DE19646754A1 - Allkraftstoffmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Allkraftstoffmotor der periodisch Wärmeenergie eines rasch verbrennenden oder explodierenden Gemisches fester, flüssiger oder gasförmiger Kraftstoffe mit Luft in nutzbare mechanische Energie umwandelt.

Bei herkömmlichen periodisch arbeitenden Explosionsmotoren werden feste, flüssige und gasförmige Kraftstoffe verwendet um nutzbare mechanische Energien zu erzeugen, wie bei diversen Kolbenhubmotorvarianten. Es gibt auch einige Brennkraftmaschinen-Sonderformen auf die nicht speziell eingegangen wird, wie z. B. Turbinenluftstrahltriebwerke, Gasturbinen und Brennkammern für Raketen, die kontinuierlich arbeiten.

Bei den klassischen Kolbenmotoren Otto und Diesel wird im ge­ schlossenen Raum der Kraftstoff gezündet, und dadurch mechanische Energie erzeugt. Diese Motoren bestehen gewöhnlich aus den Grundbauteilen, wie Zylinder und Kolben mit Pleuel­ stange, Zylinderkopf mit Steuerungsteilen, und Kurbeigehäuse mit der Kurbeiweile. Diese Verbrennungsmotore arbeiten nach einen Grundprinzip, wo der Kolben am oberen Totpunkt des Zylinders durch Drehung der Kurbelwelle den Kolben mit Ver­ bindung der Pleuelstange nach dem unteren Totpunkt des Zylinders befördert. Hierbei wird ein Luft-Kraftstoffgemisch oder nur Luft über das Einlaßventil in dem Zylinderraum angesaugt. Bei weiterer Drehung wird das Gemisch oder die Luft Komprimiert bis der obere Totpunkt wieder erreicht ist. Dort wird das Gemisch durch Selbstzündung oder Fremdzündung zur Verbrennung oder Explosion gebracht. Falls nur Luft komprimiert wurde, wird vor der Verbrennung oder Explosion noch der Kraft­ stoff zugeführt, wie z. B. durch Direkteinspritzung. Durch die Explosion des Kraftstoffgemisches wird nun eine mechanische Kraft über den Kolben zur Pleuelstange und Kurbelwelle in eine rotierende Bewegung umgesetzt. Durch Drehung der Kurbeiweile wird der Kolben im Zylinder immer von oberen zum unteren Tot­ punkt oder umgekehrt bewegt, wobei er die Abgase über ein Aus­ laßventil ausstößt, und wieder von neuen Kraftstoff ansaugen kann, und dadurch eine periodische Drehbewegung aufgebaut wird. Diese Arbeitstakte können in zwei oder Viertakt Motoren verwendet werden.

Durch die Verbindung des Kolbens mit der Kurbelweile wird der Wirkungsgrad dieser Motoren stark herabgesetzt, und eine Einschränkung von Möglichkeiten der mechanischen Drehbewegung ist hierdurch festgelegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen periodisch arbeitenden Allkraftstoffmotor zu entwickeln, der die vorge­ nannten Nachteile verringert, durch weglassen der Kolben und Kurbelwelle mit der Pleuelstange, wird die Explosion direkt eine Druckkraft auf ein flüssiges Medium ausüben, und durch diese Druckerhöhung im flüssigen Medium kann eine mechanische Kraft erzeugt werden, oder diese Energie vom flüs­ sigen Medium wird gespeichert in einen Druckbehälter, aus dem dann kurzfristig oder nach längeren Zeitabschnitten eine Drehbewegung z. B. erzeugt wird, an einer, oder mehrere Steilen, auch Zeitversetzte Bewegungen währen möglich. Da die Explosions­ kräfte direkt in ein flüssiges Medium gespeichert werden, ist der Wirkungsgrad Höher als bei herkömmlichen Motoren, und es wird dadurch Kraftstoff eingespart. Das Explosionsgemisch wird durch Vorverdichtung den verschiedenen Kraftstoffen variabel angepaßt, mit geringe bis höhere Drücke im Verbrennungsraum eingebracht. Die Zeitabstände zwischen den Explosionen können kürzer als bei herkömmlichen Motoren durchgeführt werden, oder sie können bis auf eine Explosion abgesenkt werden, da­ durch wird die Umweitbeiastung geringer. Auch die Materialein­ sparung ist Aufgabe der Erfindung, was durch beseitigen von mechanischen Bewegungselementen erreicht wird, und die Reibung durch den Wegfall der mechanischen Elemente, wird geringer.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den kennzeichneten Teilen der zugehörigen Patentansprüche angegebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung geht nach Anspruch 1 von einem periodischen arbeitenden Allkraftstoffmotor aus, bei dem ein oder mehrere Zylinder mit Zylinderkopf, durch periodische innere Explosionen mittels Kraftstoff-Luft oder Sauerstoff-Gemisch eine Druckkraft auf ein flüssiges Medium ausüben, um nun mit der Energie des flüssigen Mediums nutzbare mechanische Energie zu erzeugen. Nach Anspruch 2 werden ein oder mehrere Zylinder mit Zylinder­ kopf die Explosionsdruckkraft über ein Rückschlagventil oder Kolbenventil in ein flüssiges Medium leiten, um dann mit der Energie des flüssigen Mediums nutzbare mechanische Energie zu erzeugen, dadurch wird der Motor vielfältiger anwändbar. Und beim Anspruch 3 sind ein oder mehrere Zylinder mit Zy­ linderkopf, die die Explosionsdruckkräfte auf ein gasförmiges Medium ausüben, um dann mit der Energie des gasförmigen Mediums nutzbare mechanische Energie zu erzeugen, oder wie bei Anspruch 2 wird die Explosion erst über ein Rückschlagventil oder ein Kolbenventil geleitet, um nutzbare Energie zu erzeugen, auch hierdurch kann der Erfindungsgegenstand umfangreicher angewendet werden.

Anhand der beigefügten Zeichnungen werden Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Allkraftstoffmotor nach Anspruch 1,

Fig. 2 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Allkraftstoffmotor mit Rückschlagventil nach Anspruch 2,

Fig. 3 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten Allkraftstoffmotor mit Kolbenventil nach Anspruch 2.

Gemäß Fig. 1 wird in einem geschlossenen Raum 4, für den keine besondere Form vorgesehen ist, ein flüssiges Medium 7 durch gleichzeitiges öffnen der Auslaßventile im Zylinderkopf 2 und im obersten Bereich des geschossenen Raums 4, mit der Ver­ bindung des Zylinders 1 und seiner unteren Öffnung zum geschlos­ senen Raum 4, der mindestens ein Einlaßventil 5 aufweist, das die ein Rückschlagventil ein flüssige Medium 7 nur in einer Richtung leitet, und mit einen Vorratsbehälter mit drucklosen flüssigen Medium 7 verbunden ist. Das flüssige Medium 7 liegt am Einlaßventil 5 mit einen Eigendruck an, wobei der Eigendruck des Mediums 7 durch die Anbauhöhe des Vorratsbehälters sowie Größe über dem Explosionsmotor bestimmt wird. Das flüssige Medium 7 wird ohne Luftpolster oder Luftpuffer in den geschlos­ senen Raum 4 eingeleitet. In oder am geschlossenen Raum 4 wer­ den ein oder mehrere Zylinder 1 mit Zylinderkopf 2 mit ihrer Öffnung in Richtung zur Schwerkraft, oder Vertikal ausgerichtet, befestigt, um das Kraftstoffgemisch im oberen Teil des Zylin­ ders 1 zu positionieren, oder der geschlossene Raum 4 wird weggelassen, und durch ein natürliches Gewässer ersetzt. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird mittels Gebläsedruck über flexible Leitungen von der Wandung des geschlossenen Raums 4 zu den geöffneten Einlaßventilen des Zylinderkopfs 2, in den Zylin­ der 1 geleitet, bis das vorbestimmte Explosionsvolumen im Zylin­ der 1 erreicht ist, nun werden die Einlaßventile geschlossen, und gleichzeitig wurde der Teil des Medium 7 aus der unteren Öffnung des Zylinders 1 gedrückt, der dem Volumen des Explosionsraumes entsprach, ein Teil des Mediums 7 verbleibt im unteren Abschnitt des Zylinders 1.

Nun wird das Explosionsgemisch mittels Fremdzündung oder Eigenzündung gezündet, durch die Explosion wird eine Druck­ kraft auf das flüssige Medium 7 ausgeübt, so das es aus dem un­ teren Teil des Zylinders 1 gedrückt wird, und dabei das Eingags­ ventil 5 schließt, das Medium 7 wird mit einen Teil der Verbren­ nungsgase über mindestens ein Auslaßventil 6 das nur in einer Richtung das Medium 7 leiten kann, aus dem geschlossenem Raum 4, zu mindestens einen Laufrad, oder bei linearer Bewegung auf mindestens einen Kolben im Zylinder geleitet, wo nutzbare mechanische Energien erzeugt werden, bevor die Explosionskraft auf ein Laufrad oder Kolben wirkt, kann das flüssige Medium 7 über einen Druckbehälter geleitet werden, in dem ein Luft­ polster vorhanden ist, um die Explosionsstöße zu dämpfen, oder das flüssige Medium 7 im Druckbehälter zu speichern. Das Medium 7 wird weiter mit einen Teil der Verbrennungsgase zum Vorratsbe­ hälter geleitet, und durch wider öffnen der Auslaßventile im Zylinderkopf 2 und dem geschlossenen Raum 4 schließt sich das Aus­ laßventil 6, und es werden alle Verbrennungsgase aus dem Zy­ linder 1 und dem geschlossenen Raum 4 zum drucklosen Ausgleich­ behälter geleitet, und gleichzeitig kann über das Einlaßventil 5 neues Medium 7 einströmen, und der Kreislauf des flüssigen Mediums 7, und der erzeugten mechanischen Energie ist vollzogen.

Der Ausgang des Zylinders 1 kann mit einen Rohrbogen in Richtung zum Auslaßventil 6 und zusätzlich mit einer Düsenform versehen werden, und im Rohrbogen oder unteren Teil des Zylin­ ders 1 können Rückhalteelemente für das Medium 7 angebracht werden. Hierdurch wird die Explosionskraft zum Medium 7 unge­ hindert weitergeleitet, aber das Medium 7 kann nicht so schnell durch die Schrägsteilung von Blechringen in Richtung des Aus­ ganges des Zylinders 1, z. B. 45 Grad, durch Turbulenzbildung, den Zylinderraum 1 erreichen, was für die Steuerung und den Ablauf des Explosionsprozeß günstig ist, so das eine Saug­ wirkung am Einlaßventil 5 entsteht. Für die Zylinder 1 ist keine besondere Form vorgeschrieben, es kann auch z. B. die Kugelform gewählt werden, und auch der geschlossene Raum 4 kann alle Aufgaben oder Abläufe wie voran beschrieben von den Zylinder 1 mit Zylinderkopf 2 übernehmen. Der Zylinderkopf 2 hat die Funktion wie bei Otto und Dieselmotor Einlaß und Auslaß­ ventile, sowie bei Fremdzündung eine Zündeinrichtung oder bei Selbstzündung eine Glüheinrichtung aufzunehmen. Die Steuerung der Ventile und Zündzeitpunkt werden durch eine elektronische Zeitsteuerung vorgenommen. Es ist auch möglich wie bei herköm­ mlichen Motoren, eine Nockenweile zu verwenden die mit einen Elektromotor mit Getriebe eine vorher festgelegte Drehzahl aufweist, an der Nockenweile werden weiterhin alle notwendigen Schaltvorgänge w.z. B. für den Zündzeitpunkt befestigt, um ein Justieren der Steuerung mit Hilfe der voran beschriebenen elektronischen Zeitsteuerung zu realisieren. Die Luft oder das Luftgemisch werden mittels Gebläse zu Einlaßventile befördert, es können Abgase aus, und ein Unterdruck im geschlossenen Raum 4, und Zylinder 1 mittels Sauggebläse über Auslaßventile ver­ stärkt werden. Beim Startvorgang können die Gebläse und die elektronisch Zeitsteuerung mit Batterie betrieben werden, bis ein Generator diese Aufgabe übernimmt. Die Wärmeentwicklung durch die Explosion, wird durch das Medium 7 abgeführt, und kann über eine Kühleinrichtung absorbiert werden. Die zusammen­ geführten Abgase aus dem drucklosen Vorratsbehälter werden wie bei herkömmlichen Motoren über eine Abgaseinrichtung ins Freie geleitet. Alle Funktionen des Zylinderkopf 2 können auch vom Zylinder 1 getrennt werden, und an einen entfernten Ort instal­ liert werden, von dort aus wird über Leitungen zum Zylinder 1 mittels Einlaßventile oder Auslaßventile und elektrisch oder elektronisch der Zylinder 1 gesteuert.

Die Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäß ausgebildeten Allkraft­ stoffmotor nach Anspruch 2 mit der Änderung gegenüber des An­ spruchs 1, das der Zylinder 1 mit Zylinderkopf 2 mit einen Rück­ schlagventil 3 am unteren offenen Teil des Zylinders 1 versehen wird, und dadurch der Zylinder 1 von unten geschlossen wird, und den Explosionsraum vom flüssigen Medium 7 trennt.

Die Befestigung des Rückschlagventils 3 wird mittels Federkraft erreicht. Und diese Zylinder 1 werden genauso wie beim Anspruch 1, an oder im geschlossenen Raum 4 befestigt, oder der geschlos­ sene Raum 4 wird weggelassen, und durch ein natürliches Gewäs­ ser ersetzt, der technische Ablauf des geschlossenen Raums 4 wird auch hier wie bei der Fig. 1 beschrieben angewendet, und der Zylinderkopf 2 hat auch hier die Funktionen wie bei Fig. 1. Der Zylinder 1 wird über Einlaßventile mittels Gebläse mit Kraftstoff-Luft-Gemisch gefüllt, dann werden die Einlaßventile geschlossen, und das Kraftstoffgemisch wird mittels Eigen oder Fremdzündung zur Explosion gebracht. Durch die Explosion des Kraftstoff-Gemischs wird über das Rückschlagventil 3, und dem flüssigen Medium 7 des geschlossenen Raums 4 und Auslaßventil 6 eine Kraft auf mindestens einen Laufrad oder mindestens einen Kolben durchgeführt, und gleichzeitig werden Abgase der Explosion zum Vorratsbehälter geleitet. Nach der Explosion werden Auslaßventile des Zylinders 1 geöffnet, und diese Abgase werden durch Sog oder Druckluft zum Vorratsbehälter geleitet, nach der Schließung der Auslaßventile wird über Einlaßventile neues Kraftstoff-Luft-Gemisch eingeleitet, und der Kreislauf ist hergestellt.

Bei dieser Ausführungsvariante können auch die Zylinder 1 durch Halbkugeln ersetzt werden, wo die Explosions­ kräfte zwischen den Halbkugeln entweichen, es ist auch möglich die Zylinder 1 der Ausführungsvarianten der Fig. 2 und 3 den geschlossenen Raum 4 von außen durchlaufen zu lassen. Diese Zylinder 1 werden außerhalb des geschlossenen Raum 4 mit Kraft­ stoffgemisch gefüllt und auch die Abgase entfernt, diese Zylin­ der 1 werden kontinuierlich im geschossenen Raum 4 positioniert, und dann gezündet.

Die Fig. 3 zeigt einen erfindungsgemäß ausgebildeten Allkraft­ stoffmotor nach Anspruch 2 mit einer weiteren Änderung gegen­ über den Anspruchs 1, in der Form das der Zylinder 1 mit Zylin­ derkopf 2 mit einen Kolbenventil 3a im Zylinder 1 versehen wird. Das Kolbenventil 3a hat die Aufgabe wie auch das Rückschlag­ ventil 3, den Explosionsraum vom flüssigen Medium 7 zu trennen. Die Zylinder 1 werden wie die voran beschriebenen Lösungen an oder im geschlossenen Raum 4 befestigt, oder der geschlossene Raum 4 kann auch hier weggelassen werden, und durch ein natür­ liches Gewässer ersetzt werden, der Ablauf im geschlossenen Raum 4 und des Zylinderkopfs 2 wird auch wie voran beschrieben angewendet. Der Zylinder 1 wird über Einlaßventile mittels Ge­ bläse mit Kraftstoff-Luft-Gemisch gefüllt, wobei das Kolbenven­ til 3a sich vom Zylinderkopf 2 zur unteren Öffnung des Zylinders 1 bewegt, bis das vorbestimmte Explosionsvolumen erreicht ist, dabei wurde gleichzeitig vom Kolbenventil 3a das flüssige Medium 7 aus der unteren Öffnung des Zylinders 1 um das Volumen des Explosionsraumes gedrückt. Nun werden die Einlaßventile geschlossen, und das Kraftstoffgemisch wird ge­ zündet. Durch die Explosion wird eine Druckkraft auf das Kolben­ ventil 3a ausgeübt, das die Energie zum flüssigen Medium 7 wei­ terleitet in der Form das daß flüssige Medium 7 im Zylinder 1 nach unten gedrückt wird, und über Auslaßventil 6 wie beim An­ spruch 1 mechanische Energien durch ein Laufrad oder Kolben erzeugt, danach gelangt das flüssige Medium 7 zum Vorratbehäl­ ter. Nach der Explosion werden die Auslaßventile des Zylinders 1 geöffnet, wodurch die Abgase durch Sog und der Aufwärtsbewe­ gung des Kolbenventils 3a und das öffnen des Einlaßventils 5 mit dem anliegenden Eigendruck des flüssigen Mediums 7 aus dem Vorratsbehälter, entfernt. Nach Schließung der Auslaßventile wird über die geöffneten Einlaßventile neues Kraftstoffgemisch in den Zylinder 1 geleitet, so das auch bei dieser Ausführung­ variante der Kreislauf der Motortätigkeit abgeschlossen ist. Die Explosion des Kraftstoffgemischs darf bei der voran beschriebenen Lösung nicht so stark sein, das daß Kolbenventil 3a aus der unteren Zylinder 1 Öffnung geschleudert wird, bei stärkeren Explosionen, oder ohne geschlossenen Raum 4 wird an der unteren Öffnung des Zylinders 1 eine Feder befestigt, um das Kolbenventil 3a vom verlassen des Zylinders 1 zu hindern, oder über dem Kolbenventil 3a werden Öffnungen in die Zylinder­ wandung 1 angebracht, wo das Kolbenventil 3a den untersten Be­ reich des Zylinders 1 erreicht, nun kann die Explosionsdruck­ kraft über diese Öffnungen in den geschlossenen Raum 4 gelangen, um von hier aus mechanische Energie zu erzeugen, dann wird mit den Federdruck und Sog über geöffnete Auslaßventile das Kolben­ ventil über diese Öffnungen zum Zylinderkopf 2 bewegt.

Nach Anspruch 3, wird gegenüber den Ausführungsformen der An­ sprüche 1 und 2 folgendes geändert, das flüssige Medium 7 wird mit einen gasförmigen Medium 7 ausgetauscht, oder falls der ge­ schlossene Raum 4 von den Ansprüchen 1 und 2 nicht benötigt wird, kann als natürliches gasförmiges Medium 7 Luft verwendet werden.

Bezugszeichenliste

1

Zylinder

2

Zylinderkopf

3

Rückschlagventil

3

a Kolbenventil

4

geschlossener Raum

5

Einlaßventil

6

Auslaßventil

7

Medium

Claims (3)

1. Allkraftstoffmotor der Wärmeenergie periodisch in Zylinder mit Zylinderkopf durch innere Explosionen eines Kraftstoff- Luft-Gemisch, zu nutzbare mechanische Energie umwandelt, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Zylinder 1 mit Zylinderkopf 2, durch periodische innere Explosionen mittels Kraftstoff-Luft-Gemisch eine Druckkraft auf ein flüssiges Medium ausüben, um nun mit der Energie des flüssigen Mediums nutzbare mechanische Energie zu erzeugen.

2. Allkraftstoffmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Zylinder 1 mit Zylinderkopf 2 die Explosions­ druckkraft über ein Rückschlagventil 3 oder Kolbenventil 3a in ein flüssiges Medium leiten, um dann mit der Energie des flüssigen Mediums nutzbare mechanische Energie zu erzeugen.

3. Allkraftstoffmotor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Zylinder 1 mit Zylinderkopf 2, die die Explosions­ druckkräfte auf ein gasförmiges Medium ausüben, um dann mit der Energie des gasförmigen Mediums nutzbare mechanische Energie zu erzeugen, oder wie bei Anspruch 2 wird die Explosion erst über ein Rückschlagventil 3 oder ein Kolbenventil 3a geleitet, um nutzbare mechanische Energie zu erzeugen.