EP4542001B1 - Tangential-verbrennungsmotor mit turbinen-hydraulikeinrichtung - Google Patents

Tangential-verbrennungsmotor mit turbinen-hydraulikeinrichtung

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EP4542001B1
EP4542001B1 EP23204327.3A EP23204327A EP4542001B1 EP 4542001 B1 EP4542001 B1 EP 4542001B1 EP 23204327 A EP23204327 A EP 23204327A EP 4542001 B1 EP4542001 B1 EP 4542001B1
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EP
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piston
combustion engine
hydraulic unit
internal combustion
cylinder
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EP4542001C0 (de
EP4542001A1 (de
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Mustafa FEHMI
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FNF Innovation SHPK
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B71/00—Free-piston engines; Engines without rotary main shaft
    • F02B71/04—Adaptations of such engines for special use; Combinations of such engines with apparatus driven thereby
    • F02B71/045—Adaptations of such engines for special use; Combinations of such engines with apparatus driven thereby with hydrostatic transmission
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B11/00—Reciprocating-piston machines or engines without rotary main shaft, e.g. of free-piston type
    • F01B11/004—Reciprocating-piston machines or engines without rotary main shaft, e.g. of free-piston type in which the movement in the two directions is obtained by two single acting piston motors, each acting in one direction
    • F01B11/006—Reciprocating-piston machines or engines without rotary main shaft, e.g. of free-piston type in which the movement in the two directions is obtained by two single acting piston motors, each acting in one direction one single acting piston motor being always under the influence of the fluid under pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01B11/00—Reciprocating-piston machines or engines without rotary main shaft, e.g. of free-piston type
    • F01B11/08—Reciprocating-piston machines or engines without rotary main shaft, e.g. of free-piston type with direct fluid transmission link
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B9/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts, not specific to groups F01B1/00 - F01B7/00
    • F01B9/04—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts, not specific to groups F01B1/00 - F01B7/00 with rotary main shaft other than crankshaft
    • F01B9/047—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts, not specific to groups F01B1/00 - F01B7/00 with rotary main shaft other than crankshaft with rack and pinion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/32—Engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding main groups

Definitions

  • the present invention relates to a novel internal combustion engine.
  • Reciprocating piston engines are known in the prior art, in which the work performed by the expansion of the gases produced by fuel combustion in a cylinder is transmitted to a piston and further to a crankshaft via a connecting rod, the connecting rod having a articulated connection to both the piston and the crankshaft (crankshaft drive). In this way, the oscillating motion of the piston is converted into a rotary motion, i.e., torque is generated.
  • An alternative type of reciprocating piston engine is derived from US2010/275884 A1 known.
  • the present invention aims to further increase the efficiency of conventional combustion engines in order to enable more fuel-efficient operation.
  • the internal combustion engine according to the invention can be of any size, from relatively small versions such as an engine for a motorcycle, to car, boat and aircraft engines, up to very large ones. Applications such as ship engines. Its compact shape allows for space-saving installation options.
  • the operating principle of the engine according to the invention is similar to that of conventional internal combustion engines:
  • the power is generated by the explosive combustion of a fuel in the combustion chambers of the cylinders and transferred into a torque of a shaft.
  • an ignitable fuel-oxygen, normally fuel-air, mixture is introduced into the combustion chambers of the cylinders, compressed there, and then ignited near the piston position at minimum distance to the cylinder head (P min ).
  • the resulting gases expand explosively and cause the piston to move towards the position at maximum distance to the cylinder head (P max ).
  • the hydraulic units provided according to the invention enable, firstly, the transmission of the force acting on the pressure pistons to the impellers located in the respective hydraulic unit by means of the hydraulic fluid contained in the hydraulic unit. Secondly, the pressure generated by the reciprocating movement of the drive pistons can be increased by selecting the ratios of the cross-sectional areas of the cylinders and the hydraulic unit.
  • the hydraulic fluid is located inside the hydraulic units.
  • the hydraulic fluid is preferably a liquid such as a mineral oil-based or water-based liquid.
  • the hydraulic unit is usually designed in the area of the stroke of the pressure pistons in such a way that the pressure pistons seal against the inner walls of the hydraulic unit.
  • the movement of the driving pistons in the first cylinder and in the second cylinder is in opposite directions in the internal combustion engine according to the present invention, i.e., when the first driving piston in the first cylinder moves from a position P min,1 to P max,1 , the second driving piston moves simultaneously in the other cylinder from position P max,2 to P min,2 .
  • the impeller in each hydraulic unit forms a turbine, which converts the force transmitted by the movement of the hydraulic fluid onto the impeller blades into a rotary back-and-forth movement of the impeller axes.
  • the transmission of the force generated by the thrust movement of the respective drive pistons to the pressure pistons, which is further transmitted to the blades of the impeller wheels by means of the hydraulic fluid, preferably takes place in such a way that the hydraulic fluid flows at least partially, preferably completely, tangentially through the turbines formed.
  • the blades of the paddle wheels are at least partially, preferably completely, subjected to a flow perpendicular to their direction of movement.
  • the design of the turbines ensures that the tangential forces are always applied or transmitted at the maximum possible sinusoidal angle of 90°, i.e., throughout the entire operating process.
  • the engine according to the invention offers the advantages of achieving both the highest possible torque at low speeds and a virtually constant torque across various speeds. This results in higher efficiency compared to conventionally designed reciprocating engines, and consequently, fuel savings. This can also have a beneficial impact on the environment.
  • Forward and reverse directions are understood in relation to the movement of a piston in its respective unit (cylinder or hydraulic unit).
  • forward or “Forward stroke” is a movement of the piston towards the outside of the unit
  • return stroke is a movement of the piston into the unit.
  • the movement of the piston after ignition of the gas mixture in the direction out of the cylinder is called “propulsion" or "pre-stroke”.
  • the "front of a piston” refers to the side of the piston facing the respective unit (e.g., the cylinder), and the “back or underside of a piston” refers to the side of the piston facing away from the respective unit (e.g., cylinder).
  • the opposing movement of the pressure pistons in the hydraulic units is supported by the mechanical coupling of the pressure pistons with the respective drive pistons in the cylinders, which are arranged to move in opposite directions, and by the coupling of the drive pistons to each other.
  • the pressure pistons are mechanically coupled to the drive pistons, i.e. the first drive piston is mechanically coupled to the first pressure piston and the second drive piston to the second pressure piston.
  • the drive pistons in the cylinders are movable such that when the first drive piston of the first cylinder is in a position with minimum distance to an upper end of the first cylinder, the second drive piston in the second cylinder is in a position with maximum distance to an upper end of the second cylinder, and/or the movements of the pressure pistons in their respective hydraulic unit are such that when the first pressure piston is in a position with minimum distance to an upper end of the first hydraulic unit, the second pressure piston is in a position with maximum distance to an upper end of the hydraulic unit.
  • the first pressure piston has a smaller effective surface area than the first drive piston and/or the second pressure piston has a smaller effective surface area than the second drive piston.
  • the "effective surface” refers to the area of the front of a piston that is obtained by projecting the actual surface of the piston front onto a surface perpendicular to the stroke direction.
  • the pressure acting on the hydraulic fluid is increased.
  • the first drive piston and the first pressure piston run in the same longitudinal direction and thus synchronously in one direction and/or the second drive piston and the second pressure piston run in the same longitudinal direction and thus synchronously.
  • the rear side of the first drive piston can be rigidly connected to the rear side of the first pressure piston, and/or the rear side of the second drive piston can be rigidly connected to the rear side of the second pressure piston. This allows for improved stability and efficient force transmission from the respective drive piston to the respective pressure piston and vice versa.
  • the rigid connection between the respective drive pistons and the respective pressure pistons consists of a rigid, linear rod, for example a connecting rod.
  • the pressure pistons are attached to the rods of the drive pistons, in particular to the connecting rods of the drive pistons. This advantageously allows for increased stability and simplified, compact manufacturing.
  • first drive piston and the first pressure piston are designed as a one-piece or single-piece first piston unit via a rod, especially a connecting rod.
  • This first piston unit can alternatively be designed in multiple parts.
  • second drive piston and the second pressure piston are designed as a one-piece or single-piece second piston unit via a rod.
  • This second piston unit can alternatively be designed in multiple parts.
  • the driving pistons in the cylinders are movable in such a way that when the first driving piston of the first cylinder is in a position with minimal distance to the upper end of the first cylinder, the second driving piston in the second cylinder is in a position with maximum distance to the upper end of the second cylinder.
  • the hydraulic units are preferably arranged such that the pressure pistons move in their respective hydraulic unit such that when the first pressure piston is in a position with minimum distance to an upper end of the hydraulic unit, the second pressure piston in the hydraulic unit is in a position with maximum distance to an upper end of the hydraulic unit.
  • the first and/or the second hydraulic unit is closed at the end opposite the end defined by the first or second pressure piston by a first or second closing piston movable in the respective hydraulic unit.
  • the first and/or second hydraulic unit comprises, from one end to the other, a first area defined by the stroke of the respective pressure piston, a second area defined by the presence of the respective impeller, and a third area after the impeller up to the respective end piston.
  • the cross-section of the first and/or the second hydraulic unit is smaller in the first area than in the second area.
  • the impeller axis in the first and/or the second turbine formed is arranged perpendicular to the direction of movement of the first or second drive piston.
  • the impeller axis in the first and/or the second turbine formed is arranged perpendicular to the direction of movement of the first or second pressure piston.
  • the impeller axis in the first and/or the second turbine formed is arranged perpendicular to the direction of movement of the respective hydraulic fluid.
  • the first and/or the second turbine is designed such that the hydraulic fluid flows out of the turbine in the same direction in which it flows into the turbine, i.e., usually that the turbine inlet and outlet are opposite each other by 180°.
  • a circular arc extension of the respective hydraulic unit wall is preferably present, which forms part of the turbine and in which the impeller blades rotate when the hydraulic fluid moves.
  • this circular arc extension of the respective hydraulic unit wall is designed such that virtually no or no hydraulic fluid can flow past the outside of the blades.
  • the circular arc of the extension preferably covers an angular range of 180°.
  • the axis of the impeller preferably lies on an imaginary extended line of the hydraulic unit wall without the arc-shaped extension.
  • the shaft is preferably arranged perpendicular to the axis of the first and/or second impeller.
  • the transmission device preferably comprises a first freewheel and a second freewheel.
  • Freewheels typically have an outer and an inner surface, which can be designed, for example, as an outer and inner ring that can lock against each other (drive mode) or spin freely (freewheel mode).
  • the freewheels of the transmission device are usually identical in construction.
  • the outside of the first freewheel is operatively connected to the axis of the first paddle wheel and/or the outside of the second freewheel is operatively connected to the axis of the second paddle wheel, wherein the operative connection is designed such that the reciprocating movement of the paddle wheel axis(s) is transmitted to the outside of the freewheel(s).
  • the inner surfaces of the freewheels are typically connected to the shaft in such a way that the freewheels rotate freely or lock in the same direction.
  • the back-and-forth movement of the hydraulic fluid in the respective hydraulic unit is converted into a rotary back-and-forth movement of the outer surface of the first freewheel and a counter-rotating back-and-forth movement of the second freewheel.
  • This arrangement of the freewheels on the shaft allows for continuous rotation of the shaft in one direction.
  • the outer surfaces of the freewheels can be coupled to each other in such a way that they support an opposing movement of the outer surfaces of the two freewheels.
  • the operative connection of the axis of the first and/or second paddle wheel with the outer surfaces of the first and/or second freewheel is made by a gear connection, wherein the gear located on the axis of the first and/or second paddle wheel usually engages in teeth present on the lateral outer surfaces of the first and/or second freewheel.
  • the rotary back-and-forth movement of the first paddle wheel and/or the second paddle wheel is performed through an angular range of at least 60°, preferably at least 90°, particularly preferably at least 120°, and most preferably at least 150° or more.
  • the rotary back-and-forth movement of the first paddle wheel and/or the second paddle wheel is carried out by an angular range between 60° and 270°, preferably between 120° and 240°, particularly preferably between 150° and 210°.
  • the rotary back-and-forth movement of the first paddle wheel and/or the second paddle wheel is carried out by an angular range of 160° to 200°, preferably 170° to 190°, even more preferably 175° to 185°, and most preferably 180°.
  • the rotary back-and-forth movement of the first freewheel and/or the second freewheel typically occurs through an angular range of at least 60°, preferably at least 90°, particularly preferably at least 120°, and most preferably at least 150° or more.
  • the rotary back-and-forth movement of the first freewheel and/or the second freewheel is carried out through an angular range between 60° and 270°, preferably between 120° and 240°, particularly preferably between 150° and 210°.
  • the rotary back-and-forth movement of the first freewheel and/or the second freewheel is carried out by an angular range of 160° to 200°, preferably 170° to 190°, even more preferably 175° to 185°, and most preferably 180°.
  • gears, racks or pinions and any bearings of the motor according to the invention are supplied with lubricant in a conventional manner.
  • Pistons including drive and pressure pistons, are usually equipped with piston rings.
  • the internal combustion engine according to the invention is designed such that the entire assembly of first cylinder and first hydraulic unit, including all further elements contained therein, is arranged in a mirror-symmetrical manner to the entire assembly of second cylinder and second hydraulic unit, including all further elements contained therein.
  • the coupling of the movement of the first and second drive pistons is preferably achieved by means of a chain deflected via a gear.
  • a rigid rod is located at the bottom (underside) of the first and/or second drive piston, the length of which corresponds approximately to the stroke length of the first or second drive piston.
  • the chain to be deflected is usually attached to the end of the rigid rods opposite the respective drive piston.
  • the chain is usually designed so that the teeth of the deflection gear can engage in recesses in the chain links.
  • the combustion engine according to the invention is arranged such that the direction of movement of the two drive pistons and/or the two pressure pistons are oppositely parallel, which allows them to be arranged in a space-saving manner and also enables efficient operation of the combustion engine.
  • the drive pistons and/or the pressure pistons are arranged in a mirror-symmetrical manner around a central plane in the internal combustion engine.
  • the first and/or the second hydraulic unit has at least one bend, preferably two bends, and can be designed to be correspondingly compact. It is particularly preferred that the first and/or the second hydraulic unit is essentially U-shaped.
  • the first and/or second hydraulic unit has two longitudinally linear arms.
  • the first arm has an upper end and a lower end.
  • the first pressure piston is movably arranged within the first arm.
  • the second arm also has an upper end and a lower end.
  • the second pressure piston is movably arranged within the second arm.
  • the arms can be designed as cylindrical sections.
  • the first and/or the second hydraulic unit has at least one opening for filling and/or emptying fluid, preferably a liquid, in particular an oil, which is arranged in a connecting section of the essentially U-shaped hydraulic unit, preferably closable.
  • the cylinders and consequently the driving pistons have a circular cross-section.
  • the respective driving pistons are identical in design.
  • the sections of the first and/or second hydraulic unit in which the pressure pistons move, and consequently the pressure pistons themselves, typically have a circular cross-section.
  • the respective pressure pistons are identical in design.
  • the front faces of the drive piston(s) have a larger effective surface area than the front face of the respective pressure piston connected to the drive piston; more preferably, the effective surface area of the front faces of the pressure piston(s) is 75% or less, more preferably 50% or less, and more preferably 33% or less of the effective surface area of the front face of the respective drive piston connected to it.
  • the effective surface area of the front faces of the pressure piston(s) is preferably 10% or more, more preferably 20% or more of the effective surface area of the front face of the respective drive piston associated therewith.
  • At least one inlet and one exhaust valve are provided per cylinder.
  • the internal combustion engine according to the invention can comprise exactly two cylinders, but also more than two cylinders.
  • the internal combustion engine according to the invention has a multiple of two cylinders, i.e., for example, 2, 4, 6 cylinders, etc.
  • the internal combustion engine according to the invention can, for example, be designed as a 2-stroke engine or as a 4-stroke engine.
  • the scavenging i.e. the expulsion of the combustion gases and the supply of fresh gas in the cylinder
  • the scavenging can be carried out in a known manner, e.g. by cross-flow scavenging, parallel flow scavenging e.g. with a poppet valve, or reverse scavenging.
  • the present invention further relates to a method for operating an internal combustion engine in one of the embodiments described herein and to the use of an internal combustion engine in one of the embodiments described herein for powering a motor vehicle, aircraft or ship.
  • the invention also relates to a motor vehicle, aircraft or ship, comprising at least one internal combustion engine according to the invention.
  • FIG. 1 The embodiment of the internal combustion engine according to the invention shown in the figures features, as shown in Fig. 1 shown are two identical cylinders 14, 15, each containing a driving piston 8, 9 with a connecting rod 10, 11.
  • the internal combustion engine has a first cylinder 14 for fuel combustion with a first driving piston 8 movably arranged therein and a second cylinder 15 for fuel combustion with a second driving piston 9 movably arranged therein.
  • the first drive piston 8 is mechanically coupled to a first pressure piston 20.
  • the second drive piston 9 is mechanically coupled to a second pressure piston 21.
  • the drive pistons 8, 9 and pressure pistons 20, 21 are each equipped with piston rings 24.
  • the first driving piston 8 and the second driving piston 9 as well as the cylinders 14 and 15 are identical in construction and arranged parallel to each other.
  • the first pressure piston 20 and the second pressure piston 21 are identical in construction.
  • the pressure pistons 20 and 21 are smaller than the drive pistons 8 and 9 and therefore have a smaller effective surface area.
  • the first piston 8 has a connecting rod 10.
  • the second piston 9 has a connecting rod 11.
  • the connecting rod 10 of the first drive piston 8 is connected to the first pressure piston 20 at the end facing away from the drive piston 8. This connection is preferably rigid.
  • the connecting rod 11 of the second drive piston 9 is connected to the second pressure piston 21 at the end opposite the drive piston 9. This connection is preferably rigid.
  • the first assembly comprising the first drive piston 8, the first pressure piston 20, and the connecting rod 10, is preferably rigidly designed.
  • the first and second building units are therefore identical in construction.
  • the driving pistons 8, 9 are movable in the cylinders 14 and 15 respectively such that when the first driving piston 8 of the first cylinder 14 is in a position with minimum distance to an upper end of the first cylinder 14, the second driving piston 9 in the second cylinder 15 is in a position with maximum distance to the upper end of the second cylinder 15.
  • the internal combustion engine further comprises two separate hydraulic units 27, 28, each containing a movable pressure piston 20, 21.
  • the hydraulic units 27, 28 are arranged such that the pressure pistons 20, 21 move within their respective hydraulic units 27, 28 such that when the first pressure piston 20 is in a position with minimum distance to an upper end of hydraulic unit 27, the second pressure piston 21 in hydraulic unit 28 is in a position with maximum distance to an upper end of hydraulic unit 28.
  • the first 27 and the second hydraulic unit 28 are closed at the end opposite the end defined by the first and second pressure pistons 20 and 21, respectively, by a first 22 and second closing piston 23 movable in the respective hydraulic unit 27 and 28.
  • the first 27 and the second hydraulic unit 28 viewed from one end to the other, have a first area defined by the stroke of the respective pressure piston, a second area defined by the presence of the respective impeller, and a third area after the impeller up to the respective end piston.
  • the cross-section of the first 27 and the second hydraulic unit 28 is smaller in the first area than in the second area.
  • the first 27 and the second hydraulic unit 28 have two 90° bends located between the second and third sections of the hydraulic units 27, 28, such that the end section of the third section of the hydraulic units 27, 28 is arranged parallel to the first section of the hydraulic unit 27, 28.
  • first and second hydraulic units 27, 28 are essentially U-shaped, resulting in two longitudinally linear legs 25, 29 and 26, 30 per hydraulic unit.
  • the linear legs 29 and 30 can also be considered as reservoir cylinders for the hydraulic fluid.
  • the first and second hydraulic units 27, 28 each have a closable opening (not shown in the figures) for filling and/or emptying hydraulic fluid, which is usually arranged in the transverse section 56, 57 of the respective hydraulic unit 27, 28.
  • cylinders 14 and 15, and consequently also the driving pistons 8 and 9 have a circular cross-section.
  • the respective driving pistons 8 and 9 are identical in design.
  • the sections of the first and/or the second hydraulic unit 27, 28, in which the pressure pistons 20, 21 move, and accordingly also the pressure pistons 20, 21, have a circular cross-section.
  • the respective pressure pistons 20, 21 are identical in construction.
  • a circular arc extension 55 of the respective hydraulic unit wall is present in each of these areas, in which the impellers 54 rotate when the hydraulic fluid moves.
  • This circular arc extension 55 of the respective hydraulic unit wall is designed such that virtually no or no hydraulic fluid can flow past the outside of the impellers 54.
  • the impeller axis 41, 42 in the first and second turbine formed is arranged perpendicular to the direction of movement of the first and second drive piston 8, 9 and thus also to the direction of movement of the first and second pressure piston 20, 21.
  • the impeller axis 41, 42 is arranged perpendicular to the direction of movement of the respective hydraulic fluid in the first and the second turbine formed.
  • first and second turbines are designed such that the hydraulic fluid flows out of the turbine in the same direction in which it flows into the turbine, i.e., that the turbine inlet and outlet are 180° opposite each other.
  • the circular arc of the extension preferably covers an angular range of 180°.
  • the axes 41, 42 of the paddle wheels 39, 40 lie on an imaginary extended line of the hydraulic unit wall without the arc-shaped extension.
  • axles 41, 42 of the paddle wheels 39, 40 are mounted in the respective wall sections 37, 38 of the hydraulic unit 27, 28.
  • the drive piston 8 has an effective surface area A1 and is subjected to a pressure p1 after ignition of the fuel/air mixture in cylinder 14.
  • the pressure piston 20 has an effective surface area A2 , which is smaller than A1 , and generates a pressure p2, which is greater than p1.
  • A3 denotes the surface area of the impeller blades.
  • the internal combustion engine also has a shaft 43 on which a transmission unit 44 is arranged. As in Fig. 2 As shown, includes the transmission element 44 has two ring-shaped freewheels 46, 47, each of which has teeth 52, 53 on the side of its outer rings.
  • the transmission device 44 transmits the rotary back-and-forth movement of the paddle wheel axes 41, 42 into a continuous rotational movement of the shaft 43, to which, for example, a working machine is connected.
  • the freewheels 46, 47 each have an outer and an inner surface, designed as an outer and inner ring, which can lock against each other (drive mode) or spin freely (freewheel mode).
  • the freewheels 46, 47 of the transmission device 44 are identical in construction.
  • the outside of the first freewheel 46 is operatively connected to the axis of the first paddle wheel 39 and the outside of the second freewheel 47 to the axis of the second paddle wheel 40 by means of a gear connection, so that the reciprocating movement of the paddle wheel axes 41, 42 is transmitted to the outside of the freewheels 46, 47.
  • a gear 50, 51 is located at the end of each of the paddle wheel axles 41, 42, which engages in teeth 52, 53 located on the lateral outer surfaces of the first and second freewheel 46, 47.
  • the inner surfaces of the freewheels 46, 47 are connected to the shaft 43 such that they rotate and lock in the same direction, i.e., they are mounted on the shaft 43 in a mirror-image configuration.
  • the reciprocating motion of the hydraulic fluid in the respective hydraulic unit 27, 28 is converted into a rotary reciprocating motion of the outer surface of the first freewheel 46 and a counter-rotating reciprocating motion of the second freewheel 47.
  • This arrangement of the freewheels 46, 47 on the shaft 43 enables the continuous rotation of the shaft 43 in one direction.
  • the rotary back-and-forth movement of the first paddle wheel 39 and the second paddle wheel 40, and of the first freewheel 46 and the second freewheel 47 each takes place through an angular range of 180°.
  • Gears and any bearings of the motor according to the invention are supplied with lubricant in a conventional manner.
  • the combustion engine according to the invention is designed in the exemplary embodiment such that the entire assembly of first cylinder 14 and first hydraulic unit 27, including all further elements contained therein, is arranged in a mirror-symmetrical manner to the entire assembly of second cylinder 15 and second hydraulic unit 28, including all further elements contained therein.
  • the movement of the first 8 and the second driving piston 9 is coupled together, and this coupling is effected by means of a chain 33 deflected over a gear 34.
  • the chain 33 is connected at both its ends 32, 36 to a rigid rod 12, 13, which is attached to the bottom (underside) of the first and second driving pistons 8, 9 respectively.
  • the chain 33 is designed so that the teeth 35 of the deflection gear 34 can engage in recesses of the chain links.
  • a fuel-air mixture is fed into the combustion chamber 6, 7 of cylinders 14, 15 through an intake valve 1, 2. Exhaust gases from cylinders 14, 15 are expelled from cylinders 11, 12 through an exhaust valve 5.
  • the ignition of the fuel-air mixture is effected by means of a spark plug 3, 4 located in the combustion chamber 6, 7 of the cylinder 14, 15.
  • the resulting exhaust gases can be discharged via the exhaust openings 18, 19 with valves 16, 17.
  • ignition in the first cylinder 14 of the engine occurs at a position near P min of the first drive piston 8.
  • This forward stroke induces a return stroke of the first pressure piston 20 in the first hydraulic unit 27. This, in turn, forces the hydraulic fluid 31 towards the turbine and sets the impeller 39 in motion.
  • the rotational movement of the impeller shaft 41 is transmitted by means of the transmission device 44 through the gear connection of gear 50 at the end of the impeller shaft to the outer surface of the first freewheel 46, which has a toothed section 52 on this outer surface into which the gear 50 engages.
  • This freewheel 46 is in the locked position and consequently transmits the rotational movement to the shaft 43 via its inner ring.
  • the coupling of the two drive pistons 8, 9 via the chain connection causes a return stroke movement of the second drive piston 9, which in turn results in a forward stroke movement of the second pressure piston 21 and causes a movement of the hydraulic fluid in the second hydraulic unit 28 following the pressure piston.
  • the rotational movement generated at the second impeller 40 is not transmitted to the shaft 43 by the second freewheel 47 of the transmission device 44, which then runs freely.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen neuartigen Verbrennungsmotor.
  • Bei der Entwicklung von Verbrennungsmotoren ist es eines der Hauptziele, die durch den eingesetzten Kraftstoff erhaltene Energie so effektiv wie möglich zu nutzen, d.h. einen so hohen Wirkungsgrad wie möglich zu erzielen, um dadurch Kraftstoff einzusparen.
  • Im Stand der Technik bekannt sind Hubkolbenmotoren, in denen die durch die Ausdehnung der durch die Kraftstoffverbrennung erzeugten Gase in einem Zylinder verrichtete Arbeit an einem Kolben, und weiter durch eine Pleuelstange auf eine Kurbelwelle übertragen wird, wobei die Pleuelstange jeweils eine Gelenkverbindung zum Kolben und zur Kurbelwelle aufweist (Kurbeltrieb). So wird die oszillierende Bewegung des Kolbens in eine Drehbewegung umgesetzt, d.h. ein Drehmoment erzeugt. Ein alternativer Hubkolbenmotortyp ist aus US2010/275884 A1 bekannt.
  • Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, die Effizienz von herkömmlichen Verbrennungsmotoren weiter zu steigern, um einen kraftsstoffsparenderen Betrieb ermöglichen zu können.
  • Die vorliegende Erfindung stellt daher einen Verbrennungsmotor zur Verfügung, der
    • einen ersten Zylinder zur Treibstoffverbrennung mit einem darin bewegbar angeordneten ersten Triebkolben,
    • einen zweiten Zylinder zur Treibstoffverbrennung mit einem darin bewegbar angeordneten zweiten Triebkolben, und
    • eine Welle, umfasst
      wobei
    • der Verbrennungsmotor so eingerichtet ist, dass sich die Triebkolben in den beiden Zylindern gegensinnig hin- und her bewegen,
    • der erste Triebkolben mit einem ersten Druckkolben mechanisch gekoppelt ist,
    • der zweite Triebkolben mit einem zweiten Druckkolben mechanisch gekoppelt ist,
      und wobei der Verbrennungsmotor dadurch gekennzeichnet ist, dass
    • die Triebkolben so miteinander gekoppelt sind, dass durch eine Vorhubbewegung des ersten Triebkolbens im ersten Zylinder eine Rückhubbewegung des zweiten Triebkolbens im zweiten Zylinder bewirkt wird,
    • er weiterhin eine erste Hydraulikeinheit, in der der erste Druckkolben bewegbar angeordnet ist, sowie ein in der ersten Hydraulikeinheit angeordnetes erstes Schaufelrad und, davon getrennt, eine zweite Hydraulikeinheit, in der der zweite Druckkolben bewegbar angeordnet ist, sowie ein in der zweiten Hydraulikeinheit angeordnetes zweites Schaufelrad aufweist,
    • wobei der Verbrennungsmotor weiterhin so eingerichtet ist, dass der erste und der zweite Triebkolben so miteinander gekoppelt sind, dass durch eine Vorhubbewegung des ersten Triebkolbens im ersten Zylinder eine Rückhubbewegung des ersten Druckkolbens in der ersten Hydraulikeinheit, und durch eine Rückhubbewegung des zweiten Triebkolbens im zweiten Zylinder eine Vorhubbewegung des zweiten Druckkolbens in der zweiten Hydraulikeinheit bewirkt wird, so dass sich die beiden Druckkolben in ihren jeweiligen Hydraulikeinheiten gegensinnig bewegen
    • wobei das sich in der jeweiligen Hydraulikeinheit befindliche Hydraulikfluid, vorzugsweise eine Flüssigkeit, durch die Bewegung der Druckkolben in Bewegung versetzt wird und das sich bewegende Hydraulikfluid eine rotatorische Hin- und Herbewegung der Achse des sich in der jeweiligen Hydraulikeinheit befindlichen Schaufelrads bewirkt,
    • und die rotatorische Hin- und Herbewegung der Achsen der Schaufelräder mittels einer Übertragungsvorrichtung in eine kontinuierliche Rotationsbewegung der Welle übertragen werden.
  • Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor kann beliebige Größe haben von relativ kleinen Ausführungen wie beispielsweise einem Motor für ein Kraftrad, über KFZ-, Boot- und Flugzeugmotoren bis hin zu sehr großen Ausführungen wie beispielsweise Schiffmotoren. Er ermöglicht durch seine kompakte Form platzsparende Einbaumöglichkeiten.
  • Das Arbeitsprinzip des erfindungsgemäßen Motors gleicht dem von herkömmlichen Verbrennungsmotoren: Die Kraft wird durch die explosionsartige Verbrennung eines Kraftstoffs in den Brennkammern der Zylinder erzeugt und in ein Drehmoment einer Welle übertragen.
  • Dazu wird ein zündfähiges Kraftstoff-Sauerstoff-, normalerweise Kraftstoff-Luft-, Gemisch in die Brennkammern der Zylinder eingeführt, dort komprimiert und dann nahe der Kolben-Position mit minimaler Distanz zum Zylinderkopf (Pmin) gezündet. Die dadurch entstehenden Gase dehnen sich explosionsartig aus und verursachen jeweils die Bewegung des Kolben in Richtung der Position mit maximaler Distanz zum Zylinderkopf Pmax.
  • Die erfindungsgemäß vorgesehenen Hydraulikeinheiten ermöglichen zum einen die Übertragung der auf die Druckkolben wirkenden Kraft mittels des sich in der Hydraulikeinheit befindlichen Hydraulikfluids auf die sich in der jeweiligen Hydraulikeinheit befindenden Schaufelräder. Zum anderen kann durch die Wahl der Verhältnisse der Querschnitte der Zylinder und der Hydraulikeinheit der durch die Hin- und Her-Bewegung der Triebkolben erzeugte Druck verstärken.
  • Dadurch kann der Kraftstoffverbrauch reduziert werden kann und es wird eine hinsichtlich Kraftstoffverbrauch bzw. Effizienz verbesserte Kolben-Schubbewegung ermöglicht. Dies kann folglich eine Steigerung der Verbrennungseffizienz und damit des Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors ermöglichen.
  • Das Hydraulikfluid befindet in einem Innenraum der Hydraulikeinheiten.
  • Als Hydraulikfluid wird vorzugsweise eine Flüssigkeit, wie z.B. eine Flüssigkeit auf Mineralöl- oder auf Wasserbasis eingesetzt.
  • Die Hydraulikeinheit ist üblicherweise im Bereich der Hubwege der Druckkolben so ausgestaltet, dass die Druckkolben mit Innenwänden der Hydraulikeinheit abdichten.
  • Die Bewegung der Triebkolben im ersten Zylinder und im zweiten Zylinder ist im Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung gegensinnig, d.h. z.B. wenn sich der erste Triebkolben im ersten Zylinder von einer Position Pmin,1 zu Pmax,1 bewegt, bewegt sich der zweite Triebkolben simultan im anderen Zylinder von der Position Pmax,2 zu Pmin,2.
  • Durch das jeweils in den Hydraulikeinheiten vorhandene Schaufelrad ergibt sich konstruktiv eine Turbine in der jeweiligen Hydraulikeinheit, die die durch die Bewegung des Hydraulikfluids auf die Schaufeln der Schaufelräder übertragene Kraft in eine rotatorische Hin- und Her-Bewegung der Schaufelradachsen überträgt.
  • Die Übertragung der durch die Schubbewegung der jeweiligen Triebkolben erzeugte Kraft auf die Druckkolben, die weiter mittels des Hydraulikfluids auf die Schaufeln der Schaufelräder übertragen wird, erfolgt vorzugsweise so, dass das Hydraulikfluid die gebildeten Turbinen wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig, tangential durchströmt.
  • Die Schaufeln der Schaufelräder werden dabei zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, senkrecht zu ihrer Bewegungsrichtung angeströmt.
  • Durch die Ausgestaltung der gebildeten Turbinen wird bewirkt, dass die Tangentialkräfte möglichst immer, d.h. während des gesamten Arbeitsprozesses, im maximal möglichen Sinuswinkel von 90 ° wirken bzw. übertragen werden. Somit bietet der erfindungsgemäße Motor die Vorteile, dass sowohl ein möglichst hohes Drehmoment auch bei niedrigen Drehzahlen, also auch ein möglichst konstantes Drehmoment bei verschiedenen Drehzahlen erreicht werden kann. Dies ermöglicht eine gegenüber herkömmlich ausgestalteten Hubkolbenmotoren höhere Effizienz des erfindungsgemäßen Motors und dadurch auch eine Einsparung von Kraftstoff. Dies kann sich auch vorteilhaft auf die Umwelt schonend auswirken.
  • Vor- und Rücktriebsrichtung bzw. Vorhub und Rückhub werden auf die Bewegung eines Kolbens in seiner jeweiligen Einheit (Zylinder oder Hydraulikeinheit) bezogen verstanden. Dabei bezeichnet "Vortrieb" oder "Vorhub" eine Bewegung des Kolbens in Richtung aus der Einheit heraus, und "Rücktrieb" oder "Rückhub" eine Bewegung des Kolbens in die Einheit hinein.
  • Z.B. wird die Bewegung des Triebkolbens nach Zündung des Gasgemisches in Richtung aus dem Zylinder heraus als "Vortrieb" oder "Vorhub" bezeichnet
  • Unter der "Vorderseite eines Kolbens" wird die der jeweiligen Einheit (z.B. dem Zylinder) zugewandte Seite des Kolbens, und unter Rück- oder Unterseite eines Kolben die der jeweiligen Einheit (z.B. Zylinder) abgewandte Seite des Kolbens verstanden.
  • Die gegensinnige Bewegung der Druckkolben in den Hydraulikeinheiten wird durch die mechanische Kopplung der Druckkolben mit den jeweiligen Triebkolben in den Zylindern, die gleichermaßen gegensinnig bewegbar angeordnet sind, und die Kopplung der Triebkolben miteinander unterstützt.
  • Im erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor sind die Druckkolben mit den Triebkolben jeweils mechanisch gekoppelt, d.h. der erste Triebkolben ist mit dem ersten Druckkolben mechanisch gekoppelt und der zweite Triebkolben mit dem zweiten Druckkolben.
  • Vorzugsweise sind die Triebkolben in den Zylindern derart beweglich, dass, wenn sich der erste Triebkolben des ersten Zylinders an einer Position mit minimaler Distanz zu einem oberen Ende des ersten Zylinders befindet, sich der zweite Triebkolben im zweiten Zylinder an einer Position mit maximaler Distanz zu einem oberen Ende des zweiten Zylinders befindet, und/oder die Bewegungen der Druckkolben in ihrer jeweiligen Hydraulikeinheit so sind, dass, wenn sich der erste Druckkolben an einer Position mit minimaler Distanz zu einem oberen Ende der ersten Hydraulikeinheit befindet, sich der zweite Druckkolben an einer Position mit maximaler Distanz zu einem oberen Ende der Hydraulikeinheit befindet.
  • Weiter bevorzugt weist der erste Druckkolben eine kleinere effektive Oberfläche als der erste Triebkolben und/oder der zweite Druckkolben eine kleinere effektive Oberfläche als der zweite Triebkolben auf.
  • Als "effektive Oberfläche" wird die Fläche der Vorderseite eines Kolbens bezeichnet die bei einer Projektion der tatsächlichen Oberfläche der Kolbenvorderseite auf eine senkrecht zur Hubwegsrichtung stehenden Fläche erhalten wird.
  • In dieser Ausführungsform wird der auf das Hydraulikfluid wirkende Druck verstärkt.
  • Vorzugsweise laufen der erste Triebkolben und der erste Druckkolben in gleicher Längsrichtung und somit synchron in eine Richtung und/oder laufen der zweite Triebkolben und der zweite Druckkolben in gleicher Längsrichtung und somit synchron.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Rückseite des ersten Triebkolbens mit der Rückseite des ersten Druckkolbens starr verbunden ist und/oder die Rückseite des zweiten Triebkolbens mit der Rückseite des zweiten Druckkolbens starr verbunden ist. Dadurch kann eine verbesserte Stabilität erreicht werden und eine effiziente Kraftübertragung des jeweiligen Triebkolbens auf den jeweiligen Druckkolben und umgekehrt.
  • Bevorzugt besteht die starre Verbindung zwischen den jeweiligen Triebkolben und den jeweiligen Druckkolben durch eine starre, lineare Stange, beispielsweise eine Pleuelstange.
  • Vorzugsweise sind die Druckkolben an Stangen der Triebkolben angebracht, insbesondere an Pleuelstangen der Triebkolben. Vorteilhaft kann so eine erhöhte Stabilität und vereinfachte sowie kompakte Herstellung ermöglicht werden.
  • Vorgesehen werden kann insbesondere auch, dass der erste Triebkolben und der erste Druckkolben über eine Stange, insbesondere Pleuelstange, als einstückige oder einteilige erste Kolbeneinheit ausgestaltet ist. Diese erste Kolbeneinheit kann alternativ auch mehrteilig ausgebildet sein. Entsprechend kann vorgesehen sein, dass der zweite Triebkolben und der zweite Druckkolben über eine Stange als einstückige oder einteilige zweite Kolbeneinheit ausgestaltet ist. Diese zweite Kolbeneinheit kann alternativ auch mehrteilig ausgebildet sein.
  • Üblicherweise sind die Triebkolben in den Zylindern derart beweglich, dass, wenn sich der erste Triebkolben des ersten Zylinders an einer Position mit minimaler Distanz zu einem oberen Ende des ersten Zylinders befindet, sich der zweite Triebkolben im zweiten Zylinder an einer Position mit maximaler Distanz zum oberen Ende des zweiten Zylinders befindet.
  • Ergänzend dazu sind die Hydraulikeinheiten vorzugsweise so eingerichtet, dass sich die Druckkolben so in ihrer jeweiligen Hydraulikeinheit bewegen, dass, wenn sich der erste Druckkolben an einer Position mit minimaler Distanz zu einem oberen Ende der Hydraulikeinheit befindet, sich der zweite Druckkolben in der Hydraulikeinheit an einer Position mit maximaler Distanz zu einem oberen Ende der Hydraulikeinheit befindet.
  • Vorzugsweise ist die erste und/oder die zweite Hydraulikeinheit an dem Ende, das dem durch den ersten bzw. zweiten Druckkolben definierten Ende gegenüberliegt, durch einen ersten bzw. zweiten in der jeweiligen Hydraulikeinheit beweglichen Abschlusskolben verschlossen.
  • Weiter bevorzugt umfasst die erste und/oder die zweite Hydraulikeinheit vom einen zum anderen Ende einen ersten Bereich, definiert durch den Hubweg des jeweiligen Druckkolbens, einen zweiten Bereich, definiert durch das Vorhandensein des jeweiligen Schaufelrads, und einen dritten Bereich nach dem Schaufelrad bis zum jeweiligen Abschlusskolben.
  • Vorzugsweise ist der Querschnitt der ersten und/oder der zweiten Hydraulikeinheit im ersten Bereich kleiner als im zweiten Bereich.
  • Vorzugsweise ist die Schaufelradachse in der ersten und/oder der zweiten gebildeten Turbine senkrecht zur Bewegungsrichtung des ersten bzw. zweiten Triebkolben angeordnet.
  • Vorzugsweise ist die Schaufelradachse in der ersten und/oder der zweiten gebildeten Turbine senkrecht zur Bewegungsrichtung des ersten bzw. zweiten Druckkolben angeordnet.
  • Weiter bevorzugt ist die Schaufelradachse in der ersten und/oder der zweiten gebildeten Turbine senkrecht zur Bewegungsrichtung des jeweiligen Hydraulikfluids angeordnet.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erst und/oder die zweite Turbine so ausgebildet, dass das Hydraulikfluid in derselben Richtung aus der Turbine herausströmt, in der es in die Turbine hineinströmt, d.h. üblicherweise dass sich Turbinenein- und -auslass um 180° gegenüberliegen.
  • Im Bereich des Schaufelrads der ersten und/oder der zweiten Hydraulikeinheit ist vorzugsweise eine kreisbogenförmige Erweiterung der jeweiligen Hydraulikeinheitswand vorhanden, die diese Turbine mitbildet und in der die Schaufeln des Schaufelrads bei Bewegung des Hydraulikfluids umlaufen. Vorzugsweise ist diese kreisbogenförmige Erweiterung der jeweiligen Hydraulikeinheitswand so ausgebildet, dass nahezu kein oder gar kein Hydraulikfluid außen an den Schaufeln vorbeifließen kann.
  • Der Kreisbogen der Erweiterung umfasst vorzugsweise einen Winkelbereich von 180°.
  • Die Achse des Schaufelrads liegt vorzugsweise auf einer gedachten verlängerten Linie der Hydraulikeinheitswand ohne die kreisbogenförmige Erweiterung.
  • Die Welle ist vorzugsweise senkrecht zu der Achse des ersten und/oder zweiten Schaufelrads angeordnet.
  • Die Übertragungsvorrichtung umfasst vorzugsweise einen ersten Freilauf und einen zweiten Freilauf.
  • Üblicherweise haben Freiläufe jeweils eine Außen- und eine Innenseite, die beispielsweise als Außen- und Innenring ausgebildet sein können, die gegeneinander sperren (Mitnahmemodus) oder freilaufen (Freilaufmodus) können. Üblicherweise sind die Freiläufe der Übertragungsvorrichtung baugleich.
  • Vorzugsweise ist die Außenseite des ersten Freilaufs mit der Achse des ersten Schaufelrads und/oder die Außenseite des zweiten Freilaufs mit der Achse des zweiten Schaufelrads wirkverbunden, wobei die Wirkverbindung so beschaffen ist, dass die Hin- und Herbewegung der Schaufelradachse(n) auf die Außenseite des Freilaufs/der Freiläufe übertragen wird.
  • Die Innenseiten der Freiläufe sind dabei üblicherweise mit der Welle so verbunden, dass die Freiläufe in derselben Richtung freilaufen bzw. sperren. Somit wird die Hin- und Herbewegung des Hydraulikfluids in der jeweiligen Hydraulikeinheit in eine rotatorische Hin- und Herbewegung der Außenseite des ersten Freilaufs und eine gegensinnige rotatorische Hin- und Herbewegung des zweiten Freilaufs übertragen. Durch die Anordnung der Freiläufe auf der Welle ermöglicht dies die kontinuierliche Rotation der Welle in eine Richtung.
  • Die Außenseiten der Freiläufe können miteinander so gekoppelt sein, dass sie eine gegensinnige Bewegung der Außenseiten der beiden Freiläufe unterstützen.
  • Vorzugsweise erfolgt die Wirkverbindung der Achse des ersten und/oder zweiten Schaufelrads mit den Außenseiten des ersten und/oder zweiten Freilaufs durch eine Zahnradverbindung, wobei üblicherweise das sich an der Achse des ersten und/oder zweiten Schaufelrads befindliche Zahnrad in an den seitlichen Außenflächen des ersten und/oder zweiten Freilauf vorhandenen Verzahnungen eingreift.
  • Üblicherweise erfolgt die rotatorische Hin- und Herbewegung des ersten Schaufelrads und/oder des zweiten Schaufelrads um einen Winkelbereich von mindestens 60°, vorzugsweise von mindestens 90°, besonders bevorzugt von mindestens 120°, und ganz besonders bevorzugt von mindestens 150°oder mehr.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die rotatorische Hin- und Herbewegung des ersten Schaufelrads und/oder des zweiten Schaufelrads um einen Winkelbereich zwischen 60° und 270°, vorzugsweise zwischen 120° und 240°, besonders bevorzugt zwischen 150° und 210° erfolgt.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die rotatorische Hin- und Her-bewegung des ersten Schaufelrads und/oder des zweiten Schaufelrads um einen Winkelbereich von 160° bis 200°, vorzugsweise von 170° bis 190°, noch bevorzugter von 175° bis 185, ganz besonders bevorzugt 180° erfolgt.
  • Weiterhin erfolgt üblicherweise die rotatorische Hin- und Herbewegung des ersten Freilaufs und/oder des zweiten Freilaufs um einen Winkelbereich von mindestens 60°, vorzugsweise von mindestens 90°, besonders bevorzugt von mindestens 120°, und ganz besonders bevorzugt von mindestens 150°oder mehr.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die rotatorische Hin- und Herbewegung des ersten Freilaufs und/oder des zweiten Freilaufs um einen Winkelbereich zwischen 60° und 270°, vorzugsweise zwischen 120° und 240°, besonders bevorzugt zwischen 150° und 210° erfolgt.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die rotatorische Hin- und Her-bewegung des ersten Freilaufs und/oder des zweiten Freilaufs um einen Winkelbereich von 160° bis 200°, vorzugsweise von 170° bis 190°, noch bevorzugter von 175° bis 185, ganz besonders bevorzugt 180° erfolgt.
  • Üblicherweise werden Zahnräder, Zahnstangen bzw. Zahnräder sowie etwaige Lager des erfindungsgemäßen Motors in herkömmlicher Weise mit Schmierstoff versorgt.
  • Kolben, so wie Trieb- und Druckkolben, sind üblicherweise mit Kolbenringen versehen.
  • In einer Ausführungsform ist der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor so ausgebildet, dass die Gesamtheit aus erstem Zylinder und erster Hydraulikeinheit, inklusive sämtlicher darin befindlicher weiterer Elemente, spiegelsymmetrisch zur Gesamtheit aus zweitem Zylinder und zweiter Hydraulikeinheit, inklusive sämtlicher darin befindlicher weiterer Elemente, angeordnet ist.
  • Die Kopplung der Bewegung des ersten und zweiten Triebkolbens erfolgt vorzugsweise mittels einer über ein Zahnrad umgelenkten Kette.
  • Dabei befindet sich üblicherweise ein am Boden (Unterseite) des ersten und/oder zweiten Triebkolbens eine starre Stange, deren Länge etwa der Länge des Hubwegs des ersten bzw. zweiten Triebkolbens entspricht.
  • An den dem jeweiligen Triebkolben gegenüberliegenden Ende der starren Stangen ist üblicherweise die umzulenkende Kette befestigt.
  • Die Kette ist dabei üblicherweise so gestaltet, dass die Zähne des Umlenkzahnrads in Aussparungen der Kettenglieder eingreifen können.
  • Vorzugsweise ist der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor so eingerichtet, dass die Bewegungsrichtung der beiden Triebkolben und/oder der beiden Druckkolben gegensinnig parallel sind, wodurch diese platzsparend angeordnet werden können und zudem ein effizienter Betrieb des Verbrennungsmotors ermöglicht wird.
  • Weiter bevorzugt sind die Triebkolben und/oder die Druckkolben spiegelsymmetrisch um eine Mittelebene in dem Verbrennungsmotor angeordnet.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die erste und/oder die zweite Hydraulikeinheit zumindest eine Biegung, vorzugsweise zwei Biegungen, auf und können entsprechend kompakt ausgestaltet sein. Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die erste und/oder die zweite Hydraulikeinheit im Wesentlichen U-förmig ausgestaltet sind.
  • Vorteilhaft weist die erste und/oder zweite Hydraulikeinheit zwei in Längsrichtung lineare Schenkel auf. Der ersten Schenkel weist ein oberes Ende und ein unteres Ende auf. Der erste Druckkolben ist in dem ersten Schenkel bewegbar angeordnet. Der zweite Schenkel weist ein oberes Ende und ein unteres Ende auf. Der zweite Druckkolben ist bewegbar in dem zweiten Schenkel angeordnet. Die Schenkel können als Zylinderabschnitte ausgestaltet sein.
  • Üblicherweise weist die erste und/oder die zweite Hydraulikeinheit zumindest eine Öffnung zum Befüllen und/oder Entleeren von Fluid, vorzugsweise einer Flüssigkeit, insbesondere einem Öl, auf, die in einem Verbindungsabschnitt der im Wesentlichen U-förmig ausgebildeten Hydraulikeinheit, vorzugsweise verschließbar, angeordnet ist.
  • Im Regelfall haben die Zylinder und demgemäß auch die Triebkolben einen kreisförmigen Querschnitt. Bevorzugt sind die jeweiligen Triebkolben baugleich.
  • Weiterhin haben im Regelfall haben die Abschnitte der ersten und/oder der zweiten Hydraulikeinheit, in der sich die Druckkolben bewegen, und demgemäß auch die Druckkolben einen kreisförmigen Querschnitt. Bevorzugt sind die jeweiligen Druckkolben baugleich.
  • In einer Ausführungsform des Verbrennungsmotors der Erfindung weisen die Vorderseiten des Triebkolbens oder der Triebkolben eine größere effektive Oberfläche als die Vorderseite des jeweilig mit dem Triebkolben verbundenen Druckkolben auf, weiter bevorzugt beträgt die effektive Oberfläche der Vorderseiten des Druckkolben/der Druckkolben 75 % oder weniger, weiter bevorzugt 50% oder weniger, und weiter bevorzugt 33% oder weniger der effektiven Oberfläche der Vorderseite des jeweilig damit verbundenen Triebkolben.
  • In dieser Ausführungsform beträgt die effektive Oberfläche der Vorderseiten des Druckkolben/der Druckkolben bevorzugt 10 % oder mehr, weiter bevorzugt 20 % oder mehr der effektive Oberfläche der Vorderseite des jeweilig damit verbundenen Triebkolben.
  • Üblicherweise sind im erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor pro Zylinder wenigstens ein Einlass- und ein Auslassventil vorhanden.
  • Üblicherweise ist pro Zylinder eine Zündkerze vorhanden.
  • Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor kann genau zwei Zylinder, aber auch mehr als zwei Zylinder umfassen. Vorzugsweise sind im erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor ein Vielfaches von 2 Zylindern, also beispielsweise 2, 4, 6 Zylinder etc. vorhanden.
  • Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor kann beispielsweise als 2-Takt-Motor oder auch als 4-Takt-Motor ausgeführt werden.
  • Bei der Ausführung als 2-Takt Motor kann die Spülung, d.h. der Ausstoß der Verbrennungsgase und die Zuführung von Frischgas im Zylinder in bekannter Weise z.B. durch Querstromspülung, Gleichstromspülung z.B. mit Tellerventil, oder Umkehrspülung erfolgen.
  • Bei der Ausführung als 4-Takt Motor sind üblicherweise dann mindestens vier Zylinder vorhanden, vorzugsweise zwei Paare von einem ersten und einem zweiten Zylinder mit zugehörigen Bauteilen, in einer der hier beschriebenen Ausführungsformen.
  • Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass pro zwei Zylinder jeweils zwei Hydraulikeinheiten mit jeweils zwei Druckkolben gemäß vorstehenden Ausführungen vorgesehen ist. Bei einer Ausgestaltung mit vier Zylindern sind demnach vier Hydraulikeinheiten mit insgesamt vier Druckkolben vorgesehen.
  • Falls nicht bereits explizit vermerkt, gelten, wo anwendbar, sämtliche als "üblich", "gewöhnlich" oder "vorzugsweise" beschriebenen Ausführungsformen, die sich auf einen Zylinder und/oder dessen zugehörige oder zugeordnete Bauteile beziehen, auch für alle anderen Zylinder des Verbrennungsmotors als "üblich", "gewöhnlich" oder "vorzugsweise". Dies gilt auch für beschriebene Zylinderpaare. Dies gilt entsprechend für die Ausführungsformen, die sich auf einen Kolben beziehen, wobei dies insbesondere für Triebkolben und Druckkolben, sofern nicht ausschließend, gilt.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors in einer der hier beschriebenen Ausführungsformen und auf die Verwendung eines Verbrennungsmotors in einer der hier beschriebenen Ausführungsformen zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, Flugzeugs oder Schiffs.
  • Die Erfindung betrifft zudem ein Kraftfahrzeug, Flugzeug oder Schiff, umfassend zumindest einen erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor.
    • Beispiel
  • Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben.
    • Fig. 1 zeigt in vereinfachter schematischer Schnittdarstellung eine Vorderansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors.
    • Fig. 2 zeigt eine Detailansicht der Übertragungsvorrichtung 44 der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors.
    • Fig. 3 zeigt eine ausschnittsweise Detailansicht einer Hydraulikeinheit der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors.
  • Die in den Figuren gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors weist, wie in Fig. 1 gezeigt, zwei baugleiche Zylinder 14, 15 auf, in denen jeweils ein Triebkolben 8, 9 mit jeweils einer Pleuelstange 10, 11, vorhanden ist.
  • Der Verbrennungsmotor weist einen ersten Zylinder 14 zur Treibstoffverbrennung mit einem darin bewegbar angeordneten ersten Triebkolben 8 und einen zweiten Zylinder 15 zur Treibstoffverbrennung mit einem darin bewegbar angeordnetem zweiten Triebkolben 9 auf.
  • Der erste Triebkolben 8 mit einem ersten Druckkolben 20 mechanisch gekoppelt. Der zweite Triebkolben 9 ist mit einem zweiten Druckkolben 21 mechanisch gekoppelt.
  • Die Trieb- 8, 9 und Druckkolben 20, 21 sind jeweils mit Kolbenringen 24 versehen.
  • Der erste Triebkolben 8 und der zweite Triebkolben 9 sowie die Zylinder 14, und 15 sind baugleich und parallel zueinander angeordnet.
  • Der erste Druckkolben 20 und der zweite Druckkolben 21 sind baugleich. Die Druckkolben 20, 21 weisen eine geringere Größe als die Triebkolben 8, 9 auf und damit eine geringere effektive Oberfläche.
  • Der erste Triebkolben 8 weist eine Pleuelstange 10 auf. Der zweite Triebkolben 9 weist eine Pleuelstange 11 auf.
  • Die Pleuelstange 10 des ersten Triebkolbens 8 ist an dem dem Triebkolben 8 abgewandten Ende mit dem ersten Druckkolben 20 verbunden. Diese Verbindung ist vorzugsweise starr ausgeführt.
  • Die Pleuelstange 11 des zweiten Triebkolbens 9 ist an dem dem Triebkolben 9 abgewandten Ende mit dem zweiten Druckkolben 21 verbunden. Diese Verbindung ist vorzugsweise starr ausgeführt.
  • Die erste Baueinheit, umfassend ersten Triebkolben 8, ersten Druckkolben 20 und Pleuelstange 10 ist bevorzugt starr ausgebildet. Eine zweite Baueinheit, umfassend zweiten Triebkolben 9, zweiten Druckkolben 21, und Pleuelstange 11 ist ebenfalls bevorzugt starr ausgebildet.
  • Erste und zweite Baueinheit sind insofern baugleich ausgebildet.
  • Die Triebkolben 8, 9 sind in den Zylindern 14 bzw. 15 derart beweglich, dass, wenn sich der erste Triebkolben 8 des ersten Zylinders 14 an einer Position mit minimaler Distanz zu einem oberen Ende des ersten Zylinders 14 befindet, sich der zweite Triebkolben 9 im zweiten Zylinder 15 an einer Position mit maximaler Distanz zum oberen Ende des zweiten Zylinders 15 befindet.
  • Der Verbrennungsmotor weist weiterhin zwei voneinander getrennte Hydraulikeinheiten 27, 28 auf, in denen sich jeweils ein Druckkolben 20, 21 beweglich befindet. Die Hydraulikeinheiten 27, 28 sind so eingerichtet, dass sich die Druckkolben 20, 21 so in ihrer jeweiligen Hydraulikeinheit 27, 28 bewegen, dass, wenn sich der erste Druckkolben 20 an einer Position mit minimaler Distanz zu einem oberen Ende der Hydraulikeinheit 27 befindet, sich der zweite Druckkolben 21 in der Hydraulikeinheit 28 an einer Position mit maximaler Distanz zu einem oberen Ende der Hydraulikeinheit 28 befindet.
  • Die erste 27 und die zweite Hydraulikeinheit 28 sind an dem Ende, das dem durch den ersten bzw. zweiten Druckkolben 20, 21 definierten Ende gegenüberliegt, durch einen ersten 22 bzw. zweiten in der jeweiligen Hydraulikeinheit 27, 28 beweglichen Abschlusskolben 23 verschlossen.
  • Die erste 27 und die zweite Hydraulikeinheit 28 weisen, vom einen zum anderen Ende gesehen, einen ersten Bereich, definiert durch den Hubweg des jeweiligen Druckkolbens, einen zweiten Bereich, definiert durch das Vorhandensein des jeweiligen Schaufelrads, und einen dritten Bereich nach dem Schaufelrad bis zum jeweiligen Abschlusskolben auf.
  • Der Querschnitt der ersten 27 und der zweiten Hydraulikeinheit 28 ist im ersten Bereich kleiner als im zweiten Bereich.
  • Die erste 27 und die zweite Hydraulikeinheit 28 weisen zwei 90 ° Biegungen auf, die sich zwischen dem zweiten und dem dritten Bereich der Hydraulikeinheiten 27, 28 befinden, so dass der Endbereich des dritten Bereichs der Hydraulikeinheiten 27, 28 parallel zum ersten Bereich der Hydraulikeinheit 27, 28 angeordnet ist.
  • Somit sind die erste und die zweite Hydraulikeinheit 27, 28 im Wesentlichen U-förmig ausgestaltet und es ergeben sich zwei in Längsrichtung lineare Schenkel 25, 29 und 26, 30 pro Hydraulikeinheit.
  • Die linearen Schenkel 29 und 30 können auch als Vorratszylinder für die Hydraulikflüssigkeit angesehen werden.
  • Die erste und die zweite Hydraulikeinheit 27, 28 weisen jeweils eine nicht in den Figuren gezeigte verschließbare Öffnung zum Befüllen und/oder Entleeren von Hydraulikfluid auf, die üblicherweise in dem Querabschnitt 56, 57 der jeweiligen Hydraulikeinheit 27, 28 angeordnet ist.
  • Im Regelfall haben die Zylinder 14, 15 und demgemäß auch die Triebkolben 8, 9 einen kreisförmigen Querschnitt. Bevorzugt sind die jeweiligen Triebkolben 8,9 baugleich.
  • Weiterhin haben im Regelfall haben die Abschnitte der ersten und/oder der zweiten Hydraulikeinheit 27, 28, in der sich die Druckkolben 20, 21 bewegen, und demgemäß auch die Druckkolben 20, 21 einen kreisförmigen Querschnitt. Bevorzugt sind die jeweiligen Druckkolben 20, 21 baugleich.
  • Wie in Fig. 3 gezeigt, ist im Bereich des Schaufelrads 39, 40 der ersten und der zweiten Hydraulikeinheit 27, 28 jeweils eine kreisbogenförmige Erweiterung 55 der jeweiligen Hydraulikeinheitswand vorhanden, in der die Schaufeln 54 bei Bewegung des Hydraulikfluids umlaufen. Diese kreisbogenförmige Erweiterung 55 der jeweiligen Hydraulikeinheitswand ist so ausgebildet, dass sie nahezu kein oder gar kein Hydraulikfluid außen an den Schaufeln 54 vorbeifließen kann.
  • Durch das jeweils im zweiten Bereich der jeweiligen Hydraulikeinheit 27, 28 vorhandene Schaufelrad 39, 40 ergibt sich zusammen mit der kreisbogenförmigen Erweiterung 55 konstruktiv eine Turbine um das jeweilige Schaufelrad 39, 40, die die durch die Bewegung des Hydraulikfluids auf die Schaufeln 54 der Schaufelräder 39, 40 übertragene Kraft in eine rotatorische Hin- und Her-Bewegung der Schaufelradachsen 41, 42 überträgt.
  • Die Schaufelradachse 41, 42 in der ersten bzw. der zweiten gebildeten Turbine ist dabei jeweils senkrecht zur Bewegungsrichtung des ersten bzw. zweiten Triebkolbens 8, 9 und damit auch der Bewegungsrichtung des ersten bzw. zweiten Druckkolbens 20, 21 angeordnet.
  • Die Schaufelradachse 41, 42 ist in der ersten und der zweiten gebildeten Turbine ist senkrecht zur Bewegungsrichtung des jeweiligen Hydraulikfluids angeordnet.
  • Weiterhin ist die erste und die zweite Turbine so ausgebildet, dass das Hydraulikfluid in derselben Richtung aus der Turbine herausströmt, in der es in die Turbine hineinströmt, d.h. dass sich Turbinenein- und -auslass um 180° gegenüberliegen.
  • Der Kreisbogen der Erweiterung umfasst vorzugsweise einen Winkelbereich von 180°.
  • Die Achsen 41, 42 der Schaufelräder 39, 40 liegen auf einer gedachten verlängerten Linie der Hydraulikeinheitswand ohne die kreisbogenförmige Erweiterung.
  • Weiterhin lagern die Achsen 41, 42 der Schaufelräder 39, 40 in den jeweiligen Wandabschnitten 37, 38 der Hydraulikeinheit 27, 28.
  • Wie weiter in Fig. 3 gezeigt, hat der Triebkolben 8 eine effektive Oberfläche A1 und der Kolben wird nach Zündung des im Zylinder 14 befindlichen Kraftstoff/Luft Gemischs mit einem Druck p1 beaufschlagt. Der Druckkolben 20 hat eine effektive Oberfläche A2, welche kleiner ist als A1, und es wird ein Druck p2, der größer ist als p1, erzeugt. A3 bezeichnet die Oberfläche der Schaufeln der Schaufelräder.
  • Der Verbrennungsmotor weist ferner eine Welle 43 auf, an der eine Übertragungseinheit 44 angeordnet ist. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, umfasst das Übertragungselement 44 zwei ringförmige Freiläufe 46, 47, die an ihren Außenringen jeweils an der Seite Verzahnungen 52, 53 aufweisen.
  • Durch die Übertragungsvorrichtung 44 wird die rotatorische Hin- und Her-Bewegung der Schaufelradachsen 41, 42 in eine kontinuierliche Rotationsbewegung der Welle 43 übertragen, mit der beispielsweise eine Arbeitsmaschine verbunden ist.
  • Die Freiläufe 46, 47 haben jeweils eine Außen- und eine Innenseite, die als Außen- und Innenring ausgebildet sind, die gegeneinander sperren (Mitnahmemodus) oder freilaufen (Freilaufmodus) können. Die Freiläufe 46, 47 der Übertragungsvorrichtung 44 sind baugleich.
  • Die Außenseite des ersten Freilaufs 46 ist mit der Achse des ersten Schaufelrads 39 und die Außenseite des zweiten Freilaufs 47 mit der Achse des zweiten Schaufelrads 40 mittels einer Zahnradverbindung wirkverbunden, so dass die Hin- und Herbewegung der Schaufelradachsen 41, 42 auf die Außenseite der Freiläufe 46, 47 übertragen wird.
  • Dazu befindet sich am Ende der Schaufelradachsen 41, 42 jeweils ein Zahnrad 50, 51, das in an den seitlichen Außenflächen des ersten und zweiten Freilauf 46, 47 vorhandenen Verzahnungen 52, 53 eingreift.
  • Die Innenseiten der Freiläufe 46, 47 sind mit der Welle 43 so verbunden, dass sie in derselben Richtung freilaufen bzw. sperren, d.h. sie sitzen spiegelverkehrt auf der Welle 43. Somit wird die Hin- und Herbewegung des Hydraulikfluids in der jeweiligen Hydraulikeinheit 27, 28 in eine rotatorische Hin- und Herbewegung der Außenseite des ersten Freilaufs 46 und eine gegensinnige rotatorische Hin- und Herbewegung des zweiten Freilaufs 47 übertragen. Durch die Anordnung der Freiläufe 46, 47 auf der Welle 43 ermöglicht dies die kontinuierliche Rotation der Welle 43 in eine Richtung.
  • Die rotatorische Hin- und Herbewegung des ersten Schaufelrads 39 und des zweiten Schaufelrads 40, und des ersten Freilaufs 46 und des zweiten Freilaufs 47 erfolgt jeweils um einen Winkelbereich von 180°.
  • Zahnräder, sowie etwaige Lager des erfindungsgemäßen Motors werden in herkömmlicher Weise mit Schmierstoff versorgt.
  • Wie in Fig. 1 zu sehen, ist der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor im Ausführungsbeispiel so ausgebildet, dass die Gesamtheit aus erstem Zylinder 14 und erster Hydraulikeinheit 27, inklusive sämtlicher darin befindlicher weiterer Elemente, spiegelsymmetrisch zur Gesamtheit aus zweitem Zylinder 15 und zweiter Hydraulikeinheit 28, inklusive sämtlicher darin befindlicher weiterer Elemente, angeordnet ist.
  • Die Bewegung des ersten 8 und des zweiten Triebkolbens 9 ist miteinander gekoppelt und diese Kopplung erfolgt mittels einer über ein Zahnrad 34 umgelenkten Kette 33. Die Kette 33 ist an ihren beiden Enden 32, 36 jeweils mit einer starren Stange 12, 13 verbunden, die jeweils am Boden (Unterseite) des ersten bzw. und zweiten Triebkolbens 8, 9 angebracht ist.
  • Die Kette 33 ist so gestaltet, dass die Zähne 35 des Umlenkzahnrads 34 in Aussparungen der Kettenglieder eingreifen können.
  • Im Betrieb des Motors wird jeweils durch ein Einlassventil 1, 2 ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Brennkammer 6, 7 der Zylinder 14, 15 eingespeist. Aus dem jeweiligen Zylinder 14, 15 abzuführende Verbrennungsgase werden durch je ein Auslassventil 5 aus den Zylindern 11, 12 herausgeführt.
  • Die Zündung des Kraftstoff-Luft Gemisches erfolgt mittels jeweils einer sich in der Brennkammer 6, 7 des Zylinders 14, 15 befindlichen Zündkerze 3, 4.
  • Die entstandenen Abgase können über die Abgasöffnungen 18, 19 mit Ventilen 16, 17 abgeführt werden.
  • Beispielsweise erfolgt die Zündung im ersten Zylinder 14 des Motors bei einer Position nahe Pmin des ersten Triebkolbens 8. Dadurch bewegt sich der erste Triebkolben 8 im ersten Zylinder 14 durch die durch den explosionsartigen Verbrennungsvorgang entstandene Kraft in Richtung "aus dem Zylinder heraus", d.h. bewirkt einen Vorhub des Triebkolbens 8. Diese Vorhubbewegung induziert eine Rückhubbewegung des ersten Druckkolbens 20 in der ersten Hydraulikeinheit 27. Dadurch wird wiederum das Hydraulikfluid 31 in Richtung Turbine gedrückt und das Schaufelrad 39 in Bewegung versetzt.
  • Die rotatorische Bewegung der Schaufelradachse 41 wird mittels der Übertragungsvorrichtung 44 durch die Zahnradverbindung aus Zahnrad 50 am Schaufelradachsenende auf die Außenseite des ersten Freilaufs 46, der an dieser Außenseite eine Verzahnung 52 aufweist in die das Zahnrad 50 eingreift, übertragen. Dieser Freilauf 46 befindet sich im Sperrmodus und überträgt folglich die Rotationsbewegung mittels seines Innenrings auf die Welle 43.
  • Weiterhin wird durch die Kopplung der beiden Triebkolben 8, 9 über die Kettenverbindung eine Rückhubbewegung des zweiten Triebkolbens 9 bewirkt, was wiederum eine Vorhubbewegung des zweiten Druckkolbens 21 nach sich zieht und eine Bewegung des Hydraulikfluids in der zweiten Hydraulikeinheit 28 dem Druckkolben folgend bewirkt.
  • Die dabei am zweiten Schaufelrad 40 entstehende Rotationsbewegung wird vom zweiten Freilauf 47 der Übertragungsvorrichtung 44, der dann frei läuft, nicht an die Welle 43 übertragen.
  • Bei Zündung im zweiten Zylinder 15 werden die entsprechenden entgegengesetzten Bewegungen in analoger Weise bewirkt.
  • Insgesamt wird damit die durch die jeweilige Verbrennung von Kraftstoff in den Zylindern 14, 15 erzeugte Kraft so auf die Welle 43 übertragen, dass diese in eine kontinuierliche Rotationsbewegung immer in gleicher Richtung versetzt wird.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1, 2
    Einlassventil
    3, 4
    Zündkerze
    5
    Auslassventil
    6, 7
    Brennkammer
    8, 9
    Triebkolben
    10, 11
    Pleuelstange
    12, 13
    starre Verbindungsstange
    14, 15
    Zylinder
    16, 17
    Auslassventile
    18, 19
    Abgasöffnung
    20, 21
    Druckkolben
    22, 23
    Abschlusskolben
    24
    Kolbenringe
    25, 26
    Längsschenkel der Hydraulikeinheit
    27, 28
    Hydraulikeinheit
    29, 30
    Längsschenkel der Hydraulikeinheit
    31, 58
    Hydraulikfluid
    32, 36
    Kettenenden
    33
    Kette
    34
    Umlenkzahnrad
    35
    Zähne des Umlenkzahnrads
    37, 38
    Lager
    39, 40
    Schaufelrad
    41, 42
    Schaufelradachse
    43
    Welle
    44
    Übertragungsvorrichtung
    46, 47
    Freilauf
    50, 51
    Zahnräder
    52, 53
    Verzahnung (Seitwärtszahnräder)
    54
    Schaufel
    55
    kreisbogenförmige Erweiterung
    56, 57
    Querabschnitte der Hydraulikeinheit

Claims (15)

  1. Verbrennungsmotor, der
    - einen ersten Zylinder 14 zur Treibstoffverbrennung mit einem darin bewegbar angeordneten ersten Triebkolben 8,
    - einen zweiten Zylinder 15 zur Treibstoffverbrennung mit einem darin bewegbar angeordneten zweiten Triebkolben 9, und
    - eine Welle 43, umfasst
    wobei
    - der Verbrennungsmotor so eingerichtet ist, dass sich die Triebkolben 8, 9 in den beiden Zylindern 14, 15 gegensinnig hin- und her bewegen,
    - der erste Triebkolben 8 mit einem ersten Druckkolben 20 mechanisch gekoppelt ist,
    - der zweite Triebkolben 9 mit einem zweiten Druckkolben 21 mechanisch gekoppelt ist,
    und wobei der Verbrennungsmotor dadurch gekennzeichnet ist, dass
    - die Triebkolben 8, 9 so miteinander gekoppelt sind, dass durch eine Vorhubbewegung des ersten Triebkolbens 8 im ersten Zylinder 14 eine Rückhubbewegung des zweiten Triebkolbens 9 im zweiten Zylinder 15 bewirkt wird,
    - er weiterhin eine erste Hydraulikeinheit 27, in der der erste Drucckolben 20 bewegbar angeordnet ist, sowie ein in der ersten Hydraulikeinheit 27 angeordnetes erstes Schaufelrad 39 und, davon getrennt, eine zweite Hydraulikeinheit 28, in der der zweite Druckkolben 21 bewegbar angeordnet ist, sowie ein in der zweiten Hydraulikeinheit 28 angeordnetes zweites Schaufelrad 40 aufweist,
    - wobei der Verbrennungsmotor weiterhin so eingerichtet ist, dass der erste 8 und der zweite Triebkolben 9 so miteinander gekoppelt sind, dass durch eine Vorhubbewegung des ersten Triebkolbens 8 im ersten Zylinder 14 eine Rückhubbewegung des ersten Druckkolbens 20 in der ersten Hydraulikeinheit 27, und durch eine Rückhubbewegung des zweiten Triebkolbens 9 im zweiten Zylinder 15 eine Vorhubbewegung des zweiten Druckkolbens 21 in der zweiten Hydraulikeinheit 28 bewirkt wird, so dass sich die beiden Druckkolben 20, 21 in ihren jeweiligen Hydraulikeinheiten 27, 28 gegensinnig bewegen
    - wobei das sich in der jeweiligen Hydraulikeinheit 27, 28 befindliche Hydraulikfluid 31, 58, vorzugsweise eine Flüssigkeit, durch die Bewegung der Druckkolben 20, 21 in Bewegung versetzt wird und das sich bewegende Hydraulikfluid 31, 58 eine rotatorische Hin- und Herbewegung der Achse des sich in der jeweiligen Hydraulikeinheit 27, 28 befindlichen Schaufelrads 39, 40 bewirkt,
    - und die rotatorische Hin- und Herbewegung der Achsen 41, 42 der Schaufelräder 39, 40 mittels einer Übertragungsvorrichtung 44 in eine kontinuierliche Rotationsbewegung der Welle 43 übertragen werden.
  2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Triebkolben 8, 9 in den Zylindern 14, 15 derart beweglich sind, dass, wenn sich der erste Triebkolben 8 des ersten Zylinders 14 an einer Position mit minimaler Distanz zu einem oberen Ende des ersten Zylinders 14 befindet, sich der zweite Triebkolben 9 im zweiten Zylinder 15 an einer Position mit maximaler Distanz zu einem oberen Ende des zweiten Zylinders 15 befindet
    und/oder
    - die Bewegungen der Druckkolben 20, 21 in ihrer jeweiligen Hydraulikeinheit 27, 28 so sind, dass, wenn sich der erste Druckkolben 20 an einer Position mit minimaler Distanz zu einem oberen Ende der ersten Hydraulikeinheit 27 befindet, sich der zweite Druckkolben 21 an einer Position mit maximaler Distanz zu einem oberen Ende der Hydraulikeinheit 28 befindet.
  3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Druckkolben 20 eine kleinere effektive Oberfläche als der erste Triebkolben 8 und/oder der zweite Druckkolben 21 eine kleinere effektive Oberfläche als der zweite Triebkolben 9 aufweist.
  4. Verbrennungsmotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste 27 und/oder die zweite Hydraulikeinheit 28 an dem Ende, das dem durch den ersten bzw. zweiten Drucckolben definierten Ende gegenüberliegt, durch einen ersten 22 bzw. zweiten in der jeweiligen Hydraulikeinheit 27, 28 beweglichen Abschlusskolben 23 verschlossen ist.
  5. Verbrennungsmotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste 27 und/oder die zweite Hydraulikeinheit 28 vom einen zum anderen Ende einen ersten Bereich definiert durch den Hubweg des jeweiligen Druckkolbens, einen zweiten Bereich definiert durch das Vorhandensein des jeweiligen Schaufelrads, und einen dritten Bereich nach dem Schaufelrad bis zum jeweiligen Abschlusskolben umfasst, wobei vorzugsweise der Querschnitt der ersten und/oder der zweiten Hydraulikeinheit 27, 28im ersten Bereich kleiner als im zweiten Bereich ist.
  6. Verbrennungsmotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das jeweils in den Hydraulikeinheiten 27, 28 vorhandene Schaufelrad 39, 40 sich konstruktiv eine Turbine in der jeweiligen Hydraulikeinheit 27, 28 ergibt, die die durch die Bewegung des Hydraulikfluids 31, 58 auf die Schaufeln 54 der Schaufelräder 39, 40 übertragene Kraft in eine rotatorische Hin- und Her-Bewegung der Schaufelradachsen 41, 42 überträgt, wobei das Hydraulikfluid 31, 58 die gebildeten Turbinen vorzugsweise wenigstens teilweise tangential durchströmt.
  7. Verbrennungsmotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsvorrichtung 44 einen ersten Freilauf 46 und einen zweiten Freilauf 47 umfasst, wobei die Außenseite des ersten Freilaufs 46 mit der Achse 41 des ersten Schaufelrads 39 und/oder die Außenseite des zweiten Freilaufs 47 mit der Achse 42 des zweiten Schaufelrads 40 wirkverbunden ist.
  8. Verbrennungsmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkverbindung zwischen der Außenseite des ersten Freilaufs 46 mit der Achse 41 des ersten Schaufelrads 39 und/oder die Wirkverbindung der Außenseite des zweiten Freilaufs 47 mit der Achse 42 des zweiten Schaufelrads 40 mittels einer Zahnradverbindung erfolgt.
  9. Verbrennungsmotor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseiten der Freiläufe 46, 47 jeweils mit der Welle 43 so verbunden sind, dass sie in derselben Richtung freilaufen bzw. sperren, so dass durch eine rotatorische Hin- und Herbewegung der Außenseiten der Freiläufe 46, 47 die Welle 43 in eine kontinuierliche Rotation versetzt wird.
  10. Verbrennungsmotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtheit aus erstem Zylinder 14 und erster Hydraulikeinheit 27 spiegelsymmetrisch zur Gesamtheit aus zweitem Zylinder 15 und zweiter Hydraulikeinheit 28 angeordnet ist.
  11. Verbrennungsmotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung der Bewegung des ersten 8 und zweiten Triebkolbens 9 mittels einer über ein Zahnrad 34 umgelenkten Kette 33 erfolgt.
  12. Verbrennungsmotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Triebkolben 9, 10 und/oder die Druckkolben 23, 24 parallel zueinander angeordnet sind.
  13. Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors nach einem der vorstehenden Ansprüche.
  14. Verwendung eines Verbrennungsmotors nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, Flugzeugs oder Schiffs.
  15. Kraftfahrzeug, Flugzeug oder Schiff, umfassend zumindest einen Verbrennungsmotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12.
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