DE19624257A1 - Motor mit bogenförmigem Kolben - Google Patents

Description

Hintergrund und Gebiet der Erfindung

Gegenstand der Erfindung ist ein Verbrennungsmotor mit bogenförmigem Kolben und spezieller ein Antriebsmotor mit bogenförmigem Kolben, dessen Abtrieb durch eine Turbine verstärkt ist, die innerhalb des ringförmigen Zylinders des Motorblockgehäuses des bogenförmigen Kol­ bens angeordnet ist.

Die vorliegende Erfindung beinhaltet einen kombi­ nierten ringförmigen Motor mit Kolben und Turbine. Bei dem entweder als Zweitakt- oder als Viertaktmotor ausge­ bildeten Motor wird die Bewegung eines bogenförmigen Kolbens, der entlang eines bogenförmigen Weges innerhalb des ringförmigen Zylinders 1 oszilliert, über die Ver­ bindungsstange 13 als eine Kurbeleinheit in die drehende Ausgangsbewegung des Schwungrandes 11 umgewandelt. Eine Radial-Gasturbine 15 ist in der Öffnung in der Mitte des ringförmigen Zylinders angeordnet. Je nach Sichtweise ist mit der Ausgangswelle 10 des den Bogenkolben 7 aufweisen­ den Motors oder mit der Gasturbinenwelle 17 eine lei­ stungserhöhende Einheit verbunden. Im Ergebnis weist der turboverstärkte ringförmige Kolbenmotor einen wesentlich verbesserten thermischen Wirkungsgrad auf.

Im Hinblick auf die Vorzüge der vorliegenden Erfin­ dung sind vor allem das reduzierte Gewicht und Volumen des Zylinders pro Pferdestärke zu nennen. Der Hub des bogenförmigen Kolbens ist länger als der herkömmlicher Kolbenmotoren, weil der Zylinder bogenförmig ist. Dies ergibt infolge der Verbesserung der Effizienz bei der Luftfüllung eine perfekte Verbrennung. Deshalb ist der Abgasausstoß wesentlich reduziert. Die Motorhöhe ist verringert und infolge der Erhöhung der abgegebenen Energie ist die Kraftstoffausnutzung verbessert. Zusätz­ lich sind die Produktionskosten infolge des einfachen Aufbaus reduziert und Sicherheit und Dauerhaftigkeit sind ebenfalls exzellent.

Die vordringlicheren und wichtigeren Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sind obenstehend erläutert worden, damit die folgende Beschreibung der Erfindung besser verständlich wird und damit der vorliegende Bei­ trag zur Technik voll gewürdigt werden kann. Zusätzliche, hiernach beschriebene Merkmale der Erfindung bilden den Gegenstand der Ansprüche der Erfindung. Dem Fachmann ist ersichtlich, daß die Konzeption und die hier speziell geoffenbarte Ausführungsform auf einfache Weise als Basis zur Modifikation oder zur Gestaltung anderer Bauformen zur Ausführung desselben Zweckes der vorliegenden Erfin­ dung genutzt werden kann. Außerdem kann der Fachmann erkennen, daß solche äquivalenten Konstruktionen von dem Geist und dem Umfang der Erfindung, wie sie in den An­ sprüchen festgelegt ist, nicht abliegen.

Zum besseren Verständnis des Wesens und der Aufgaben der Erfindung wird auf die folgende detaillierte Be­ schreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf einen erfin­ dungsgemäßen Zweitaktmotor der Bauart mit ringförmigem Zylinder ist;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht gemäß Linie A-A in Fig. 1 ist;

Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht ist, die den Betriebszustand von Fig. 2 veranschaulicht;

Fig. 4 eine teilweise vergrößerte Querschnittsan­ sicht gemäß der Linie B-B in Fig. 1 ist;

Fig. 5 eine schematische Querschnittsdarstellung ist, die den erfindungsgemäßen Viertaktmotor mit ringför­ migem Zylinder veranschaulicht;

Fig. 6 eine Draufsicht auf Fig. 5 ist;

Fig. 7 eine ebene Querschnittsdarstellung ist, die ein anderes Ausführungsbeispiel der hie- und rückwirken­ den Verbindungseinrichtung veranschaulicht.

Fig. 8 eine schematische Querschnittsdarstellung ist, die ein anderes Ausführungsbeispiel des Spülan­ schlusses/Ventiles des Auspuffes und des ringförmigen Zylinders veranschaulicht.

In den verschiedenen Darstellungen der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen durchgängig gleiche Teile.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsform

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen turboverstärkten Motor mit ringförmigem Zylinder. Bei diesem Motor wird Kraftstoff/Luft-Gemisch oder lediglich Luft in den ringförmigen Zylinder gefüllt und unter Verwendung eines bogenförmig ausgebildeten Kolbens kom­ primiert (oder es wird Kraftstoff in komprimierte Luft eingespritzt) und dann gezündet und verbrannt. Das ver­ brannte Gas, das eine hohe Temperatur und einen hohen Druck aufweist, beaufschlagt die Stirnfläche des bogen­ förmigen Kolbens, was die hin- und hergehende Bewegung auf bogenförmigem Weg innerhalb des ringförmigen Zylin­ ders ergibt. Um diese Bewegung in eine Drehbewegung umzuwandeln, ist ein Ende der Verbindungsstange mit dem bei der mittleren Seitenwand des bogenförmigen Zylinders angeordneten Befestigungszapfen verbunden, während das andere Ende mit einem Befestigungszapfen des Schwungrades verbunden ist. Im Ergebnis wird in dem turboverstärkten Motor mit ringförmigem Zylinder Leistung erzeugt.

Allgemein ist ein konventioneller Kolbenmotor dahin­ gehend nachteilig, daß er ein großes Volumen und Gewicht pro Pferdestärke aufweist, daß er eine große Höhe auf­ weist und daß er aufgrund der hohen Auspuffverluste eine geringe thermische Effizienz aufweist. Wenn die Motorhöhe zu niedrig bemessen wird, wird der wirksame Hub des Kolbens reduziert und es ergibt sich eine unvollständige Verbrennung, gefolgt durch unsaubere Abgase.

Eine vordringliche Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung ist es, die vorgenannten Probleme konventioneller Kolbenmotoren zu lösen. Dies wird erreicht, indem das Brennstoff/Luft-Gemisch oder lediglich Luft in den ring­ förmigen Zylinder geladen, unter Verwendung eines bogen­ förmigen Kolbens komprimiert (oder Kraftstoff in die komprimierte Luft eingespritzt) und dann gezündet und verbrannt wird. Das verbrannte Gas mit hoher Temperatur und hohem Druck beaufschlagt die Stirnfläche des bogen­ förmigen Kolbens, was eine hin- und hergehende Bewegung auf bogenförmigem Weg innerhalb des ringförmigen Zylin­ ders ergibt. Um diese Bewegung in eine Drehbewegung zu wandeln, ist ein Ende der Verbindungsstange mit einem bei der mittleren Seitenwand des bogenförmigen Zylinders angeordneten Befestigungszapfen verbunden, während das andere Ende mit dem Befestigungszapfen des Schwungrades verbunden ist. Es wird so Leistung erhalten. Die Schaf­ fung eines solchen turboverstärkten Motors mit ringförmi­ gem Zylinder ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Bei der vorliegenden Erfindung wird Luft oder ein Kraftstoff/Luft-Gemisch in den ringförmigen Zylinder geladen. Nach Verdichtung durch den bogenförmigen Kolben (oder Kraftstoffeinspritzung in die komprimierte Luft) treibt das gezündete und verbrannte, und sich dann schnell expandierende Verbrennungsgas mit hoher Tempera­ tur/hohem Druck den bogenförmigen Kolben mit Kraft ent­ lang des bogenförmigen Weges des ringförmigen Zylinders, der darin hin- und hergeht. Um diese Bewegung in eine drehende Ausgangsbewegung zu wandeln, ist ein Ende der Verbindungsstange (Pleuel) durch die mittlere Seitenwand des bogenförmigen Zylinders hindurch mit dem Befesti­ gungszapfen verbunden, während das andere Ende mit dem Befestigungszapfen des Schwungrades verbunden ist. Es wird dann innerhalb des Zylinders erzeugte Wärmeenergie in mechanische Energie umgewandelt. Die Ein- und Auslässe werden durch eine Ventileinheit geöffnet und geschlossen, die von der Schwungradwelle angetrieben ist, und der bogenförmige Kolben vollführt einen Zweitakt- oder einen Viertaktzyklus. In der relativ großen Öffnung in der Mitte des ringförmigen Zylinders ist eine konventionelle Radial-Gasturbine angeordnet, wodurch ein Hybridmotor geschaffen wird, indem die Bewegungsenergieumsetzung einer Gasturbine mit einer volumetrischen Druckenergie­ umsetzung eines Zweitakt- oder Viertaktmotors kombiniert wird. Deshalb ist die thermische Effizienz wesentlich verbessert und der wirksame Hub des bogenförmigen Kolbens ist infolge der Ringform des Zylinders erhöht, was das Ansaugen einer großen Luftmenge erleichtert und eine nahezu perfekte Verbrennung und ein sauberes Abgas er­ gibt. Zusätzlich reduzieren eine hohe Leistungsabgabe das Gewicht und das Volumen pro PS, die Motorhöhe ist ver­ ringert, wenn er in ein Automobil eingebaut wird, und außerdem sind solche Eigenschaften wie Schmierung, Kraft­ stoffausnutzung, Dauerhaftigkeit, Sicherheit und ähn­ liches alle verbessert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des erfin­ dungsgemäßen Zweitaktmotors. Fig. 2 ist eine Quer­ schnittsdarstellung gemäß der Linie A-A in Fig. 1. Fig. 3 ist eine schematische Querschnittsdarstellung, die den Betriebszustand von Fig. 2 veranschaulicht. Fig. 4 ist eine teilweise vergrößerte Querschnittsdarstellung gemäß Linie B-B von Fig. 1.

Der ringförmige Zylinder 1 ist von der geteilten Bauart und weist durch Schrauben befestigte Flansche auf. Mit der oberen Zylinderkammer 1 ist eine mit einem Ventil 2 in dem Spülkanal versehene Trennwand 3 verbunden (oder das Ventil 2 und der Spülkanal 2 können in der oberen Kammer Zylinders 1 ausgebildet sein, wie in Fig. 8 ver­ anschaulicht ist) . Die Verbrennungskammer 4 für das Gas und eine Einlaß/Verdichtungskammer 5 für Luft sind ent­ sprechend in der linken bzw. rechten Seite der Trennwand 3 ausgebildet. An der Verbrennungskammer 4 für Gas sind die Einspritzpumpe 23 für Brennstoff und eine Zündkerze 24 angeordnet, und das Lufteinlaßventil 25 ist in der Seitenwand der Einlaß/Verdichtungskammer 5 für Luft angeordnet. Der Schmierölablauf 6 und der Schmierölkanal 6′ sind bei der Mittellinie des bogenförmigen Kolbens 7 eingerichtet, der in den Ringzylinder eingesetzt ist. Um die hin- und hergehende bogenförmige Bewegung des Bogen­ kolbens 7 zu ermöglichen, erstreckt sich der Befesti­ gungszapfen 9 an der Mitte der Seitenwand des Zylinders 1 durch die bogenförmige Führungsöffnung 8, die in der Seitenwand ausgebildet ist. Der Zapfen ist mit einem Ende der äußeren Verbindungsstange 13 verbunden und das andere Ende der Verbindungsstange ist mit dem Befestigungszapfen 12 (Kurbelzapfen) des Schwungrades 11 der Ausgangswelle 10 verbunden. In der Öffnung des ringförmigen Zylinders 1 ist die konventionelle Radial-Gasturbine 15 bspw. unter Verwendung einer Anzahl von Bolzen angeordnet, um sie an dem Flansch 1′ des Zylinders 1 zu sichern, wie in den Querschnittsdarstellungen in Fig. 4 und 7 veranschaulicht ist. Der Auslaßkanal 16 ist betriebsmäßig mit dem Flügel­ rad 26 der Gasturbine 15 verbunden. Der Auslaßkanal ist um den unteren Totpunkt des Bogenkolbens 7 herum inner­ halb des Ringzylinders 1 angeordnet, wie in Fig. 3 darge­ stellt ist. Das Hauptrad 14 ist mit einem Ende der Aus­ gangswelle 10 verbunden und das Schwungrad 11 ist an dem gegenüberliegenden Ende der Ausgangswelle gesichert. Eine Freilaufkupplung 22, die an der Seitenwand des angetrie­ benen Rades 21 angeordnet ist, ist um die Gasturbinen­ welle 17 drehbar und durch die Druckkraft der Feder 20 belastet, und sie steht mit der Kupplung 19 an der Sei­ tenwand des Antriebszahnrades 18 an dem Ende der Gastur­ binenwelle 17 in Eingriff, wie Fig. 1 zeigt. Die Kraft­ stoffeinspritzpumpe 23 und die Zündkerze 25 sind wir­ kungsmäßig in der Verbrennungskammer für Gas angeordnet. In der inneren Wand der Lufteinlaß/Verdichtungskammer 5 ist an der rechten Seite ein automatisches Lufteinlaßven­ til 25 installiert und es kann, falls erforderlich, eine konventionelle Ventilöffnungs/Schließeinheit mit dem in Fig. 8 veranschaulichten Kipphebel 52 installiert werden.

Die Wirkungsweise des vorgenannten Zweitaktmotors kann mit Bezug auf die Fig. 1, 2 und 3 wie folgt be­ schrieben werden. Wenn die linksseitige Stirnseite des auf bogenförmigem Weg hin- und hergehenden Bogenkolbens 7 den Hub zur Luftverdichtung beginnt, führt die rechts­ seitige Stirnseite einen Lufteinlaßhub durch. Somit werden das Lufteinlaßventil 25 automatisch geöffnet und das Ventil 2′ des in dem Abschnitt 3 vorgesehenen Spülka­ nales 2 automatisch geschlossen. Wenn der Bogenkolben 7 die Luft komprimiert, wird, bis er den oberen Totpunkt des Hubes in der Verbrennungskammer 4 erreicht, die Betätigung der Kraftstoffeinspritzpumpe 23 und der Zünd­ kerze 24 eingeleitet, was die Verbrennung von niedrig siedendem und/oder niederoktanigem Öl, wie Benzin, verur­ sacht, und dann erzeugt ein heißes Verbrennungsgas mit hohem Druck die auf die Stirnfläche des Bogenkolbens 7 ausgeübte Kraft, womit der Arbeitshub beginnt. Der Auslaß 16′ öffnet, wenn die Stirnfläche des den Arbeitshub ausführenden Bogenkolbens 7 den unteren Totpunkt seines Hubes in der Verbrennungskammer 4 erreicht. Das in dieser befindliche Abgas wird ohne jeden Kühlvorgang, wie er in dem Auspuffkrümmer eines konventionellen Motors statt­ findet, gegen das Flügelrad 26 der Radial-Gasturbine 15 gerichtet. Somit ist die Energieausnutzung des Abgases hoch. Folglich ermöglicht die hohe Auslaßgeschwindigkeit des Abgases, daß die Gasturbinenwelle 17 mit hoher Dreh­ zahl in der durch den Pfeil (Fig. 2) bezeichneten Rich­ tung dreht. Wenn der Motor weiter in dieser Weise arbei­ tet, gelangt Abgasenergie in die Turbine 15 und treibt das Flügelrad 26, wobei es sich verlangsamt, was den konventionellen Abgasverlust vermindert. Dies verbessert die Wärmeausnutzung des erfindungsgemäßen Motors.

Weil der Druckinhalt der Verbrennungskammer 4 zu dem Zeitpunkt, wann das Abgas durch den Auslaß 16′ ausgelas­ sen wird, plötzlich abzufallen beginnt, veranlaßt die Druckdifferenz zwischen der komprimierten Luft in der Lufteinlaß/Verdichtungskammer 5 und dem Gas in der Ver­ brennungskammer 4, das Ventil 2′ des Spülkanales 2 zu öffnen. Die komprimierte Luft wird zügig in die Verbren­ nungskammer abgegeben und spült durch den Auslaßkanal 16, womit nur saubere Luft innerhalb des Zylinders 1 ver­ bleibt. Der Befestigungszapfen 9, der in der Mitte der Seitenwand des Bogenkolbens 7 angeordnet ist, führt durch die Außenseite, so daß er entlang der bogenförmigen Führungsöffnung 8 gleitet, die in der Seitenwand des Zylinders 1 ausgebildet ist. Die Verbindungsstange 13 ist mit einem Ende an dem Befestigungszapfen 9 befestigt. Der Befestigungszapfen des Schwungrades 11 ist mit dem anderen Ende der Verbindungsstange 13 verbunden. Diese Anordnung wandelt die bogenförmige Oszillationsbewegung des Bogenkolbens 7 innerhalb des Ringzylinders 1, um die Abtriebswelle 10 zu drehen. Es wird somit keine Kurbel­ welle verwendet, wie sie in dem konventionellen Kolbenmo­ tor erforderlich ist. Der Kompressionshub erfolgt in der Verbrennungskammer für Gas an der linken Seite des Bogen­ kolbens 7, während das Lufteinlaßventil 25 automatisch öffnet, und zur gleichen Zeit findet ein Lufteinlaßhub an der rechten Seite in der Lufteinlaß/Verdichtungskammer 5 statt.

Andererseits ist das Hauptrad 14, um die Leistung des Motors mit Bogenkolben 7 mit der Leistung der Radial-Gasturbine 15 zu kombinieren, drehfest an der Ausgangswelle 10 gesichert, wohingegen das mit der Kupp­ lung 19 versehene treibende Zahnrad 18, wie in Fig. 1 dargestellt, an der Gasturbinenwelle 17 gesichert ist. Jedoch leitet die Freilaufkupplung 22 des getriebenen Rades 21, das frei um die Welle 17 dreht, die Leistung der Ausgangswelle 10 zusätzlich ein, wenn die Feder 20 die Kupplung 19 in Eingriffsrichtung spannt. Die Leistung der Gasturbine 15 ist dann wesentlich erhöht, weil die Leistung des Hauptrades 14 bspw. über einen Keilriemen zusätzlich zu dem treibenden Zahnrad 18 übertragen wird.

Wie oben beschrieben, hat der von der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Hybridmotor mit der erhöhten gesamten Wärmeausnutzung von 50 bis 60% eine bessere Leistung im Vergleich zu einem konventionellen Kolbenmo­ tor (Wärmeausnutzung von 30 bis 40%), weil die individuellen Arbeitsspiele des Motors mit Bogenkolben 7 und des Gasturbinenmotors 15 miteinander kombiniert sind. Diese verbesserte Leistung kann dadurch verursacht sein, daß der Spülluftfluß in Richtung des Abgasauslasses erfolgt und daß die Spülwirkung verläßlich ohne Vermi­ schung von Abgas mit Frischluft stattfindet. Außerdem ist, weil der Hub des bogenförmigen Kolbens 7 in der Lufteinlaß/Verdichtungskammer 5 an der rechten Seite eher lang ist, wenn sich der bogenförmige Kolben 7 an der linken Seite von dem oberen Totpunkt der Verbrennungs­ kammer 4 innerhalb des Ringzylinders 1 nach unten bewegt, die Zeit verfügbar, die zum effektiven Abbrennen des Gases erforderlich ist.

Der lange Hub des Bogenkolbens 7 in der Luft­ einlaß/Verdichtungskammer 5 gestattet bei der vorliegen­ den Erfindung das Einlassen einer großen Luftmenge. Die von der rechten Stirnseite des Bogenkolbens 7 verdichtete Luft geht durch den Spülkanal 2 und strömt mit hohem Druck in die Verbrennungskammer 4 an der linken Seite. Dies ergibt ein weiches Auslassen von Abgas, eine hohe Luftfüllrate und eine vollständigere Verbrennung, was die Abgabe schädlicher Substanzen, wie Kohlenmonoxid und unverbrannte Kohlenwasserstoffe, wesentlich vermindert. Darüber hinaus sichert die Verbindung eines konventionel­ len Laders mit der Gasturbinenwelle 17 die Lieferung von Luft hoher Dichte zu dem Lufteinlaßventil 25 und somit werden die Luftfüllung und die Ausgangsleistung des Motors wesentlich erhöht.

Schmieröl, dessen Mischungsverhältnis 15 : 1 oder 20 : 1 beträgt, wenn es mit dem Kraftstoff eingespritzt wird, und das von dem Ölabstreifring 27 des Bogenkolbens 7 gesammelt wird, fließt entlang des Schmierölkanales 6 an der Kolbenmittellinie, passiert den Schmierölablauf 6 und den Schmieröleinlaß 28, der in dem Ringzylinder 1 ausge­ bildet ist, und tropft dann in den konventionellen Öl­ sumpf 49, wie in Fig. 8 gezeigt ist.

Wie in Fig. 8 veranschaulicht ist, wird durch das Wegschneiden eines Bodenabschnittes des Ringzylinders 1 und die Ausbildung eines U-förmigen Zylinders ein Kühl­ effekt erhalten und ein Teil des Führungskanales wird überflüssig.

Fig. 7 veranschaulicht eine ebene Querschnittsdar­ stellung eines anderen Ausführungsbeispieles des kom­ binierten Motors mit Gasturbine und Bogenkolben mit erhöhter Ausgangsleistung. Um die beiden Drehabtriebe miteinander zu verbinden, die unterschiedliche Drehzahlen haben, nämlich eine an der Gasturbinenwelle 17 und die andere an der Ausgangswelle 10 des Motors mit Bogenkolben 7, ist das Hauptrad 21′ an der Turbinenwelle 17 befestigt und es ist eine Differential-Kegelradeinheit 45 mit dem passiven Rad 14′ verbunden, das an der Schwungradwelle 10 des Motors mit Bogenkolben 7 drehfest gesichert ist. Die seitlichen Zahnräder 47, 47′ (Planeten) sind von einer an der Kegelrad-Differentialgetriebeeinheit 45 befestigten Welle 48 getragen und rotieren um diese, und sie sind von dem Ritzel 46 angetrieben, das mit der Ausgangswelle 10 verbunden ist.

Diese seitlichen Zahnräder erhöhen die gesamte, drehend abgegebene Ausgangsleistung, indem sie zusätzlich Leistung der Turbinenwelle 17 auf die Ausgangswelle 10 übertragen. Angenommen, daß die Drehzahl der Gasturbinen­ welle 17 zu der der Motorausgangswelle 10 identisch ist, arbeiten die seitlichen Zahnräder nicht und laufen wie ein einziger Körper um, der das Ritzel 46 begleitet. Ein Unterschied der Drehzahlen ergibt jedoch eine Differenz­ bewegung der seitlichen Zahnräder 47, 47′. Dies bedeutet, wenn die Kegelraddifferentialeinheit 45 schneller rotiert als die Motorausgangswelle, daß die seitlichen Zahnräder 47, 47′ sich dann um das Ritzel 46 bewegen und automa­ tisch um die Achse 48 drehen. Weitere, zur Ausübung eines Drehmomentes auf die seitlichen Zahnräder 47, 47′ vor­ gesehene Mittel zur Steuerung der Drehmomentübertragung zwischen der Ausgangswelle 10 und der Differentialeinheit 45 sind nicht veranschaulicht.

Oben ist ein Zweitaktmotor beschreiben, bei dem ein Arbeitszyklus mit zwei Hüben des Kolbens (einer Drehung der Schwungradwelle) durch Kombination des Einlaß- und Verdichtungshubes mit dem Arbeits- und Auspuffhub beendet ist.

Nachfolgend sind der Aufbau und der Betrieb eines erfindungsgemäßen Motors mit Viertaktzyklus (Einlaß-, Kompressions-, Arbeits- (Verbrennungs-) und Auspuffhub) beschrieben. Der Kürze wegen wird eine wiederholte Be­ schreibung der Teile vermieden, die ebenfalls in den Fig. der Zweitaktmaschine dargestellt sind.

Fig. 5 ist eine schematische Querschnittsdarstel­ lung, die den erfindungsgemäßen Viertaktmotor mit ring­ förmigem Zylinder veranschaulicht, und Fig. 6 ist eine Draufsicht auf Fig. 5. Zwischen der rechten und der linken Stirnfläche des Bogenkolbens 7 sind zwei Verbren­ nungskammern für Gas ausgebildet. Die Trennwand 3 teilt den oberen Teil des Ringzylinders wie dargestellt. Die Auspuffkanäle 37, 37′ gehen entsprechend durch den oberen Abschnitt der Kammer, um gegen das Flügelrad 26 der Gasturbine 15 auszulassen. Die Einlässe 34, 34′ für Brennstoff/Luft-Gemisch öffnen sich in zwei Verbrennungs­ kammern und sind in dem Zylinderblock untergebracht. Das Auslaßventil 35 und das Einlaßventil 31 ist jeweils in dem Eintritt zu den Auslaßkanal 37 bzw. in dem Ausgang des Einlasses 34 an der linken Seite angeordnet. Diese Ventile werden mittels des Auslaßnockens 36 und des Einlaßnockens 32 geöffnet und geschlossen, die mit der Welle 33 des Steuerkettenrades 41 (Fig. 6) verbunden sind, das über eine Kette angetrieben ist. Das Auslaßven­ til 35′ und das Einlaßventil 31′ ist jeweils entsprechend in dem Eingang des Auslaßkanales 37′ und in dem Ausgang des Einlaßkanales 34′ angeordnet, der in die Verbren­ nungskammer für Gas zur Rechten führt. Diese Ventile öffnen und schließen mittels des Auslaßnockens 36′ und des Einlaßnockens 32′, der mit der Welle 33′ des Steuer­ kettenrades 39′, 40′ verbunden ist. Weil der Durchmesser des Steuerkettenrades 39 zweimal so groß ist wie der des Steuerkettenrades 38, das mit der Ausgangswelle 10 ver­ bunden ist, wird mit zwei Umdrehungen der Ausgangswelle 10 ein vollständiger Viertaktzyklus einschließlich des Einlassens, Verdichtens, Arbeitens und Ausstoßens ausge­ führt.

Das Ansaugen ist der erste Hub des Arbeitszyklus. In der rechten Zylinderkammer ist das Einlaßventil 31′ offen und das Auslaßventil 35′ ist geschlossen. Wenn sich die rechtsseitige Stirnfläche des Bogenkolbens 7 auf dem oberen Totpunkt nach unten zu dem unteren Totpunkt be­ wegt, strömt Kraftstoff/Luft-Gemisch durch den Einlaßka­ nal 34′ und dann in die Zylinderkammer in dem Zylinder 1. Das Einlaßventil 31′ schließt sich, kurz nachdem die rechte Stirnfläche des Bogenkolbens 7 begonnen hat, sich nach oben zu bewegen.

In dem folgenden Hub wird das Kraftstoff/Luft-Ge­ misch verdichtet. Gleichzeitig ist der Zylinder 1 ganz nach außen abgedichtet, weil das Auslaßventil 35 bereits geschlossen ist. Wenn das Gemisch, wenn sich die Stirn­ seite des Bogenkolbens 7 nach oben bewegt, verdichtet wird, erhöhen sich sowohl die Temperatur als auch der Druck. Kurz bevor der Bogenkolben 7 den oberen Totpunkt erreicht, wird das Gemisch durch die Zündkerze 24′ gezün­ det. Damit ist eine Umdrehung (360 Grad) der Ausgangs­ welle 10 mit zwei Hüben oder einem Hin- und Hergehen des Bogenkolbens 7 durchgeführt.

Beide Ventile 31′, 35′ bleiben während des Arbeits­ hubes geschlossen. Kurz vor dem Beginn des Arbeitshubes ist das Gemisch durch die Zündkerze 24′ gezündet worden. Es explodiert und erhöht den Druck in dem Zylinder 1. Diese Druckerhöhung ergibt eine Kraft, die gegen die Stirnfläche des Bogenkolbens 7 ausgeübt wird. Die Kraft wird über die Verbindungsstange 13 auf das Schwungrad 11 übertragen, was einen umlaufenden Abtrieb ergibt.

Das Auslaßventil 35′ öffnet sich (das Einlaßventil bleibt geschlossen) gerade bevor die Stirnseite des Bogenkolbens 7 den unteren Totpunkt des Arbeitshubes erreicht. Wenn der Bogenkolben 7 beginnt, sich nach oben zu bewegen, wird das Verbrennungsgas durch den Auslaßka­ nal 37′ und gegen das Flügelrad 26 der Radial-Gasturbine 15 gedrückt, wobei es die Gasturbinenwelle 17 veranlaßt, mit hoher Drehzahl zu rotieren. Wenn die Stirnseite des Bogenkolbens 7 den oberen Totpunkt erreicht hat, schließt das Auslaßventil 35, das Einlaßventil 31 öffnet und der vorgenannte Einlaßhub beginnt wieder. Damit sind die vier Takte: Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Auslassen des Bogenkolbens 7 beendet und die Ausgangswelle 10 des Schwungrades 11 vollführt zwei Umdrehungen (720 Grad).

Deshalb führt ein erfindungsgemäßer Viertaktmotor in beiden Verbrennungskammern des Ringzylinders 1 an beiden durch die Trennwand 3 getrennten Seiten unabhängig vier Takte des Bogenkolbens 7 aus. Dies entspricht in der Funktion einem Zweizylindermotor des herkömmlichen Vier­ taktkolbenmotors. Daraus wird ersichtlich, daß viele Zylinder miteinander kombiniert und zusätzlich instal­ liert werden können, falls es erforderlich ist, wenn die Seitenwand des Ringzylinders des erfindungsgemäßen Motors eben ausgebildet ist.

Bei der Umsetzung der vorliegenden Erfindung kann ein Generator mit der Gasturbinenwelle 17 oder mit der Abtriebswelle 10 verbunden werden. Elektroenergie des Generators wird verwendet, um Wasser mittels Elektrolyse zu zersetzen, um Wasserstoff (H₂) zu erzeugen, der zu einem Sammeltank geleitet wird. Wenn eine kleine Menge dieses Wasserstoffkraftstoffes eingespritzt und mit dem flüssigen Brennstoff zur Zündung des Kraftstoffes oder des verdichteten Gemisches in der Stufe gezündet wird, wenn der Bogenkolben 7 in dem Ringzylinder 1 den oberen Tot­ punkt erreicht, wird die Zündung erleichtert, es erhöht sich die Ausgangsleistung und die Verbrennung schädlicher Substanzen wie Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe ist verbessert. Dies ergibt einen kraftstoffsparenden und schadstofffreien Motor.

Ein anderes Beispiel der Verwendung des erfindungs­ gemäßen Motors ist das folgende: In dem in Fig. 8 ver­ anschaulichten Auslaßkanal 16 wird eine Venturi-Einheit 50 ausgebildet und ein zweiter Lufteinlaß 51, der mit der Umgebung verbunden ist, ist in dem zentralen Abschnitt der Venturi-Einheit (Strahlpumpe) angeordnet. Dann ver­ ursacht die Erhöhung der Abgasgeschwindigkeit bei dem zweiten Lufteinlaß 51 einen sekundären Druck, wobei entsprechend der Abgasmenge eine große Menge dieser Sekundärluft erzeugt wird, und somit ergibt sich eine Wiederverbrennung schädlicher Substanzen, wie bspw. Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen, in den Abgasen hoher Temperatur.

Das Sammeln auf diese Weise erzeugter elektrischer Energie in einer Batterie und anschließendes Führen des Automobiles mit dem Motor macht übliche Verlangsamungs­ mittel und die Kupplung überflüssig und außerdem ist die Energieausnutzung des gesamten Fahrzeuges erhöht. Wenn das Schwungrad mit einem daran befestigten Zahnkranz mittels eines konventionellen Anlassers gedreht wird, wenn der erfindungsgemäße Motor gestartet wird, gleitet der mit der Befestigungsstange 13 und dem Bogenkolben 7 verbundene Befestigungszapfen 9 entlang der an der Sei­ tenwand des Zylinders 1 ausgebildeten Führungsöffnung 8 und es wiederholt sich die hin- und hergehende Bewegung auf bogenförmigem Weg, was das Anlassen erleichtert.

Der oben beschriebene, mit einer Turbine kombinierte Motor mit Ringzylinder weist ein geringes Volumen und Gewicht pro Pferdestärke auf, hat eine exzellente Lei­ stung, eine geringe Motorhöhe und geringe Abgasenergie­ verluste und reduziert die Abgase schädlicher Substanzen durch perfekte Verbrennung wesentlich.

Ein Motor weist einen ringförmigen Zylinder auf, der um eine Öffnung herum ausgebildet ist und einen hin- und hergehend in dem ringförmigen Zylinder angeordneten Bogenkolben aufweist, wobei in dem Ringzylinder eine Trennwand angeordnet ist, die den Ringzylinder in eine Lufteinlaß- und Kompressionskammer und in eine Verbren­ nungskammer teilt, so daß beim Hin- und Hergehen des Bogenkolbens eine der Kammern expandiert, während die andere Kammer ihr Volumen vermindert. In der Öffnung kann eine konventionelle Gasturbine angeordnet sein, wobei die drehend abgegebene Leistung des Bogenkolbenmotors zu der drehend abgegebenen Leistung der Gasturbine addiert wird.

Bezeichnungen von Hauptteilen bzw. Einheiten, die in den Figuren veranschaulicht sind

Claims (8)

1. Zweitaktmotor mit:

einem Motorblock mit einem ringförmigen Zylinder, der um eine Öffnung herum ausgebildet ist;
einem in dem Ringzylinder hin- und hergehend an­ geordneten Bogenkolben;
einer innerhalb des Ringzylinders gesicherten Trennwand, die den Ringzylinder in eine Lufteinlaßver­ dichtungskammer und eine Gasverbrennungskammer teilt, so daß im Betrieb beim Hin- und Hergehen des Bogenkolbens eine der Kammern ihr Volumen vergrößert, während die jeweils andere Kammer ihr Volumen vermindert;
einem Spülkanal (2) mit einem Ventil (2′), das in der Trennwand zur betriebsmäßigen Steuerung der Strömung komprimierter Luft in die Gasverbrennungskammer aus der Lufteinlaßverdichtungskammer ausgebildet ist;
einem Auslaßkanal, der in der Gasverbrennungskammer zum betriebsmäßigen Auslassen des Abgases ausgebildet ist;
einem Lufteinlaßkanal, der ein Ventil (25) enthält, das in der der Trennwand benachbarten Lufteinlaßverdich­ tungskammer ausgebildet ist, um Luft in die Lufteinlaß­ verdichtungskammer zu liefern;
einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung (23), die in der Gasverbrennungskammer angeordnet ist;
einer Zündkerze (24), die in der Gasverbrennungs­ kammer angeordnet ist;
einem Befestigungsstift, der mit dem Bogenkolben verbunden ist und sich durch eine in dem Ringzylinder ausgebildete, bogenförmige Öffnung (8) erstreckt;
einer Verbindungsstange (13), die ein erstes Ende (13A) und ein zweites Ende (13B) aufweist, wobei das erste Ende (13A) drehbar an dem Befestigungszapfen (9) gesichert ist; und mit
einem Schwungrad (11), das drehfest mit der Aus­ gangswelle verbunden ist, wobei das zweite Ende der Verbindungsstange betriebsmäßig mit dem Schwungrad derart verbunden ist, daß im Betrieb beim Zünden der Zündkerze ein Kraftstoff/Luft-Gemisch in der Gasverbrennungskammer gezündet wird, wobei sich schnell ausdehnende Verbren­ nungsprodukte bilden, die den in dem Ringzylinder an­ geordneten Bogenkolben unter Kraftbeaufschlagung gleitend in dem Ringzylinder bewegen, wobei Luft in der Luftein­ laßverdichtungskammer komprimiert wird, was das Ventil des Spülkanales veranlaßt, zu öffnen, und wodurch kom­ primierte Luft veranlaßt wird, in die Gasverbrennungs­ kammer zu strömen, und wodurch sich außerdem der Bogen­ kolben in dem Ringzylinder bewegt und den Auslaßkanal freigibt, wodurch den sich ausdehnenden Verbrennungs­ produkten gestattet wird, durch den freigegebenen Aus­ puffkanal mit einem Anteil der in die Gasverbrennungs­ kammer strömenden, komprimierten Luft ausgelassen zu werden, die dabei die Verbrennungsprodukte durch den offenen Auslaßkanal ausschiebt, wobei der Befestigungs­ zapfen die Verbindungsstange veranlaßt, das Schwungrad zu drehen, wobei bei weiterer Drehung des Schwungrades der Bogenkolben in einer entgegengesetzten Richtung in dem Ringzylinder bewegt wird, wobei das Luftgemisch in dem Verdichtungszylinder komprimiert wird und Luft in Vor­ bereitung des Kraftstoffeinspritzens und der Zündung durch das Lufteinlaßventil (25) in die Lufteinlaß/Kom­ pressionskammer angesaugt wird.

2. Motor nach Anspruch 1, bei dem die Öffnung eine Radial-Gasturbine enthält, die darin gesichert ist und ein drehfest an einer Gasturbinenwelle (17) montiertes Turbinenrad aufweist, wobei die Gasturbinenwelle recht­ winklig zu der Ebene des Ringzylinders ausgerichtet ist und wobei der Auslaßkanal betriebsmäßig derart angeordnet ist, daß die Abgase im Betrieb aus dem Auslaßkanal strö­ men und das Turbinenrad und die Gasturbinenwelle ver­ anlassen, sich zu drehen;
wobei zu der Ausgangswelle (10) und der Gasturbi­ nenwelle jeweils eine Riemenscheibe (14 bzw. 21) gehören, die miteinander drehungsmäßig verbunden sind, so daß im Betrieb die Drehung der Riemenscheibe (14) und der Rie­ menscheibe (18) aneinander gebunden sind, um insgesamt eine Drehung der Gasturbinenwelle zu veranlassen, und mit einem Kupplungsmittel, das betriebsmäßig an der Gasturbinenwelle angeordnet ist, um die Drehung der Gasturbinenwelle mit einer Kraftübertragung zu kuppeln.

3. Viertaktmotor mit:

einem Motorblock mit einem um eine Öffnung ausge­ bildeten Ringzylinder,
einem in dem Ringzylinder hin- und hergehend an­ geordneten Bogenkolben,
einer innerhalb des Ringzylinder angeordneten Trennwand (8), die den Ringzylinder in eine erste Kammer mit variablem Volumen und eine zweite Kammer mit einem variablen Volumen derart trennt, daß beim Hin- und Herge­ hen des Bogenkolbens abwechselnd das Volumen einer der Kammern betriebsmäßig vergrößert wird, während sich das Volumen der anderen Kammer vermindert;
einem ersten (37) und einem zweiten (37′) Auslaßka­ nal, der der Trennwand benachbart angeordnet ist, um im Betrieb Abgase zu entlassen, wobei jeder Kanal (37, 37′) durch ein Ventil (35, 35′) gesteuert ist;
einem ersten (34) und einem zweiten (34′) Einlaßka­ nal zum Liefern von Kraftstoff/Luft-Gemisch in jede Verbrennungskammer, wobei jeder Kanal (34, 34′) durch jeweils ein Ventil (31, 31′) gesteuert ist;
einer Zündkerze (24), die in der ersten und der zweiten Kammer angeordnet ist;
einem Befestigungszapfen (9), der betriebsmäßig an dem Bogenkolben gesichert ist und sich durch eine bogen­ förmige Öffnung (8) erstreckt, die in dem Ringzylinder ausgebildet ist;
einer Verbindungsstange (13) mit einem ersten Ende (13A) und einem zweiten Ende (13B), wobei das erste Ende (13A) drehbar an dem Befestigungszapfen (9) gesichert ist, und
einem Schwungrad (11), das an einer Ausgangswelle drehfest gesichert ist, wobei das zweite Ende der Ver­ bindungsstange betriebsmäßig mit dem Schwungrad derart verbunden ist, daß beim Zünden der ersten Zündkerze der ersten Kammer Kraftstoff/Luft-Gemisch der ersten Kammer gezündet wird und schnell sich ausdehnende Verbrennungs­ produkte bildet, die den in dem Ringzylinder angeordneten Bogenkolben gleitend in dem Ringzylinder verschieben, wobei sich das Volumen der ersten Kammer vergrößert, wonach das zweite Auslaßventil geöffnet wird, um das Aus lassen der Verbrennungsprodukte durch den zweiten offenen Auslaßkanal zu gestatten, wenn der Bogenkolben das Volumen der zweiten Kammer vermindert und das Schwungrad und die Ausgangswelle dreht, und wobei der Bogenkolben bei weiterer Drehung des Schwungrades (11) in seiner Bewegung innehält und die Bewegungsrichtung wech­ selt, so daß das Volumen der ersten Kammer beginnt, sich zu vermindern, wobei das erste Auslaßventil öffnet, um das Auslassen der Verbrennungsprodukte durch den ersten offenen Auslaßkanal zu gestatten, wobei sich das Volumen der zweiten Kammer vergrößert, und der zweite Einlaßkanal öffnet, wodurch Kraftstoff/Luft-Gemisch in die zweite Kammer gelassen und das Schwungrad und die Ausgangswelle weitergedreht wird, wobei der Kolben in seiner Bewegung innehält und die Bewegungsrichtung ändert, so daß das Volumen der ersten Kammer beginnt, sich zu vergrößern, wobei das erste Auslaßventil schließt und der erste Einlaßkanal öffnet und es einem Kraftstoff/Luft-Gemisch gestattet, in die erste Kammer zu strömen, und wobei das Volumen der zweiten Kammer beginnt, sich zu vermindern, wodurch das Kraftstoff/Luft-Gemisch komprimiert wird und die zweite Zündkerze das Kraftstoff/Luft-Gemisch zündet, wodurch schnell sich ausdehnende Verbrennungsprodukte in der zweiten Kammer gebildet werden, die den in dem Ring­ zylinder angeordneten Bogenkolben in dem Ringzylinder verschieben, so daß sich das Volumen der zweiten Kammer vermindert und der erste Einlaßkanal geschlossen wird, um dem Kraftstoff/Luft-Gemisch in der ersten Kammer zu gestatten, in Vorbereitung der Zündung komprimiert zu werden.

4. Motor nach Anspruch 3, bei dem die Öffnung eine Radial-Gasturbine enthält, die darin gesichert ist, und ein drehfest an einer Gasturbinenwelle (17) gesichertes Turbinenrad aufweist, wobei die Gasturbinenwelle recht­ winklig zu der Ebene des Ringzylinders gerichtet ist, und wobei der Auspuffkanal so angeordnet ist, daß die Abgase aus dem Abgaskanal das Turbinenrad der Gasturbine ver­ anlassen, sich zu drehen;
wobei die Ausgangswelle (10) und die Gasturbinen­ welle jeweils außerdem eine drehfest gehaltene Riemen­ scheibe (14 bzw. 21) aufweisen, so daß die Drehung der Riemenscheibe (14) und der Riemenscheibe (17) aneinander gebunden sind, um eine ganz von der Gasturbinenwelle herrührende Drehung zu liefern, und mit Kupplungsmitteln, die an der Gasturbinenwelle an­ geordnet sind, um die Drehung der Gasturbinenwelle optio­ nal mit einem Kraftübertragungsmittel zu kuppeln.

5. Motor nach Anspruch 1 oder 3, bei dem eine Venturidüse ausgebildet und der zweite Lufteinlaß in den Auslaßkanälen (37, 37′) und dem Auslaßkanal (16) angeord­ net ist.

6. Motor nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Ringzylinder zur Verbesserung der Kühlung des Bogenkol­ bens etwa U-förmig ausgebildet ist.