficiency can be achieved. Crank bearings are not required, so that an oil-free construction is possible. In this case, the cylinder housing and the piston can be made of ceramic material, so that results in a lightweight construction.
Wird der Schwingkolbenverbrennungsmotor als Direktantrieb für dreh- oder rotierende Bewegung eingesetzt, kann die Abtriebswelle die Welle sein, um die der Kolben hin- und herschwingbar ist.If the oscillating piston internal combustion engine is used as a direct drive for rotating or rotating movement, the output shaft can be the shaft about which the piston can be oscillated back and forth.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass der erfindungs gemäße Motor als Gasgenerator betrieben wird. In diesem Fall wird die mechanische Leistung turbinenseitig abgegriffen. Dabei kann die Turbine auf einer Welle gelagert sein, von der der Rotor eines Generators ausgeht, so dass gleichzeitig elektrische Energie erzeugt werden kann. Ferner kann von der Welle ein Verdichter ausgehen, über den den Verbrennungsräumen vorverdichtete Luft in gewünschtem Umfang zuführbar ist. Das Verdichterrad kann jedoch entfallen, wenn ein separater Vorverdichter bzw. ein Gebläse vorhanden sind.However, there is also the possibility that the fiction, contemporary engine is operated as a gas generator. In this case, the mechanical power is tapped on the turbine side. In this case, the turbine can be mounted on a shaft from which the rotor of a generator emanates, so that electrical energy can be generated at the same time. Furthermore, a compressor can start from the shaft, via which the combustion chambers pre-compressed air in the desired extent can be supplied. However, the compressor can be omitted if a separate supercharger or a fan are available.
Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Motors sind:Further advantages of the motor according to the invention are:
optimales Drehmoment, da die Kraft stets am besten Punkt eingreift. Dem Rundlauf des Motors kommt dabei zu Gute, dass keine Arbeitsleertakte und rotations- hemmende Totpunktlagen vorhanden sind.optimal torque, because the force always engages the best point. The concentricity of the motor benefits from the fact that there are no open work cycles and rotation-inhibiting dead center positions.
Es besteht auch die Möglichkeit, mehrere Schwingkolbenverbrennungsmotoren hintereinander oder parallel nebeneinander zu schalten.There is also the possibility of switching several oscillating piston internal combustion engines one behind the other or parallel to each other.
Zwischen den einzelnen Brennräumen können Druckausgleichskanäle verlaufen, wodurch gleiche Arbeitsdruckverhältnisse erzeugt werden. Aufgrund des fehlenden Kurbelantriebs lassen sich sehr hohe Zünddrücke realisieren.Between the individual combustion chambers pressure equalization channels can run, whereby equal working pressure conditions are generated. Due to the missing crank drive very high ignition pressures can be realized.
Dabei besteht die Möglichkeit, dass Zündzeitpunkte und/oder Kraftstoffmanagement mittels elektronischer Erfassung des Drehmoments und/oder der Kolbengeschwindigkeit regelbar sind.There is the possibility that ignition times and / or fuel management can be controlled by means of electronic detection of the torque and / or the piston speed.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Kolben von einer Kolbenscheibe ausgeht, die ihrerseits von einer Welle ausgeht, die Abtriebswelle sein kann oder über zumindest eine Kupplung und/oder ein Getriebe mit der Abtriebswelle verbunden ist.In particular, it is provided that the piston emanates from a piston disk, which in turn starts from a shaft, which may be output shaft or is connected via at least one clutch and / or a transmission to the output shaft.
Mehrere Kolben können von einer gemeinsamen Kolbenscheibe ausgehen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass Kolben von getrennten Kolbenscheiben ausgehen. In diesem Fall sollten die gegensinnig sich bewegenden Kolbenscheiben z. B. über Zahnräder oder elektronisch synchronisiert sein.Several pistons can start from a common piston disc. However, there is also the possibility that pistons emanate from separate piston discs. In this case, the oppositely moving piston discs z. B. via gears or electronically synchronized.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass eine mehrstufige Verbrennung erfolgt. Hierzu kann dem Brennraum an mehreren Stellen Kraftstoff zugeführt werden.Furthermore, there is the possibility that a multi-stage combustion takes place. For this purpose, fuel can be supplied to the combustion chamber at several points.
Um die Hin- und Herbewegung, d. h. das Hin- und Herschwenken der Kolben in eine gleichsinnige drehende Bewegung umzusetzen, ist nach einem Vorschlag der Erfindung vorgesehen, dass die Kolbenscheibe von der ersten Welle ausgeht, die als erste Hohlwelle ausgebildet ist, dass die erste Hohlwelle von einer zweiten Welle durchsetzt ist und dass die Hohlwelle und die zweite Welle über Getriebe miteinander verbunden sind, über die deren Bewegung in eine einheitliche umformbar ist. Dabei ist die erste Hohlwelle über Verbindungsmittel wie eine Kupplung mit der zweiten Welle und einer zweiten Hohlwelle verbunden, wobei die Verbindungsmittel auf die zweite Welle eine der zwei Bewegungsrichtungen und auf die zweite Hohlwelle die andere der zwei Bewegungsrichtungen der Kolbenscheibe übertragen. Ferner besteht die Möglichkeit, dass die zweite Welle mit einem Sonnenrad eines Planetengetriebes verbunden ist, wohingegen die zweite Hohlwelle als Hohlrad ausgebildet ist, die über Planetenräder mit dem Sonnenrad in Wirkverbindung steht. Somit kann die Hin- und Herbewegung des bzw. der Kolben in einen gemeinsamen Drehsinn umgeformt werden.In order to implement the reciprocating motion, ie the reciprocating pivoting of the pistons in a same direction rotating movement is provided according to a proposal of the invention that the piston disc emanating from the first shaft, which is designed as a first hollow shaft, that the first hollow shaft is penetrated by a second shaft and in that the hollow shaft and the second shaft are connected to each other via gears, via which the movement is convertible into a uniform. In this case, the first hollow shaft is connected via connecting means such as a coupling with the second shaft and a second hollow shaft, wherein the connecting means transmit to the second shaft one of the two directions of movement and on the second hollow shaft the other of the two directions of movement of the piston disc. There is also the possibility that the second shaft is connected to a sun gear of a planetary gear, whereas the second hollow shaft is formed as a ring gear, which via planet gears with the Sun gear is in operative connection. Thus, the reciprocating motion of the piston or can be converted into a common direction of rotation.
Es besteht auch die Möglichkeit, dass die zweite Hohlwelle mit einem Rad eines Planetengetriebes verbunden ist, dessen Sonnenrad mit der zweiten Welle verbunden ist, wobei das Rad und das Sonnenrad ein in den Abtrieb übergehendes Glockenrad kämmen.There is also the possibility that the second hollow shaft is connected to a wheel of a planetary gear, the sun gear is connected to the second shaft, wherein the wheel and the sun gear combing a transition to the output bell gear.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist die Kolbenscheibe als eine Zylinderscheibe ausgebildet bzw. weist einen Abschnitt dieser auf, die einen umfangsseitig radial abragenden ersten Vorsprung aufweist, dass der Zylinderraum eine Hohlzylinder- geometrie mit einem von dessen Innenwandung ausgehenden radial nach innen gerichteten zweiten Vorsprung aufweist, entlang dem die Zylinderscheibe abdichtend anliegt, und dass der den Kolben bildende erste Vorsprung dichtend an der Innenwandung des Zylinderraums anliegt. Somit begrenzt der Kolben oder erste Vorsprung zwei Brennräume, die stirnseitig von den Außenflächen des zweiten Vorsprungs begrenzt sind.According to a further proposal of the invention, the piston disc is formed as a cylindrical disc or has a portion of this, which has a circumferentially radially projecting first projection, that the cylinder space has a hollow cylinder geometry with a radially outwardly extending second projection extending from the inner wall , along which the cylinder disc sealingly abuts, and that the piston forming the first projection sealingly abuts against the inner wall of the cylinder chamber. Thus, the piston or first projection defines two combustion chambers which are delimited by the outer surfaces of the second projection.
In Weiterbildung ist vorgesehen, dass von diametral gegenüberliegenden Umfangsseiten der Zylinderscheibe jeweils ein radial abragender erster Vorsprung als der jeweilige Kolben ausgeht und dass von der Innenwandung des Zylinderraums von diametral gegenüberliegenden Bereichen zwei radial nach innen gerichtete zweite Vorsprünge ausgehen. Somit weist der Schwingkolbenverbrennungsmotor vier Brennräume auf, die von den zwei ersten Vorsprüngen der Kolbenscheibe begrenzt sind.In a further development it is provided that from diametrically opposite circumferential sides of the cylinder disc each emanate a radially protruding first projection as the respective piston and that emanating from the inner wall of the cylinder chamber of diametrically opposite regions, two radially inwardly directed second projections. Thus, the oscillating piston internal combustion engine has four combustion chambers, which are delimited by the two first projections of the piston disc.
Unabhängig davon, wie viel erste Vorsprünge, die von der Zylinderscheibe ausgehen, vorgesehen sind, sollte der Vorsprung im Schnitt eine Trapezgeometrie aufweisen. Der bzw. die zweiten Vorsprünge, die von der Innenwandung des Zylinderraums ausgehen, weisen in radialer Richtung eine Dreiecks geometrie auf, wobei die Flächen der die Brennräume begrenzenden ersten und zweiten Vorsprünge derart zueinander geneigt sind, dass brennraumaußenseitiger Abstand größer als brennrauminnenseitiger Abstand ist. Eine weitere Ausbildung des Schwingkolben Verbrennungsmotors sieht vor, dass die Kolbenscheibe über Freiläufe mit zwei Wellen verbunden ist, dass auf eine der Wellen eine der Bewegungsrichtungen und auf die andere Welle die andere Bewegungsrichtung der Kolbenscheibe übertragbar ist, dass die Wellen über Verbindungsmittel wie Zahnräder oder -riemen mit jeweils einer Abtriebswelle verbunden ist, die ihrerseits über Zahnräder miteinander verbunden sind.Regardless of how many first protrusions emanating from the cylinder disk are provided, the protrusion should have a trapezoidal geometry in section. The or the second projections, which emanate from the inner wall of the cylinder chamber, have a triangular geometry in the radial direction, wherein the surfaces of the combustion chambers bounding the first and second projections are inclined to each other such that the combustion chamber outer side distance is greater than brennrauminnenseitiger distance. A further embodiment of the oscillating piston internal combustion engine provides that the piston disc is connected via freewheels with two shafts, that on one of the waves one of the directions of movement and on the other shaft, the other direction of movement of the piston disc is transferable, that the waves via connecting means such as gears or - belt is connected to a respective output shaft, which in turn are interconnected via gears.
Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass die Kolbenscheibe von Kühlluft durchströmbar ist.Furthermore, there is the possibility that the piston disk can be flowed through by cooling air.
Die Kolben selbst können im Längsschnitt eine H-Geometrie aufweisen, deren Querschenkel in Längsrichtung des Verbrennungsraums verläuft. Somit ergibt sich eine leichte Bauart.The pistons themselves can have an H-geometry in longitudinal section, whose transverse limb extends in the longitudinal direction of the combustion chamber. This results in a lightweight design.
Die Gaseinlass- und -auslas söffnun gen des Brennraums können über vorzugsweise gesteuerte Ventile wie Magnetventile verschließbar sein, ohne dass es sich hierbei um ein zwingendes Merkmal handelt. Insbesondere ist jedoch vorgesehen, dass die Gaseinlass- und -auslassöffnungen in etwa mittig zwischen den Totpunktlagen des Kolbens verlaufen. Hierdurch sind - sofern überhaupt Ventile zur Anwendung kommen - diese nur mit geringem Druck beaufschlagt, wobei auf der Auslassseite kein Ventil - nur Öffnungen - und auf der Einlassseite vorzugsweise Rückschlagventile genügen.The Gaseinlass- and -auslas söffnun conditions of the combustion chamber can be closed by preferably controlled valves such as solenoid valves, without this being a mandatory feature. In particular, however, it is provided that the gas inlet and outlet openings extend approximately centrally between the dead center positions of the piston. As a result - if any valves are used - they are applied only with low pressure, with no valve on the outlet side - only openings - and preferably meet on the inlet side check valves.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen -für sich und/oder in Kombination-, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.Further details, advantages and features of the invention will become apparent not only from the claims, the features to be taken from them-alone and / or in combination-but also from the following description of preferred embodiments to be taken from the drawings.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines Schwingkolbenverbrennungsmotors inFig. 1 shows a first embodiment of an oscillating piston combustion engine in
Schnittdarstellung,Sectional view
Fig. 2 der Schwingkolbenverbrennungsmotor gemäß Fig. 1 im Längsschnitt, Fig. 3 ein Getriebe zur Erzeugung einer gleichsinnigen Drehbewegung,2 shows the oscillating piston internal combustion engine according to FIG. 1 in longitudinal section, FIG. 3 shows a transmission for generating a rotational movement in the same direction,
Fig. 4 eine zweite Ausführungsform eines Schwingkolbenverbrennungsmotors,4 shows a second embodiment of an oscillating piston combustion engine,
Fig. 5 einen Ausschnitt einer dritten Ausführungsform eines Schwingkolbenverbrennung smotor s ,5 shows a detail of a third embodiment of an oscillating piston combustion smotor s,
Fig. 6 eine vierte Ausführungsform eines Schwingkolbenverbrennungsmotors im Schnitt,6 shows a fourth embodiment of an oscillating piston internal combustion engine in section,
Fig. 7 eine fünfte Ausführungsform eines Schwingkolbenverbrennungsmotors im Schnitt,7 shows a fifth embodiment of an oscillating piston internal combustion engine in section,
Fig. 8 eine Schnittdarstellung des Schwingkolbenverbrennungsmotors gemäßFig. 8 is a sectional view of the oscillating piston combustion engine according to
Fig. 7,Fig. 7,
Fig. 9 eine sechste Ausführungsform eines Schwingkolbenverbrennungsmotors,9 shows a sixth embodiment of an oscillating piston combustion engine,
Fig. 10 eine siebente Ausführungsform eines Schwingkolbenverbrennungsmotors,10 shows a seventh embodiment of an oscillating piston combustion engine,
Fig. 11 eine achte Ausführungsform eines Schwingkolbenverbrennungsmotors,11 shows an eighth embodiment of an oscillating piston combustion engine,
Fig. 12 eine Prinzipdarstellung des Schwingkolbenverbrennungsmotors gemäßFig. 12 is a schematic diagram of the oscillating piston internal combustion engine according to
Fig. 7 mit integriertem Energiewandlersystem,7 with integrated energy converter system,
Fig. 13 eine weitere Ausführungsform eines Schwingkolbenverbrennungsmotors,13 shows a further embodiment of an oscillating piston combustion engine,
Fig. 14 zwei synchronisierte Schwingkolbenverbrennungsmotore und14 shows two synchronized oscillating piston combustion engines and
Fig. 15 miteinander gekoppelte Schwingkolbenverbrennungsmotore.Fig. 15 coupled to each other Schwingkolbenverbrennungsmotore.
In den Figuren 1 bis 12, in denen grundsätzlich gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, werden bevorzugte Ausführungsformen von Schwingkolbenverbrennungsmotoren in Form von Schwenk- oder Pendelkolbenmotoren und in den Fig. 13 bis 15 Schwingkolbenverbrennungsmotoren in Form von Freikolbenmotoren rein prinzipiell dargestellt, die der gemeinsamen Lehre gehorchen, dass ein Zylinderraum in n-Teilräume unterteilt ist, dass in jedem Teilraum ein Kolben hin- und herschwenk bzw. -schwingbar angeordnet ist und dass jeder Teilraum von dem in diesem hin- und herschwenk- bzw. schwingbaren Kolben in zwei Brennräume unterteilt ist, wobei bevorzugterweise jedem Brennraum in gewünschtem Umfang ein vorverdichtetes Gas zuführbar ist, um auf diese Weise einen variablen Verdichtung sdruck einstellen zu können. Dabei ist jeder Takt ein Arbeitstakt.In the figures 1 to 12, in which basically the same elements are provided with the same reference numerals, preferred embodiments of oscillating piston internal combustion engines in the form of swing or oscillating piston engines and in Figs. 13 to 15 oscillating piston internal combustion engines in the form of free-piston engines shown purely in principle, the common Doctrine obeys that a cylinder space is subdivided into n subspaces, that in each subspace a piston is arranged back and forth swinging or -schwingbar and that divides each subspace of the reciprocating and swingable in this piston into two combustion chambers is, wherein preferably each combustion chamber to the desired extent a precompressed Gas can be supplied to adjust in this way a variable compression pressure can. Every clock is a work cycle.
Die wesentlichen Bauelemente des Schwingkolbenverbrennungsmotors, insbesondere der Kolben und das Zylindergehäuse, können aus Keramikmaterial hergestellt sein, so dass sich eine leichte Bauweise ergibt. Da Lager, Kurbelwellen etc. nicht benötigt werden, ist eine ölfreie Bauweise möglich. Zünddrücke im sehr hohen Bereich sind aufgrund des fehlenden Kurbelantriebs ohne Weiteres beherrschbar. Gleichfalls ist eine chemische Verdichtung bzw. die Verwendung hochenergetischer Brennstoffe möglich.The essential components of the oscillating piston internal combustion engine, in particular the piston and the cylinder housing, may be made of ceramic material, resulting in a lightweight construction. Since bearings, crankshafts, etc. are not required, an oil-free construction is possible. Ignition pressures in the very high range are readily manageable due to the lack of crank drive. Likewise, a chemical compression or the use of high-energy fuels is possible.
Den Fig. 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform eines Schwingkolbenverbrennungsmotors 10 zu entnehmen, der ein Gehäuse 12 aufweist, in dem ein rotationssymmetrischer einen Abschnitt einer Torusform aufweisender Zylinderraum 14verläuft, in dem von einer Kolbenscheibe 16 ausgehend ein im Schnitt eine H-Geometrie aufweisender Kolben 18 hin- und herschwenkbar ist. Die Kobenscheibe 16 ist über umfangsseitig verlaufenden Kolbenring 20 gegenüber dem Zylinderraum 14 abgedichtet. Der Kolben 18 unterteilt den Zylinderraum 14 in zwei Verbrennungsräume 22, 24, so dass in jeder Bewegungsrichtung bei jedem Schwenken des Kolbens 18 eine Zündung erfolgt. In den Zylinderraum 24 und damit in die Brennräume 22, 24 kann durch Einspritzen von Kraftstoffen wie Wasser Methanol Emulsion an verschiedenen Stellen 30, 32, 34, 36 eine mehrstufige Verbrennung erfolgen.FIGS. 1 and 2 show a first embodiment of an oscillating piston internal combustion engine 10, which has a housing 12 in which a rotationally symmetrical cylinder space 14 extending in a section of a toroidal shape runs, in which a piston starting from a piston disk 16 has a piston with an H-geometry 18 is swingable back and forth. The Kobenscheibe 16 is sealed by means of circumferentially extending piston ring 20 relative to the cylinder chamber 14. The piston 18 divides the cylinder chamber 14 into two combustion chambers 22, 24, so that ignition takes place in each direction of movement with each pivoting of the piston 18. In the cylinder chamber 24 and thus in the combustion chambers 22, 24 can be carried out by injecting fuels such as water methanol emulsion at various points 30, 32, 34, 36 a multi-stage combustion.
Der Zylinderraum 14 weist einen von dessen Innenwandung 26 ausgehenden Vorsprung 38 auf, der gegenüber dem Kolbenring 20 abgedichtet ist und Stirnflächen 40, 42 der Verbrennungsräume 22, 24 bildet. Die gegenüberliegenden Stirnflächen werden von den Außenflächen 44, 46 des Kolbens begrenzt, der zu den Stirnflächen 40, 42 hin- und herbewegbar ist.The cylinder chamber 14 has an outgoing from the inner wall 26 projection 38 which is sealed against the piston ring 20 and faces 40, 42 of the combustion chambers 22, 24 forms. The opposite end surfaces are bounded by the outer surfaces 44, 46 of the piston, which is reciprocable to the end faces 40, 42.
Diametral gegenüberliegend zu dem Vorsprung 38 sind ein Gaseinlass 48 und mittig zwischen dem Gaseinlass 48 und dem Vorsprung 38 ist jeweils ein ggfs. über ein gesteuertes Ventil wie Magnetventil 50, 52 verschließbarer Auslass 54, 56 vorgesehen. Die Kolbenscheibe 16 geht von einer als erste Welle zu bezeichnenden Hohlwelle 58 aus, die über Lager 60, 62 in dem Zylindergehäuse 12 abgestützt ist. Außerhalb des Zylindergehäuses 12 geht die Hohlwelle 58 in topfförmige Scheiben 64, 66 über, die über jeweils einen Freilauf oder eine Kupplung 68, 70 mit Wellen 72, 75 verbunden ist. Dabei geht die Welle 72 in eine zweite Welle 74 über, die sich innerhalb der Hohlwelle 58 erstreckt und mit einem Sonnenrad 76 eines Planetengetriebes verbunden ist.Diametrically opposite to the projection 38 are a gas inlet 48 and in the middle between the gas inlet 48 and the projection 38 is a possibly. Via a controlled valve such as solenoid valve 50, 52 closable outlet 54, 56 is provided. The piston disk 16 is based on a hollow shaft 58 to be designated as a first shaft, which is supported in the cylinder housing 12 via bearings 60, 62. Outside the cylinder housing 12, the hollow shaft 58 is in cup-shaped discs 64, 66, which is connected via a respective freewheel or a clutch 68, 70 with shafts 72, 75. In this case, the shaft 72 merges into a second shaft 74, which extends within the hollow shaft 58 and is connected to a sun gear 76 of a planetary gear.
Die Welle 74 ist als Hohlwelle in Form eines Hohlrades ausgebildet, das mit dem Sonnenrad 76 über nicht dargestellte Planetenräder das Planetengetriebe bildet, um somit die Hin- und Herbewegung des Kolbens 18 und damit der Kolbenscheibe 16 in eine gleichsinnige Drehbewegung umzusetzen. Dies ist allerdings dann nicht erforderlich, wenn z. B. auf jeder Seite ein Generator zur Stromerzeugung eingebaut ist. Hybridantrieb für Fahrzeuge oder andere individuelle Energiewandler oder Kombination daraus wie BHKW etc.The shaft 74 is formed as a hollow shaft in the form of a ring gear, which forms the planetary gear with the sun gear 76 via planetary gears, not shown, so as to implement the reciprocating motion of the piston 18 and thus the piston disk 16 in the same direction rotational movement. However, this is not necessary if z. B. on each side a generator for power generation is installed. Hybrid drive for vehicles or other individual energy converters or combination thereof such as CHP etc.
Die Freiläufe 78, 70 stellen sicher, dass auf die Welle 72 bzw. 74 nur eine der Schwingbewegungen des Kolbens 18 übertragen wird. Werden anstelle von Freiläufen Kupplungen benutzt, so schaltet diese dann, wenn keine Relativgeschwindigkeit zwischen Antrieb und Mitnahme besteht, d. h. lastfrei, quasi im Nulldurchgang. Es ist eine verschleißfreie Nutzung möglich.The freewheels 78, 70 ensure that only one of the oscillating movements of the piston 18 is transmitted to the shaft 72 or 74. If clutches are used instead of freewheels, then this switches, if there is no relative speed between drive and driving, d. H. load-free, virtually at zero crossing. It is a wear-free use possible.
Berührungsfreie elektromagnetische, kraftschlüssige mittels piezoelektrischer Translatoren, elektromechanische, pneumatische, mechanische z.B. mittels mechanischem Freilauf mit elektromagnetisch oder piezoelektrisch beeinflussten Klemmstücken, hydroelektrisch geschaltete oder sogar formschlüssige Kupplungen sind zur Realisierung der Übertragung der Schwenkbewegung des Kolbens 18 möglich. Eine diesbezügliche Kupplungsart ist im Übrigen für sämtliche Ausführungsbeispiele denkbar.Non-contact electromagnetic, non-positive means of piezoelectric translators, electromechanical, pneumatic, mechanical, e.g. By means of mechanical freewheeling with electromagnetically or piezoelectrically influenced clamping pieces, hydroelectrically connected or even form-fitting couplings are possible for the realization of the transmission of the pivotal movement of the piston 18. A related type of coupling is otherwise conceivable for all embodiments.
In der Fig. 3 ist in einer weiteren Ausführungsform wiedergegeben, wie die Hin- und Herbewegung des Kolbens 18 in eine einheitliche Drehbewegung umgesetzt werden kann. So kann eine Abtriebswelle 78 von einem Kegelrad 80 eines Kegelgetriebes 81 ausgehen, dessen Kegelrad 82 von der die erste Welle 58 durchsetzende zweite Welle 74 angetrieben wird. Das dem Kegelrad 82 gegenüberliegende Rad 84 wird von der Welle 75 angetrieben.In Fig. 3 is shown in a further embodiment, as the reciprocating motion of the piston 18 can be converted into a uniform rotational movement. Thus, an output shaft 78 emanating from a bevel gear 80 of a bevel gear 81, the bevel gear 82 of the first shaft 58 passing through the second shaft 74 is driven. The bevel gear 82 opposite wheel 84 is driven by the shaft 75.
Ein der Fig. 4 zu entnehmender Schwingkolbenverbrennungsmotor 86 weist - abweichend von der Lehre der Fig. 1 - zwei Kolben 18, 88 auf, von denen jeweils einer von einer gesonderten Kolbenscheibe 16 ausgeht. Die Kolbenscheiben können über Zahnräder miteinander in Eingriff stehen, um auf mechanische Weise eine synchrone Bewegung sicherzustellen. Da zwei Kolben 18, 80 vorgesehen sind, ist der Zylinderraum 24 durch zwei Vorsprünge 38, 90 in zwei Teilräume 92, 94 unterteilt, wobei jeder Teilraum 92, 94 durch den jeweiligen in diesem hin- und herschwingbaren Kolben 18, 88 in wiederum zwei Brennräume 96, 98, 100, 102 unterteilt ist. Mittig zwischen den Vorsprüngen 38, 90 sind Gaseinlässe 104, 106 und Gasauslässe 108, 110, 112, 114 vorhanden, denen ggfs. - entsprechend der Fig. 1 - gesteuerte Ventile zugeordnet sein können. Ü- ber die Gaseinlässe 104, 106 kann im gewünschten Umfang vorverdichtetes Gas in die Zylinderteilräume 92, 94 strömen.A vibrating piston combustion engine 86 to be taken from FIG. 4 has - deviating from the teaching of FIG. 1 - two pistons 18, 88, one of each of which starts from a separate piston disc 16. The piston discs can mesh with each other via gears to mechanically ensure synchronous movement. Since two pistons 18, 80 are provided, the cylinder space 24 is divided by two projections 38, 90 into two subspaces 92, 94, wherein each subspace 92, 94 through the respective reciprocating in this piston 18, 88 in turn into two combustion chambers 96, 98, 100, 102 is divided. In the middle between the projections 38, 90 gas inlets 104, 106 and gas outlets 108, 110, 112, 114 are present, which if necessary. - According to FIG. 1 - controlled valves can be assigned. By way of the gas inlets 104, 106, pre-compressed gas can flow into the cylinder subspaces 92, 94 to the desired extent.
Wird vorverdichtetes Gas nicht zugeführt, kann durch die wandernde Druckwelle im Auspuffrohr und dem daraus resultierenden Unterdruck im Zylinderraum Frischgas in die Zylinderräume gesaugt werden. Mittels eines z. B. Druckwellenverdichters kann der Effekt optimiert werden.If pre-compressed gas is not supplied, fresh gas can be sucked into the cylinder chambers by the wandering pressure wave in the exhaust pipe and the resulting negative pressure in the cylinder space. By means of a z. B. pressure wave compressor, the effect can be optimized.
Des Weiteren können die gegenüber dem Kolbenring 20 abgedichteten Vorsprünge 38, 90 Durchtritts Öffnungen 116, 118 aufweisen, über die eine Verbindung zwischen den Verbrennungsräumen 96, 100 bzw. 98, 102 erfolgt. Somit können gleiche Arbeitsdruckverhältnisse in den Verbrennungsräumen 96, 98, 100, 102 erzeugt werden.Furthermore, the projections 38, 90 which are sealed off from the piston ring 20 can have passage openings 116, 118, via which a connection between the combustion chambers 96, 100 or 98, 102 takes place. Thus, equal working pressure conditions in the combustion chambers 96, 98, 100, 102 can be generated.
Im Bereich der Vorsprünge 38, 90, die die Verbrennungsräume 96, 98, 100, 102 stirnseitig begrenzen, können nicht näher bezeichnete Kraftstoffeinspritzdüsen vorgesehen sein. In diesem Bereich sind des Weiteren Zündeinrichtungen wie Zündkerzen eingebaut.In the region of the projections 38, 90, which limit the combustion chambers 96, 98, 100, 102 frontally, unspecified fuel injectors may be provided. In addition, ignition devices such as spark plugs are installed in this area.
Vorzugsweise werden die erfindungsgemäßen Motoren mit Selbstzündung betrieben. Über die Gaseinlassöffnungen 104, 106 kann erwähntermaßen vorverdichtetes Gas den Verbrennungsräumen 96, 98, 100, 012 zugeführt werden. Dies kann mittels eines elektromotorisch unterstützenden Turboladers erfolgen, der vorzugsweise so ausgebildet ist, dass er auch als Stromlieferant für das Betriebssystem herangezogen werden kann. Das Ausführungsbeispiel zeigt einen Verdichter 120, dessen Rad 122 von einer Welle 124 ausgeht, auf dem ein Rad 126 einer Turbine 128 sowie ein Rotor 130 eines Motor/Generators 132 angeordnet sind. Des Weiteren sind die Gasaustrittsöffnungen 108, 110, 112, 114 mit den Einlass der Turbine 128 verbunden.Preferably, the engines of the invention are operated with auto-ignition. About the gas inlet openings 104, 106 can be mentioned pre-compressed gas combustion chambers 96, 98, 100, 012 are supplied. This can be done by means of an electric motor assisting turbocharger, which is preferably designed so that it can also be used as an electricity supplier for the operating system. The exemplary embodiment shows a compressor 120 whose wheel 122 starts from a shaft 124, on which a wheel 126 of a turbine 128 and a rotor 130 of a motor / generator 132 are arranged. Furthermore, the gas outlet openings 108, 110, 112, 114 are connected to the inlet of the turbine 128.
Selbstverständlich kann ein separater Vorverdichter bzw. ein Gebläse vorhanden sein, um das vorverdichtete Gas über die Gaseinlassöffnungen 104, 106 den Brennräumen 96, 98, 100, 102 zuzuführen.Of course, a separate supercharger or a blower may be present in order to feed the precompressed gas via the gas inlet openings 104, 106 to the combustion chambers 96, 98, 100, 102.
Der Schwingkolbenverbrennungsmotor 86 kann auch als Gasgenerator dienen und bildet in Verbindung mit einer nachgeschalteten Turbine und vorgeschaltetem Verdichter ein kompaktes leistungsfähiges Antriebsaggregat.The oscillating piston engine 86 can also serve as a gas generator and, in conjunction with a downstream turbine and upstream compressor forms a compact powerful drive unit.
In Fig. 5 ist ein Ausschnitt eines weiteren Schwingkolbenverbrennungsmotors 134 dargestellt, der sich von dem der Fig. 4 dahingehend unterscheidet, dass keine im Schnitt H-förmigen Kolben 18, 88, sondern von der Kolbenscheibe 16 abragende Stege 136, 138 vorgesehen sind, die die Funktion kurzer Kolben ausüben.FIG. 5 shows a section of a further oscillating piston combustion engine 134, which differs from that of FIG. 4 in that no cross-sectionally H-shaped pistons 18, 88 but webs 136, 138 projecting from the piston disk 16 are provided exercise the function of short pistons.
Eine weitere die Erfindung kennzeichnende Ausführungsform eines Schwingkolbenverbrennungsmotors 140 ergibt sich rein prinzipiell aus der Fig. 6.Another embodiment of an oscillating piston combustion engine 140 characterizing the invention results purely in principle from FIG. 6.
In einem Zylindergehäuse 142 ist eine Kolbenscheibe 144 hin- und herschwingbar angeordnet. Die Kolbenscheibe 144 weist einen einer Zylinderscheibe gleichkommenden Basiskörper 146 mit von diesem von gegenüberliegenden Bereichen radial abragenden im Schnitt eine Trapezgeometrie aufweisende erste Vorsprünge 148, 150 als die Kolben auf, die abdichtend entlang Innenwandung 152 des Zylindergehäuses 142 hin- und herbewegbar sind. Von der Innenwandung 152 des Zylinders 142 erstrecken sich radial nach innen gerichtete und in radialer Richtung im Schnitt eine Dreieckgeometrie aufweisende zweite Vorsprünge 154, 156, gegen die abdichtend der scheibenförmige Basiskörper 146 der Kolbenscheibe 144 entlang gleitet.In a cylinder housing 142, a piston plate 144 is arranged to swing back and forth. The piston disk 144 has a base body 146, which is similar to a cylinder disk, with first protrusions 148, 150 having a trapezoidal geometry projecting therefrom in opposite directions as the pistons which can be reciprocated back and forth along the inner wall 152 of the cylinder housing 142. From the inner wall 152 of the cylinder 142 extend radially inwardly directed and in the radial direction in the section a triangular geometry having second projections 154, 156, against the sealingly slides the disk-shaped base body 146 of the piston disk 144 along.
Durch die entsprechende Geometrie des Zylinderraums 143 des Zylindergehäuses 142 und der Ausbildung der Kolbenscheibe 144 ergeben sich insgesamt vier Brennräume 158, 160, 162, 164.The corresponding geometry of the cylinder space 143 of the cylinder housing 142 and the formation of the piston disk 144 result in a total of four combustion chambers 158, 160, 162, 164.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 7 unterscheidet sich von dem der Fig. 6 dahingehend, dass von der Kolbenscheibe 144 nur ein die Funktion des Kolbens ausübender erster Vorsprung 148 ausgeht, der gegenüber der Innenwandung 152 des Zylindergehäuses 142 abgedichtet ist. Da nur ein Kolben 148 vorhanden ist, geht von der Innenwandung 152 auch nur ein zweiter Vorsprung 154 aus, durch den der Zylinderinnenraum 143 in zwei Brennräume 166, 168 unterteilt wird.The embodiment of FIG. 7 differs from that of FIG. 6 in that only one function of the piston exerts the first projection 148 of the piston disk 144, which is sealed against the inner wall 152 of the cylinder housing 142. Since only one piston 148 is present, only one second projection 154 projects from the inner wall 152, by means of which the cylinder interior 143 is subdivided into two combustion chambers 166, 168.
Entsprechend der erfindungs gemäßen Lehre kann die Hin- und Herbewegung der Kolbenscheibe 146 entsprechend der Darstellung in Fig. 8 in eine einheitliche, also gleichsinnige Bewegung umgesetzt werden. So gehen von der Kolbenscheibe 146, die gegenüber dem Gehäuse 142 über Dichtungen 170, 172 abgedichtet ist, Wellenstümpfe 174, 176 aus, die in dem Gehäuse 142 gelagert sind. Die Wellenstümpfe 174, 176 weisen Mitnehmerscheiben 178, 180 auf, die über Kupplungen 182, 184 zuvor beschriebener Art mit Abtriebswellen 186, 188 verbunden sind. Dabei ist die Abtriebswelle 186 mit einem Wendegetriebe 189 verbunden, so dass sich der aus dem Wendegetriebe 189 abgehende Wellenstumpf 190 gleichsinnig zu der Abtriebswelle 188 dreht. Die verschiedenen Ausführungsformen und weitere sind universell anordbar bzw. beziehen sich auf alle Motoren-Varianten.According to the teaching according to the invention, the reciprocating motion of the piston disc 146 can be implemented in a uniform, ie the same direction movement as shown in FIG. Thus, stub shafts 174, 176 which are mounted in the housing 142 extend from the piston disk 146, which is sealed off from the housing 142 via seals 170, 172. The stub shafts 174, 176 have drive plates 178, 180, which are connected via clutches 182, 184 of the type described above with output shafts 186, 188. In this case, the output shaft 186 is connected to a reversing gear 189, so that the outgoing from the reversing gear 189 shaft stub 190 rotates in the same direction to the output shaft 188. The various embodiments and others can be arranged universally or relate to all engine variants.
Der Fig. 9 ist ein Schwingkolbenverbrennungsmotor 192 zu entnehmen, der einen prinzipiellen Aufbau wie der der Fig.l aufweisen kann. Abweichend von dem diesbezüglichen Ausführungsbeispiel gehen von einem Ölraum 194 Wellen 196, 198 aus, die mit in dem Ölraum 194 angeordneten Scheiben 200, 202 verbunden sind, die ihrerseits über Freiläufe 204, 206 mit der Kolbenscheibe 16 in Wirkverbindung stehen. Die Wellen 196, 198 sind in dem Gehäuse 12 gelagert.FIG. 9 shows an oscillating piston combustion engine 192, which may have a basic structure like that of FIG. Deviating from the relevant embodiment emanate from an oil chamber 194 shafts 196, 198, which are connected to arranged in the oil chamber 194 discs 200, 202, in turn, over Freewheels 204, 206 are in operative connection with the piston disk 16. The shafts 196, 198 are mounted in the housing 12.
Die Wellen 196, 198 sind sodann über z. B. Zahnräder oder entlang von Scheiben verlaufende Zahnriemen 208, 210 mit Abtriebs wellen 212, 214 verbunden, die ihrerseits über Verbindungsmittel wie Zahnräder 216, 218 verbunden sind. Somit bietet sich die Möglichkeit, dass wahlweise von der Abtriebswelle 212 oder der Abtriebswelle 214 eine Drehbewegung abgegriffen werden kann, die entgegengesetzt verläuft. Ungeachtet dessen weist jedoch jede Abtriebswelle 212, 214 100% Leistung auf, da die Abtriebswellen 212, 214 über die Zahnräder 216, 218 verbunden sind. Ein Anwendungsfall ist ein Hybridantrieb für Fahrzeuge vorzugsweise mit nachgeschaltetem stufenlosen Getriebe, wie mechanischem Wandlergetriebe. Auf einer Seite kann ein Generator angeordnet sein.The waves 196, 198 are then z. As gears or along discs running toothed belt 208, 210 connected to output shafts 212, 214, which in turn are connected via connecting means such as gears 216, 218. Thus, there is the possibility that either from the output shaft 212 or the output shaft 214, a rotational movement can be tapped, which runs opposite. Regardless, however, each output shaft 212, 214 has 100% power since the output shafts 212, 214 are connected via the gears 216, 218. One application is a hybrid drive for vehicles preferably with a downstream continuously variable transmission, such as mechanical transducers. On one side, a generator can be arranged.
Die Ausführungsformen der Fig. 10 und 11 stellen Schwingkolbenverbrennungsmotoren 216 bzw. 218 rein prinzipiell dar, bei denen von einer Kolbenscheibe 16 zwei Kolben 220, 222 bzw. vier Kolben 226, 228, 230, 232 ausgehen. Dementsprechend ist der Zylinderraum 134 in zwei Teilräume 236, 238 bzw. der Zylinderraum 240 gemäß Fig. 11 in vier Teilräume 242, 244, 246, 248 unterteilt, die ihrerseits jeweils durch die Kolben 220, 222, 226, 228, 230, 232 in zwei Brennräume unterteilt sind.The embodiments of FIGS. 10 and 11 represent purely oscillating piston engines 216 and 218, respectively, in which two pistons 220, 222 and four pistons 226, 228, 230, 232 originate from one piston disk 16. Accordingly, the cylinder chamber 134 is subdivided into two subspaces 236, 238 or the cylinder chamber 240 according to FIG. 11 into four subspaces 242, 244, 246, 248, which in turn are each connected by the pistons 220, 222, 226, 228, 230, 232 in FIG two combustion chambers are divided.
Entsprechend der zeichnerischen Darstellung gehen vom Mittenbereich der Teilräume 236, 238, 242, 244, 246, 248 Verbindungen für den Gasein- bzw. -auslass aus. Diese sind durch offene Kreise symbolisiert, ohne dass diese näher gekennzeichnet sind.As shown in the diagram, compounds for the gas inlet and outlet start from the middle region of the subspaces 236, 238, 242, 244, 246, 248. These are symbolized by open circles, without these being marked.
Entsprechend der Darstellung der Fig. 12 kann der Schwingkolbenverbrennungsmotor 165 mit einem Energiewandler 250 entsprechend den Erläuterungen gemäß Fig. 4 verbunden sein. Dabei kann von dem Vorverdichter 120 über eine Leitung 252 und eine Öffnung 254, die über ein Magnetventil 256 verschließbar bzw. freigebbar ist, Gas dem Zylinderraum 143 und damit den Brennräumen 166, 168 zugeführt werden. Über prinzipiell dargestellte Austrittsöffnungen 258 wird sodann Verbrennungsgas über eine Lei- tung 260 dem Turbinenrad 126 der Turbine 128 zugeführt, über die der Generator 132 oder Sonstiges angetrieben wird.As shown in FIG. 12, the oscillating piston engine 165 may be connected to an energy converter 250 as explained in FIG. 4. In this case, gas can be supplied from the supercharger 120 via a line 252 and an opening 254, which can be closed or released via a solenoid valve 256, to the cylinder chamber 143 and thus to the combustion chambers 166, 168. Basically illustrated outlet openings 258 is then combustion gas via a Lei device 260 is supplied to the turbine wheel 126 of the turbine 128, via which the generator 132 or other is driven.
Den Fig. 13 bis 15 sind rein prinzipiell Ausführungsformen von Schwingkolbenverbrennungsmotoren mit linear hin- und her schwingbaren Kolben zu entnehmen, mit denen gleichfalls entsprechend der erfindungsgemäßen Lehre eine Drehbewegung durch einen mechanischen Antrieb erzeugt werden kann.FIGS. 13 to 15 show, purely in principle, embodiments of oscillating piston internal combustion engines with pistons which can be oscillated linearly back and forth, with which a rotational movement can likewise be generated by a mechanical drive in accordance with the teachings of the invention.
So ist der Fig. 13 ein Schwingkolbenverbrennungsmotor 300 dargestellt, dessen Kolben 302 einen Zylinderraum 304 in zwei Brennräume 306, 308 unterteilt, so dass jede Hin- und Herbewegung ein Arbeitstakt ist. Vom Kolben 302 geht eine Kolbenstange 310 aus, die in ihren außerhalb des Zylinderraums 304 verlaufenden Enden in Zahnstangen 314, 316 übergeht. Der Gaseinlass und der Verbrennungsgasauslass sind der Zeichnung klar zu entnehmen, ohne dass es weitergehender Erläuterungen bedarf. Dabei wird den Brennkammern 306, 308 vorverdichtetes Gas zugeführt, das mittels eines Verdichters 320 erzeugt wird, dessen Rad 322 von einer Welle 324 eines Motor/Generators 327 ausgeht, auf dem auch ein Schaufelrad einer Turbine 326 angeordnet ist. Der Verdichter 320 ist mit den Gaseinlässen 323 der Brennräume 306, 308 und der Gasauslass 328 mit der Turbine 326 verbunden. Der Motor 327 dient zunächst zur Erzeugung vorverdichteten Gases, das dem Schwingkolbenverbrennungsmotor 300 zugeführt wird. Nachdem der Schwingkolbenverbrennungsmotor 300, d. h. dessen Kolben schwingt, kann der Elektromotor als Generator, der über die Turbine 326 betätigt wird, die mit dem Verbrennung s gas des Schwingkolbenverbrennungsmotors 300 beaufschlagt wird, wirken oder zusätzliche Energie für die Vorverdichtung liefern.Thus, FIG. 13 shows an oscillating piston internal combustion engine 300, the piston 302 of which divides a cylinder space 304 into two combustion chambers 306, 308, so that each reciprocation is a working stroke. From the piston 302 is a piston rod 310, which merges in their running outside of the cylinder chamber 304 ends in racks 314, 316. The gas inlet and the combustion gas outlet can be clearly seen in the drawing without further explanation. Here, the combustion chambers 306, 308 supplied with precompressed gas which is generated by means of a compressor 320 whose wheel 322 emanates from a shaft 324 of a motor / generator 327 on which a paddle wheel of a turbine 326 is arranged. The compressor 320 is connected to the gas inlets 323 of the combustion chambers 306, 308 and the gas outlet 328 to the turbine 326. The motor 327 first serves to generate pre-compressed gas which is supplied to the oscillating piston internal combustion engine 300. After the oscillating piston internal combustion engine 300, d. H. whose piston oscillates, the electric motor as a generator, which is actuated via the turbine 326, which is acted upon by the combustion gas s of the oscillating piston engine 300, act or provide additional energy for the precompression.
Die Zahnstangen 314, 316 kämmen mit Zahnrädern 330, die entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Fig. 8 mit einer Welle 332 verbunden ist, die ihrerseits mittels der Kupplung 182 die Drehbewegung des Zahnrades 330 in eine gleichsinnige Rotationsbewegung umsetzt. Entsprechend geht von der linken Seite der Welle 332 eine Scheibe entsprechend der Scheibe 180 gemäß Fig. 8 aus, um die nicht auf den Wellenstumpf 188 übertragene Drehbewegung des Zahnrads 330 zu transformieren. In Fig. 14 sind zwei der Fig. 13 entsprechende Schwingkolbenverbrennungsmotoren 300 synchronisiert. Hierzu wirken die Zahnstangen 314, 316, die von den zueinander ausgerichteten Schwingkolbenverbrennungsmotoren 300 ausgehen, über das Zahnrad 330 gekoppelt, so dass eine synchronisierte Bewegung erfolgt. Hierdurch ist ein ruhiger Lauf bei Massenausgleich gegeben. Das Zahnrad 330 ist sodann entsprechend der Erläuterungen im Zusammenhang mit den Fig. 8 und 13 über Kupplungen oder Freiläufe mit Abtriebswellen bzw. Abtriebswellenstümpfen 188, 190 verbunden.The racks 314, 316 mesh with gears 330, which is connected according to the embodiment of FIG. 8 with a shaft 332, which in turn converts by means of the coupling 182, the rotational movement of the gear 330 in a same direction rotational movement. Accordingly, from the left side of the shaft 332, a disk corresponding to the disk 180 shown in FIG. 8 is formed to transform the rotational motion of the gear 330 not transmitted to the stub shaft 188. In FIG. 14, two oscillating piston internal combustion engines 300 corresponding to FIG. 13 are synchronized. For this purpose, the racks 314, 316, which emanate from the mutually aligned oscillating piston internal combustion engines 300, coupled via the gear 330, so that a synchronized movement takes place. As a result, a smooth run is given in mass balance. The gearwheel 330 is then connected to output shafts or output shaft stubs 188, 190 via clutches or freewheels, as explained in connection with FIGS.
Alternativ kann die Bewegung des Zahnrads 330 in eine Richtung z. B. auf einen Generator und in die andere Richtung auf einen Verdichter oder weiteren Generator übertragen werden.Alternatively, the movement of the gear 330 in a direction z. B. transferred to a generator and in the other direction to a compressor or other generator.
Die Fig. 15 stellt eine Weiterbildung der Ausführungsform der Fig. 14 dar und berücksichtigt ergänzend die Möglichkeit, dass den Brennräumen von Schwingkolben Verbrennungsmotoren 334, 336 vorverdichtetes Gas über einen Verdichter 338 zugeführt wird, der von einer Welle 340 eines Motor/Generators 342 entsprechend der Fig. 13 ausgeht. Auf derselben Welle 340 ist eine Turbine 344 mit ihrem Schaufelrad angeordnet. Ferner kann die Welle 340 mit einer Abtriebswelle 346 verbunden sein, und zwar z. B. über Zahnräder.FIG. 15 illustrates a further development of the embodiment of FIG. 14 and additionally takes into account the possibility that precompressed gas is supplied to the combustion chambers of oscillating piston combustion engines 334, 336 via a compressor 338 which is generated by a shaft 340 of a motor / generator 342 in accordance with FIG Fig. 13 goes out. On the same shaft 340, a turbine 344 is arranged with its paddle wheel. Further, the shaft 340 may be connected to an output shaft 346, z. B. via gears.
Die grundsätzlich einen gleichen Aufbau aufweisenden Schwingkolbenverbrennungsmotoren 334, 336 umfassen insgesamt jeweils sechs Brennräume, so dass sich dem Grunde nach ein Zwölfzylindermotor darstellt. Die Kolbenstangen 348, 350 der Schwingkolbenverbrennungsmotoren 334, 336 sind außerhalb der Zylinder mit Zahnstangen 352, 354 verbunden bzw. gehen in diese über, die mit dem den Fig. 13 und 15 zu entnehmendem Zahnrad 330 kämmen, das wiederum entsprechend der Erläuterungen der Fig. 13 über Kupplungen Abtriebswellenstümpfe in gleichsinnige Drehbewegungen versetzt.The oscillating piston combustion engines 334, 336, which basically have the same design, each comprise a total of six combustion chambers, so that basically a twelve-cylinder engine is represented. The piston rods 348, 350 of the oscillating piston engines 334, 336 are connected outside the cylinders to racks 352, 354, which intersect with the gearwheel 330 to be taken from FIGS. 13 and 15, which in turn corresponds to the explanations of FIG. 13 offset via couplings output shaft stumps in the same direction rotational movements.
Auch aus der Fig. 15 wird verdeutlicht, dass jeder der Kolben der Schwingkolbenverbrennungsmotoren 334, 336 einen Zylinderraum in zwei Brennräume unterteilt, so dass jeder Takt ein Arbeitsakt ist. Insoweit wird jedoch auf die zuvor erfolgten Erläuterungen verwiesen. Im Übrigen sind die Figuren selbsterklärend.It is also made clear from FIG. 15 that each of the pistons of the oscillating piston combustion engines 334, 336 subdivides a cylinder space into two combustion chambers that every bar is a working act. In that regard, however, reference is made to the previously made explanations. Incidentally, the figures are self-explanatory.
Entsprechend der Darstellung der Fig. 15 geht die Kolbenstange 350 außerhalb des die Verbrennungsräume aufweisenden Zylinders in einen weiteren Kolben 356 über, der in einem Raum 356 hin- und herschwingbar ist, um auf diese Weise z. B. die Funktion eines Vorverdichters auszuüben oder als Arbeitsmodul zu wirken. As shown in FIG. 15, the piston rod 350 outside of the cylinder having the combustion chambers in a further piston 356, which is in a space 356 back and forth swinging, in order z. B. exercise the function of a supercharger or act as a working module.

Claims

PatentansprücheSchwin gkolbenverbrennun g smotor Claims: Engine combustion engine
1. Schwingkolbenverbrennungsmotor (10, 86, 134, 140, 165, 116, 218), umfassend einen konzentrisch um eine erste Welle (58, 174, 176, 196) verlaufenden vorzugsweise rotations symmetrischen eine Torusform bzw. einen Abschnitt von dieser aufweisenden Zylinderraum (14, 94, 134, 240) mit zumindest einem in diesem hin- und herschwingbaren bzw. -schwenkbaren Kolben (18, 88, 136, 138, 148, 150, 120, 222, 226, 228, 230, 232), dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderraum (14, 94, 134, 240) in n-Teilräume (92, 94, 136, 238, 242, 244, 246, 248) unterteilt ist, dass in jedem Teilraum ein Kolben (18, 88, 136, 138, 148, 150, 220, 222, 226, 228, 230, 232) hin- und herschwingbar ist und dass jeder Teilraum von dem in diesem hin- und herschwingbaren Kolben in zwei Brennräume (22, 24, 96, 98, 100, 102, 158, 160, 162, 164, 166, 168) unterteilt ist, wobei n > 1 und jeder Takt ein Arbeitstakt ist.An oscillating piston internal combustion engine (10, 86, 134, 140, 165, 116, 218) comprising a concentric about a first shaft (58, 174, 176, 196) extending preferably rotationally symmetrical a torus shape or a portion of this cylinder space having ( 14, 94, 134, 240) with at least one piston (18, 88, 136, 138, 148, 150, 120, 222, 226, 228, 230, 232) which can be swiveled or swiveled in the latter in that the cylinder space (14, 94, 134, 240) is subdivided into n subspaces (92, 94, 136, 238, 242, 244, 246, 248), that in each subspace a piston (18, 88, 136, 138, 148, 150, 220, 222, 226, 228, 230, 232) is swingable back and forth and that each subspace of the reciprocating in this reciprocating piston in two combustion chambers (22, 24, 96, 98, 100, 102, 158, 160, 162, 164, 166, 168), where n> 1 and each clock is a work cycle.
2. Schwingkolbenverbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Brennraum (22, 24, 96, 98, 100, 102, 158, 160, 162, 164, 166, 168) mit einem vorverdichtetes Gas zuführenden Anschluss (48, 254) verbunden ist.2. oscillating piston internal combustion engine according to claim 1, characterized in that each combustion chamber (22, 24, 96, 98, 100, 102, 158, 160, 162, 164, 166, 168) connected to a pre-compressed gas supplying port (48, 254) is.
3. Schwingkolbenverbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (18, 88, 136, 138, 148, 150, 220, 222, 226, 228, 230, 232) von einer Kolbenscheibe (16, 144) ausgeht, die mit der ersten Welle (58, 174, 176) verbunden ist, die ihrerseits Abriebswelle (188) ist oder über zumindest eine Kupplung und/oder ein Getriebe (81, 188, 208, 210) mit der Abtriebswelle (78, 212, 214, 190) verbunden ist. 3. oscillating piston internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the piston (18, 88, 136, 138, 148, 150, 220, 222, 226, 228, 230, 232) of a piston disc (16, 144) emanates, which is connected to the first shaft (58, 174, 176), which in turn is the wear shaft (188) or at least one clutch and / or a transmission (81, 188, 208, 210) with the output shaft (78, 212, 214 , 190).
4. Schwingkolbenverbrennungsmotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Zündzeitpunkte und/oder Kraftstoffmanagement mittels elektronischer Erfassung des Drehmoments und/oder der Kolbengeschwindigkeit regelbar sind.4. oscillating piston internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that ignition timing and / or fuel management by means of electronic detection of the torque and / or the piston speed can be controlled.
5. Schwingkolbenverbrennungsmotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Brennräume (96, 100) über zumindest einen Druckausgleichskanal (38) verbunden sind.5. oscillating piston internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that combustion chambers (96, 100) via at least one pressure equalization channel (38) are connected.
6. Schwingkolbenverbrennungsmotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kolben (148, 150, 220, 222, 226, 228, 230, 232) von einer gemeinsamen Kolbenscheibe (16, 144) ausgehen.6. oscillating piston internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that a plurality of pistons (148, 150, 220, 222, 226, 228, 230, 232) emanating from a common piston disc (16, 144).
7. Schwingkolbenverbrennungsmotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (18, 88, 136, 138) von getrennten Kolbenscheiben (16) ausgehen, die vorzugsweise z. B. über Zahnräder und/oder elektronisch in ihrer Bewegung synchronisiert sind.7. oscillating piston internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the pistons (18, 88, 136, 138) emanating from separate piston discs (16), preferably z. B. are synchronized via gears and / or electronically in their movement.
8. Schwingkolben Verbrennungsmotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Brennraum (22, 24) an mehreren in Bewegungsrichtung des Kolbens8. oscillating piston internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the combustion chamber (22, 24) at more in the direction of movement of the piston
(18) zueinander beabstandeten Stellen Kraftstoff zuführbar ist. (18) spaced apart fuel is supplied.
9. Schwingkolbenverbrennungsmotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Welle (58) als erste Hohlwelle ausgebildet ist, dass die erste Hohlwelle von einer zweiten Welle (74) durchsetzt ist und dass die erste Hohlwelle und die zweite Welle über ein Getriebe miteinander verbunden sind, über das deren Bewegung in eine einheitliche umformbar ist.9. oscillating piston internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the first shaft (58) is designed as a first hollow shaft, that the first hollow shaft of a second shaft (74) is interspersed and that the first hollow shaft and the second shaft via a Gearboxes are interconnected, via which the movement is convertible into a uniform.
10. Schwingkolbenverbrennungsmotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Welle (74) mit dem Sonnenrad (76) eines Planetengetriebes verbunden ist, das über Planetenräder mit einem Hohlrad wechselwirkt, das über eine Kupplung oder einen Freilauf (70) mit der Welle (58) verbunden ist.10. oscillating piston internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the second shaft (74) is connected to the sun gear (76) of a planetary gear, which interacts via planet gears with a ring gear via a clutch or a freewheel (70) the shaft (58) is connected.
11. Schwingkolben Verbrennungsmotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Welle (74) mit einem Sonnen- oder Kegelrad (76, 82) eines Getriebes (81) verbunden ist.11. oscillating piston internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the second shaft (74) with a sun or bevel gear (76, 82) of a transmission (81) is connected.
12. Schwingkolben Verbrennungsmotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hohlwelle (58) über erste und zweite Verbindungsmittel wie Kupplungen (68, 70) mit der zweiten Welle (74) und einer zweiten Hohlwelle (75) verbunden ist, wobei erste Verbindungsmittel (68) auf die zweite Welle eine der zwei Bewegungsrichtungen der Kolbenscheibe (16) und über die zweiten Verbindungsmittel auf die zweite Hohlwelle (78) die andere der zwei Bewegungsrichtungen der Kolbenscheibe übertragen. 12. oscillating piston internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the first hollow shaft (58) via first and second connecting means such as couplings (68, 70) with the second shaft (74) and a second hollow shaft (75) is connected, wherein first connecting means (68) transmit to the second shaft one of the two directions of movement of the piston disc (16) and via the second connecting means to the second hollow shaft (78) the other of the two directions of movement of the piston disc.
13. Schwingkolbenverbrennungsmotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Welle (174, 176) zu beiden Seiten der Kolbenscheibe (144) mit jeweils einem Wellenstumpf (174, 176) erstreckt, dass jede der Wellenstümpfe über ein Verbindungsmittel wie Kupplung (178,13. oscillating piston internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the first shaft (174, 176) on both sides of the piston disc (144) each having a stub shaft (174, 176) extends, that each of the stub shafts via a connecting means such as Clutch (178,
180, 182, 184) auf eine weitere Welle (186, 188) eine der Bewegungsrichtungen der Kolbenscheibe überträgt und dass eine der weiteren Wellenstümpfe (186) ein180, 182, 184) transmits one of the directions of movement of the piston disc to a further shaft (186, 188) and that one of the further stub shafts (186)
Wendegetriebe (189) durchsetzt.Reversing gears (189) interspersed.
14. Schwingkolbenverbrennungsmotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenscheibe (144) einen zylinderscheibenförmigen Basiskörper (146) mit radial von diesem abragenden den Kolben (148, 150) bildenden ersten Vorsprung aufweist, dass der Zylinderraum (143) eine Hohlzylindergeometrie mit einem von dessen Innenwandung (142) radial nach innen gerichteten zweiten Vorsprung (154, 156) aufweist, an dem der Basiskörper abdichtend anliegt, und dass der erste Vorsprung abdichtend an der Innenwandung des Zylinderraums anliegt.14. oscillating piston internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the piston disc (144) has a cylindrical disc-shaped base body (146) with radially projecting from this the piston (148, 150) forming the first projection, that the cylinder chamber (143) has a hollow cylinder geometry with a second projection (154, 156) directed radially inwardly from its inner wall (142), against which the base body sealingly abuts, and in that the first projection bears sealingly against the inner wall of the cylinder chamber.
15. Schwingkolbenverbrennungsmotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von diametral gegenüber liegenden Bereichen des Basiskörpers (144) jeweils ein radial abragender erster Vorsprung als der Kolben (148, 150) ausgeht und dass von der Innenwandung (152) von diametral gegenüber liegenden Bereichen des Zylinderraums (143) zwei radial nach innen gerichtete zweite Vorsprünge (154, 156) ausgehen. 15. oscillating piston internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that from diametrically opposite areas of the base body (144) each have a radially projecting first projection than the piston (148, 150) and that of the inner wall (152) of diametrically opposite lying regions of the cylinder chamber (143) two radially inwardly directed second projections (154, 156) go out.
16. Schwingkolbenverbrennungsmotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der den Kolben bildende erste Vorsprung (148, 150) in radialer Richtung im16. oscillating piston internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the piston forming the first projection (148, 150) in the radial direction in
Schnitt eine Trapezgeometrie aufweist.Section has a trapezoid geometry.
17. Schwingkolbenverbrennungsmotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Innenwandung (152) nach innen gerichtete zweite Vorsprung17. oscillating piston internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that of the inner wall (152) inwardly directed second projection
(154, 156) in radialer Richtung eine Dreiecks geometrie aufweist.(154, 156) has a triangular geometry in the radial direction.
18. Schwingkolbenverbrennungsmotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennräume (158, 160, 162, 166, 168) begrenzende einander zugewandte Flächen der ersten und zweiten Vorsprünge (148, 150, 154, 156) derart zueinander geneigt sind, dass brennraumaußenseitiger Abstand größer als brennrau- minnenseitiger Abstand ist.18. oscillating piston internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the combustion chambers (158, 160, 162, 166, 168) limiting facing surfaces of the first and second projections (148, 150, 154, 156) are inclined to each other, that the outside space of the combustion chamber is greater than the distance between the burner chamber and the burner chamber.
19. Schwingkolbenverbrennungsmotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenscheibe (16) über Freiläufe oder Kupplungen (204, 206) mit zwei Wellen (196, 198) verbunden ist, dass die eine Welle eine der Bewegungsrichtungen der Kolbenscheibe und die andere Welle die andere Bewegungsrichtung übertragen und dass die Wellen über Verbindungsmittel wie Zahnräder oder -riemen (208, 210) mit jeweils einer Abtriebswelle (212, 214) verbunden sind, die über Zahnräder19. oscillating piston internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the piston disc (16) via freewheels or couplings (204, 206) with two shafts (196, 198) is connected, that a shaft one of the directions of movement of the piston disc and the other wave transmitted the other direction of movement and that the waves via connecting means such as gears or belts (208, 210) are each connected to an output shaft (212, 214), which via gears
(216, 218) miteinander verbunden sind. (216, 218) are interconnected.
20. Schwingkolbenverbrennungsmotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennräume (96, 98, 100, 102, 166, 168) mit ihren Gasaustrittsöffnungen (108, 110, 112, 114, 258) mit einer Turbine (128) verbunden sind, deren Welle (124) Welle eines Motor-Generators (132) ist.20. oscillating piston internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the combustion chambers (96, 98, 100, 102, 166, 168) with their gas outlet openings (108, 110, 112, 114, 258) connected to a turbine (128) are whose shaft (124) shaft of a motor-generator (132).
21. Schwingkolbenverbrennungsmotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der Turbinen- bzw. Generatorwelle (124) ein Verdichterrad (122) eines Verdichters (120) ausgeht, dessen Ausgang mit Gaseintrittsöffnung (104, 106, 254) des Verbrennungsraums (96, 98, 100, 102, 166, 168) verbunden ist.21. oscillating piston internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that from the turbine or generator shaft (124) a compressor wheel (122) of a compressor (120) emanates whose output with gas inlet opening (104, 106, 254) of the combustion chamber ( 96, 98, 100, 102, 166, 168).
22. Schwingkolbenverbrennungsmotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenscheibe (146) von Kühlluft durchströmbar ist.22. oscillating piston internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the piston disc (146) can be flowed through by cooling air.
23. Schwingkolbenverbrennungsmotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (18) im Längsschnitt eine H-Geometrie aufweist, dessen Querschenkel sich in Längsrichtung des Verbrennungsraums (96, 98) erstreckt.23. oscillating piston internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the piston (18) in longitudinal section has an H-geometry whose transverse leg extends in the longitudinal direction of the combustion chamber (96, 98).
24. Schwingkolben Verbrennungsmotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaseinlass- und/oder -auslas söffnung (104, 106, 108, 110, 112, 254, 258) über ein vorzugsweise geregeltes Ventil wie Magnetventil (256) verschließbar ist. 24. oscillating piston internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the gas inlet and / or outlet opening (104, 106, 108, 110, 112, 254, 258) via a preferably controlled valve such as solenoid valve (256) closable is.
25. Schwingkolbenverbrennungsmotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (18, 88, 136, 138, 148, 150, 220, 222, 226, 228, 230, 232) und/oder die Kolbenscheibe (16, 144) und/oder das den Zylinderraum (14, 143) umgebende Zylindergehäuse (12, 142) aus Keramik bestehen.25. oscillating piston internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the piston (18, 88, 136, 138, 148, 150, 220, 222, 226, 228, 230, 232) and / or the piston disc (16, 144 ) and / or the cylinder chamber (14, 143) surrounding the cylinder housing (12, 142) made of ceramic.
26. Schwingkolbenverbrennungsmotor nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenscheibe (16) gegenüber dem Zylinderraum (14) über einen Kolbenring (20) abgedichtet ist.26. oscillating piston internal combustion engine according to at least one of the preceding claims, characterized in that the piston disc (16) relative to the cylinder chamber (14) via a piston ring (20) is sealed.
27. Schwingkolbenverbrennungsmotor mit linearer Kolbenbewegung (300, 334, 336) mit zumindest einem einen Zylinderraum (304) in zwei Brennräume (306, 308) unterteilenden Kolben (302), von dem eine Kolbenstange (310, 348, 350) ausgeht, die mit einem Zahnrad (330) kämmt.27 oscillating piston internal combustion engine with linear piston movement (300, 334, 336) having at least one cylinder space (304) in two combustion chambers (306, 308) dividing piston (302) from which a piston rod (310, 348, 350) emanating with a gear (330) meshes.
28. Schwingkolbenverbrennungsmotor nach Ansprüche 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Zahnrades (330) über ein Verbindungsmittel wie Kupplung (182) oder Freilauf in eine gleichsinnige Drehbewegung umsetzbar ist.28. oscillating piston internal combustion engine according to claims 27, characterized in that the movement of the gear (330) via a connecting means such as clutch (182) or freewheel in a same direction rotary motion can be implemented.
29. Schwingkolbenverbrennungsmotor nach Anspruch 27 und 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Zahnrades (330) auf einen Generator und/oder einen Verdichter und/oder zwei Verdichter und/oder zwei Generatoren übertragbar ist. 29. oscillating piston internal combustion engine according to claim 27 and 28, characterized in that the movement of the gear (330) to a generator and / or a compressor and / or two compressors and / or two generators is transferable.
30. Schwingkolbenverbrennungsmotor nach zumindest einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennräume (306, 308) mit dem Ausgang eines Verdichters (320, 338) verbunden sind.30. oscillating piston internal combustion engine according to at least one of claims 27 to 29, characterized in that the combustion chambers (306, 308) to the output of a compressor (320, 338) are connected.
31. Schwingkolbenverbrennungsmotor nach zumindest einem der Ansprüche 27 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasaustrittsöffnung des Verbrennungsraums (306, 308) mit dem Eingang einer Turbine (326, 344) verbunden ist.31. oscillating piston internal combustion engine according to at least one of claims 27 to 30, characterized in that the gas outlet opening of the combustion chamber (306, 308) with the input of a turbine (326, 344) is connected.
32. Schwingkolbenverbrennungsmotor nach zumindest einem der Ansprüche 27 bis32. oscillating piston internal combustion engine according to at least one of claims 27 to
31, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (320, 338) und/oder die Turbine (326, 344) von einer Welle31, characterized in that the compressor (320, 338) and / or the turbine (326, 344) of a shaft
(324, 340) ausgeht, die Welle eines Motors bzw. Generators (327) ist.(324, 340) is the shaft of a motor or generator (327).
33. Schwingkolbenverbrennungsmotor nach zumindest einem der Ansprüche 27 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingkolbenverbrennungsmotor in einem Hybridantrieb einsetzbar ist.33. oscillating piston internal combustion engine according to at least one of claims 27 to 32, characterized in that the oscillating piston internal combustion engine can be used in a hybrid drive.
34. Schwingkolbenverbrennungsmotor nach zumindest einem der Ansprüche 27 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingkolbenverbrennungsmotor mit einem Generator einen Hybridantrieb bildet. 34. oscillating piston internal combustion engine according to at least one of claims 27 to 33, characterized in that the oscillating piston internal combustion engine with a generator forms a hybrid drive.
35. Schwingkolbenverbrennungsmotor nach zumindest einem der Ansprüche 27 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingkolbenmotor ventillos arbeitet.35. An oscillating piston internal combustion engine according to at least one of claims 27 to 34, characterized in that the oscillating piston engine operates valveless.
36. Schwingkolbenverbrennungsmotor nach zumindest einem der Ansprüche 27 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingkolbenverbrennungsmotor mit einem Wandler bzw. stufenlosen Getriebe in Wirkverbindung steht. 36. oscillating piston internal combustion engine according to at least one of claims 27 to 35, characterized in that the oscillating piston internal combustion engine is in operative connection with a converter or continuously variable transmission.
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