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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Rotationsmotor, und
genauer auf eine Brennkraftmaschine, in welcher um eine Kolbenanordnung fortgesetzt
bzw. kontinuierlich innerhalb einer toroidalen bzw. kreisförmigen Kammer
umläuft.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Die
herkömmliche
Technologie für
Brennkraftmaschinen ist der Hubkolbenmotor, welcher sich über eine
Periode bzw. Zeitdauer von etwa 125 Jahren entwickelt hat und verfeinert
wurde. Diese Art von Motor ist jedoch Gegenstand einer Anzahl von
weitgehend erkannten strengen Begrenzungen und Zwängen beim
Energieerzeugungs-Wirkungsgrad.
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Der
Hubkolbenmotor erzeugt keine Rotationsbewegung mit einem konstanten
Drehmomentarm, sondern verwendet eher eine Nockenwelle, um eine
hin- und hergehende Bewegung eines Kolbens in eine Rotations- bzw.
Drehbewegung umzuwandeln, mit dem begleitenden Nachteil eines variablen Drehmomentarms,
welcher drastisch in dem oberen toten Mittelbereich bzw. oberen
Totpunktbereich des Kolbens reduziert ist bzw. wird, wenn eine Verbrennung
beginnt. Das Resultat ist ein Mangel an Drehmoment und Leistung
und eine Reduktion der Motorleistung bzw. des Motorwirkungsgrads.
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Viele
Versuche wurden unternommen, um einen arbeitsfähigen "toroidalen Kolbenmotor" herzustellen, welcher
drehende bzw. kreisende Kolben aufweist, welche auf einer zentralen
Scheibe montiert bzw. angeordnet sind, um den gewünschten
konstanten Drehmomentarm zu erzeugen. Beispiele dieser Art sind
zu finden U.S. Patenten 4,035,111 (Cronen, Sr.); 4,242,591 (Harville);
4,683,852 (Kypreos-Pantazis); 4,753,073 (Chandler); 5,046,465 (Yi); 5,203,297
(Iversen); und 5,645,027 (Esmailzadeh).
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In Übereinstimmung
mit allen Positivverschiebungs-Verbrennungsmotoren muß der toroidale Motor
Mittel einbeziehen, um sowohl die Ansaugladung bzw. -füllung zu
verdichten bzw. zu komprimieren und um die heißen expandierenden Gase aufzunehmen,
welche durch eine Verbrennung erzeugt bzw. generiert werden. In
Einhaltung dieses Prinzips haben frühere Erfinder von toroidalen
Motoren üblicherweise
Vorkehrungen für
eine gewisse Art von "Ventilen" getroffen, um den
Pfad bzw. Weg des sich vorwärts
bewegenden Kolbens abzufangen bzw. zu unterbrechen, rückzuziehen
und es so dem Kolben zu erlauben zu passieren, um dann hinter dem
Kolben zu schließen.
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Auf
diese Weise wird die Ansaugfüllung
zwischen dem sich vorwärts
bewegenden Kolben und dem seinen Weg blockierenden Ventil komprimiert. Die
komprimierte Füllung
bzw. Beladung wird dann in eine Verbrennungskammer abgeleitet bzw.
umgeleitet, das Ventil wird kurz geöffnet, um es dem Kolben zu
erlauben zu passieren, das Ventil schließt und die gezündeten Verbrennungsgase,
freigegeben von der Verbrennungskammer expandieren bzw. dehnen sich
zwischen dem geschlossenen Ventil und der zurückziehenden Hinterfläche des
Kolbens aus. Dementsprechend wird jeder Kolben auf einer kreisförmigen Umlaufbahn
angetrieben, sobald er durch die Ventilöffnung durchtritt.
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Meine
Studie des Standes der Technik, Experimente, welche ich durchgeführt habe,
und computergestützte,
thermodynamische Modellergebnisse haben mich dazu geführt zu schließen, daß der Grund,
warum keine (r) dieser Annäherungen
bzw. Zugänge
wirtschaftlich Erfolg erzielt hat, aus einem allgemeinen Versagen
herrührt,
ein fundamentales Problem zu adressieren, welches dem Betrieb von
toroidalen Motoren innewohnt, nämlich
den Verlust an Kompressions- bzw. Verdichtungspotential und dem Verlust
an Luftmasse, welcher zwischen der Vorderfläche eines Kolbens und einem
die toroidale bzw. ringförmige
bzw. kreisringförmige
Kammer beim Vorwärtsbewegen
dieses einen Kolben schneidenden Ventils auftritt, und gleichfalls
den Druckverlust, welcher zwischen der hinteren Fläche des
Kolbens und dem schneidenden Ventil hinter diesem Kolben auftritt.
Somit ist jene Luftmasse zwischen der sich vorwärts bewegenden Fläche eines
Kolbens und dem schneidenden Ventil, welche nicht in die Verbrennungskammer
geleitet wird, sondern in die toroidale Kammer entweicht, für die nützliche
Erzeugung von Arbeit "verloren".
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In
einem toroidalen Kolbenmotor dieser allgemeinen Art ist ein gewisser
Mechanismus erforderlich, um einen Ventilsitz vor und dann hinter
einem sich bewegenden Kolben zu öffnen
und zu schließen, um
die mechanische Energie, welche aus einer Verdichtung, Zündung und
Ausdehnung resultiert, zu gewinnen bzw. zu erhalten. Jeder derartige
Mechanismus wird eine bestimmte Menge an Zeit benötigen, um
zu öffnen
oder zu schließen,
und in diesem Ausmaß wird
sich der Kolben weiter in seiner winkeligen bzw. Winkeldrehbewegung
bewegt haben, um ein "verbleibendes
bzw. Restvolumen" (oder
gleichbedeutend "Totvolumen") zu erzeugen und
zu ver größern. Dieser
Effekt kann zu einem Verlust im Kompressions- bzw. Verdichtungsverhältnis, einem
Verlust an Luftmasse und einem begleitenden Verlust von Expansionsdruck
führen,
das in Folge in einer signifikanten Ineffizienz und einem Verlust
an Leistung bzw. Energie resultiert.
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Bisher
haben die Entwickler von toroidalen Motoren scheinbar unter der
Voraussetzung bzw. Annahme gewirkt, daß lediglich um den Pfad des
sich vorwärts
bewegenden Kolbens mit einem Ventil zu blockieren und die Ansaugladung
zu fangen, eine adäquate
Verdichtung erzeugen wird, ohne Verlust an Luftmasse und adäquater bzw.
ausreichender Druckbeaufschlagung der toroidalen Kammer. Frühere bekannte
Motoren bzw. Maschinen dieser Art haben jedoch niemals dieses gewünschte Resultat
erzielt, da jeder einen oder einen anderen schneidenden bzw. eingreifenden
Ventilöffnungs-
und -schließmechanismus
einsetzt bzw. verwendet, welcher zu langsam ist. Dies resultiert
in unannehmbar großen
Restvolumen, welche vor und hinter dem Ventil durch die sich schnell
bewegenden Kolben erzeugt werden.
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Als
ein spezifisches Beispiel offenbart das oben erwähnte Patent von Kypreos-Pantazis
eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine, in welcher der Mechanismus
zum Öffnen
und Schließen
der toroidalen Kammer vor und hinter einem Kolben trennende Wände umfaßt, welche
adaptiert sind, um sich radial einwärts und auswärts zu bewegen,
um den Toroid-Innenraum in Unterkammern zu unterteilen. Die Mittel
zum Zurückziehen
bzw. Entfernen der trennenden bzw. Trennwände, um den Durchtritt eines
Kolbens zu erlauben und sie danach wieder einzusetzen, ist typischerweise
eine Nocke, welche mechanisch mit der zentralen Abtriebs- bzw. Ausgabewelle des
Motors gekoppelt ist, um die Wände
periodisch von der Toroidkammer zu entfernen bzw. zurückzuziehen,
sobald die Wellen- und Kolbenanordnung rotiert, und Rückhol- bzw.
Rückstellfedern
zum Wiedereinsetzen der Wände
in die Toroidkammer.
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Ein
praktisches Problem damit und mit anderen ringförmigen Motoren des Standes
der Technik ist, daß ihre Öffnungs-
und Schließmechanismen
ein bedeutendes Restvolumen zwischen der Vorder- und Rückseite
des Kolbens erzeugen, was in einer gänzlich unzufriedenstellenden
Leistung resultiert. Ich habe thermodynamisches-mathematisches Modellieren
eingesetzt, um die Zwangsläufigkeit
des praktischen Versagens von toroidalen Motoren zu demonstrieren,
welche derartige Mechanismen verwenden. Der gesamte Stand der Technik,
der in der Patentliteratur beispielhaft erläutert ist, verwendet entweder
planare bzw. ebene, gleitende Ventile oder planare, rotierende Ventile,
für welche
erforderlich ist, daß sie
sich auf hin- und hergehende Weise aufgrund der Konfiguration des
Toroids bewegen. Bei den hohen, durch einen Motortakt erforderlichen
Umdrehungsgeschwindigkeiten, sind hin- und herbewegende Mechanismen
sehr schwierig zu dichten und zu warten.
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Das
gleiche thermodynamische mathematische Modellieren und Analyse enthüllten auch
eine überraschend
drastische Verbesserung in der Leistung von toroidförmigen Kolbenmotoren,
wofür die Restvolumina
bewerkstelligt wird, so klein wie möglich hergestellt zu werden.
In der Tat wäre
das Totvolumen idealerweise null, wobei sich jedoch als eine praktische
Tatsache der sich bewegende Kolben und das Ventil in seiner geschlossenen
Position niemals physikalisch kontaktieren dürfen.
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Die
praktische Schlußfolgerung
meiner Analyse ist, daß ein
toroidförmiger
Motor dieser allgemeinen Art nur brauchbar betriebsfähig wird,
wo das Volumen in der Kompressions- bzw. Verdichtungsphase des Takts (zwischen
dem Kolben und Ventil) physikalisch ausreichend reduziert ist, um
ein Verdichtungsverhältnis
zu erzeugen, welches sich dem Wert annähert, der in herkömmlichen,
sich hin- und herbewegenden bzw. Hubkolbenmotoren erzielt wird,
und der Verlust an Luftmasse minimiert ist bzw. wird, um einen mit
herkömmlicher
Motortechnologie vergleichbaren Wirkungsgrad zu erzielen. Dieses
Verhältnis liegt
bei einem SI-Motor typischerweise im Bereich von zwischen 8:1 und
12:1 oder im Fall des Dieselmotors bei ungefähr 18:1.
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Die
fundamental unterschiedliche Annäherung,
welche ich unternommen habe, um die Leistung von toroidförmigen Kolbenmotoren
dieser Art zu verbessern, ist, die Geometrie des Kammerabschnitts
bzw. -querschnitts zu ändern,
welcher zwischen Ventil und Kolben gebildet wird, um die Restvolumina
zu minimieren und dadurch die sehr signifikante Verbesserung der
Leistung zu erzielen, welche durch die Analyse von Modellen vorhergesagt
wurde. Aus diesem Grund beziehe ich mich auf meine Erfindung als
den "toroidförmigen Motor
mit variabler Geometrie" oder
VGT-Motor. Wie unten besprochen bzw. diskutiert wird, kann die oben
erwähnte
Geometrie variiert werden, indem ein drehendes Teller- bzw. Scheibenventil
mit einer Öffnung
eingesetzt wird, welche periodisch die toroidförmige Kammer schneidet bzw.
kreuzt und die Restvolumina zwischen Kolben und Ventil minimiert.
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In
einer ersten prinzipiellen Ausführungsform wird
die Reduktion der Restvolumina erzielt, indem die dreidimensionale
Gestalt bzw. Form des Kolbens an die Ventilöffnung an gepaßt wird.
Gemäß einer zweiten
prinzipiellen Ausführungsform
wird dies erzielt, indem ein Kolben vorgesehen bzw. zur Verfügung gestellt
wird, welcher mechanisch ausdehnbar und zusammenziehbar ist, um
die Restvolumina zwischen dem Kolben und dem Ventil genau bzw. unmittelbar
vor einem Öffnen
des Ventils und genau einem Schließen folgend zu minimieren.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist ein prinzipieller bzw. hauptsächlicher Gegenstand der Erfindung,
einen toroidförmigen
Motor zur Verfügung
zu stellen, in welchem die Restvolumina zwischen dem Kolben und
dem geschlossenen Scheibenventil minimiert sind bzw. werden, um überragende
Leistungscharakteristika zu erzielen.
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Es
ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung, einen toroidförmigen Kolbenmotor
zur Verfügung
zu stellen, bei welchem das Volumen zwischen Kolben und Ventil in
einer Kompressions- bzw. Verdichtungsphase des Arbeitstakts ausreichend klein
ist, um ein Verdichtungsverhältnis
von einem Wert zu erzeugen, welches sich dem in herkömmlichen
bzw. konventionellen Hubkolbenmotoren erzielten annähert.
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Es
ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung, einen wie
vorstehend erwähnten
Motor zur Verfügung
zu stellen, welcher reibungslos mit nahezu keiner Vibration laufen.
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Es
ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung, einen wie oben erwähnten Motor
zur Verfügung
zu stellen, welcher kompakt ist und welcher als ein Benzin- bzw.
Otto-Motor, wel cher nach dem Otto-Verfahren läuft, oder als ein Dieselmotor
gebaut werden kann, durch das Hilfsmittel eines Reduzierens des
Volumens einer Verbrennungskammer mit einem einstellbaren Gegenkolben
und eines Wechselns des Kraftstoffsystems auf Diesel-Kraftstoff.
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Es
ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung, einen effizienten,
pneumatisch angetriebenen Rotationsmotor zur Verwendung in Umgebungen,
wo eine Verbrennung unzulässig
gefährlich ist,
als einen Druckluftmotor zur Verfügung zu stellen, welcher ein
hohes Drehmoment bei geringer Drehzahl zur Verfügung stellt.
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Es
ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung, einen Rotationsmotor
zur Verfügung zu
stellen, welcher als ein Dampfmotor mit vergleichbarer oder überlegener
Leistung zu herkömmlichen Dampfturbinen,
aber bei signifikant niedrigeren Produktionskosten arbeiten kann.
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Es
ist weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung, einen effizienten
Rotationsmotor zur Verfügung
zu stellen, welcher mit einem geeigneten Einspritzsystem als ein
Motor gebaut werden kann, welcher durch die Verbrennung von Wasserstoff
betrieben wird.
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Mit
einem Blick auf ein Erreichen dieser Gegenstände und Überwinden der oben angeführten Nachteile
von Brennkraftmaschinen des Standes der Technik stellt die vorliegende
Erfindung einen Motor bzw. eine Brennkraftmaschine zur Verfügung, welche(r)
Kolben aufweist, welche durch eine toroidförmige Kammer mit nicht-kreisförmigem Querschnitt rotieren,
welche durch ein fortlaufend bzw. kontinuierlich drehendes Scheibenventil
bzw. Tellerventil durchschnitten wird, welches einen Verschluß-ähnlichen
Ausschnitt hindurch aufweist. Zwei gegenläufige Teller- bzw. Scheibenventile
können
verwendet werden, um die Öffnungs-
und Verschlußzeiten
noch weiter zu verringern.
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Die
Gestalt der Kolben, der Kammer, durch welche sich diese bewegen,
und der ausgeschnittene Abschnitt des fortlaufend rotierenden Scheibenventils
sind im Gegensatz zu Toroidkolbenmotoranordnung des Standes der
Technik mit einem Blick auf ein Minimieren des verbleibenden bzw.
Restvolumens entworfen, wodurch die Kompressionsverhältnisse
auf Niveaus verbessert werden, welche in der Praxis nützlich bzw.
verwendbar sind.
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Gemäß einer
ersten hauptsächlichen
Ausführungsform
der Erfindung sind bzw. werden die Restvolumina minimiert, indem
die Gestalt bzw. Form von jedem Kolben an die nicht kreisförmige Geometrie
des Toroids angepaßt
und die hintere und vordere Kante eines jedes Kolbens mit einer
dreidimensionalen Krümmung
ausgebildet wird, so daß die äußere Oberfläche von
jedem Kolben so nahe wie durchführbar
bzw. möglich
an den inneren Wänden
des Ventilausschnitts verbleibt, sobald der Kolben während eines
Betriebs des Motors durchtritt.
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Gemäß einer
zweiten hauptsächlichen
Ausführungsform
der Erfindung werden die Restvolumina minimiert, indem Kolben zur
Verfügung
gestellt werden, welche mechanisch in Übereinstimmung mit der Geschwindigkeit
des Durchtritts des Kolbens durch das Scheibenventil ausdehnbar
bzw. ausfahrbar und zurückziehbar
sind, um so die Restvolumina zu minimieren.
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Die
verschiedenen Vorteile und Eigenschaften bzw. Merkmale des VGT-Motors
gemäß der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung verständlich,
worin Bezug auf die Figuren in den beigefügten Zeichnungen genommen wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 und 1a sind
schematische Zeichnungen jeweils in einer Draufsicht bzw. einer
Teilausschnitts-Seitenaufrißansicht
der allgemeinen Anordnung von Komponenten bzw. Bauteilen in einem VGT-toroidförmigen Kolbenmotor
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 ist
eine End- bzw. Rückansicht
eines selektiv geformten Kolbens, welcher in einem Motor gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet werden kann, welche die nicht kreisförmige Umfangsumrißlinie bzw.
-kontur illustriert, wobei zwei konvexe Oberflächenabschnitte unterschiedliche
Krümmungsradien
aufweisen;
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3 isoliert
schematisch Details des Toroids, der Kolben und des flachen Scheibenventils
in einem VGT-Motor der Art, welche in 1 und 1a dargestellt
bzw. illustriert ist;
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4a, 4b und 4c sind
detaillierte Schnittansichten, welche sequentiell bzw. aufeinander
folgend den Durchtritt eines Kolbens durch den ausgeschnittenen
Abschnitt eines drehendes Scheibenventils in einem VGT-Motor gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigen, insbesondere die neuartige Krümmung eines Kolbens über seine
vordere und rückwärtige Fläche illustrieren;
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5 stellt
schematisch eine Variante des in dem VGT-Motor verwendeten Kolbens
dar, welcher mit einem sinusförmigen
Kolbenring für
ein verbessertes Dichten ausgestattet ist;
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6a bis 6c sind
schematische Darstellungen von verschiedenen alternativen Dichtungsanordnungen
für die
zentral drehende Scheibe, welche die Kolben trägt, und des Montierens bzw. Anordnens
eines Kolbens an der drehenden Scheibe in dem VGT-Motor von 1 und 1a;
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7a bis 7c illustrieren
schematisch bevorzugte Anordnungen für die Verbrennungskammer in
einem VGT-Motor gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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8 ist
eine schematische Illustration einer Ausführungsform der Erfindung, welche
drehende Verbrennungskammerventile einsetzt bzw. verwendet, welche
synchron mit dem Scheibenventil unter Verwendung eines Zahnriemens
oder Kettenantriebsanordnung arbeiten;
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9 illustriert
schematisch eine Verbrennungskammeranordnung für einen VGT-Motor, welcher
eine Mehrpunkt-Teilmengen-sequentielle Kraftstoffeinspritzung einsetzt;
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10a und 10b illustrieren
schematisch die Verwendung eines toroidförmigen Dual- bzw. Doppelradiuskolbens
in einem VGT-Motor, welcher vordere und rückwärtige Flächen bzw. Seiten aufweist,
welche durch Betätigung
eines zentral angeordneten Nockenmechanismus ausgedehnt bzw. ausgefahren
oder zurückgezogen
werden können;
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11a und 11b illustrieren
schematisch ein abgewandeltes, mechanisches Antriebssystem für einen
ausdehnbaren/zurückziehbaren
Kolben in einem VGT-Motor gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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11c illustriert schematisch ein abgewandeltes,
hydraulisches Antriebssystem für
einen ausdehnbaren/zurückziehbaren
Kolben in einem VGT-Motor gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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12a und 12b illustrieren
schematisch die Verwendung eines optionalen getrennten Ladedrucksystems
in Verbindung mit der toroidförmigen
Expansionskammer eines VGT-Motors;
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13a illustriert schematisch eine Anordnung, welche
einen direkten Verbrennungsventilantrieb verwendet;
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13b illustriert schematisch eine Gehäusedruckbeaufschlagung;
und
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13c illustriert schematisch eine Zentralschmierung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
grundlegenden, zusammenarbeitenden Komponenten des VGT-Motors gemäß der Erfindung sind
in den Ansichten von 1 bis 4c zu
ersehen.
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Der
Motor beinhaltet bzw. umfaßt
eine toroidförmige
Kammer 10, innerhalb welcher mehrere Kolben 12 übereinstimmend
bzw. gemeinsam rotieren bzw. drehen. Zwei, drei oder vier Kolben 12 sind
umlaufend bzw. in Umfangsrichtung und gleichwinkelig an einer Scheibe 14 mit
Hilfe von Schrauben oder Bolzen 11 montiert bzw. festgelegt. 3 stellt
eine "zerlegte" schematische Darstellung
bzw. Illustration der relativen Anordnung von toroidförmiger Kammer 10,
drehendem Scheibenventil 18 und Kolben 12 (drei
in der in den Zeichnungen illustrierten Ausführungsform) dar. Koaxial ausgerichtet
bzw. orientiert mit der Achse der toroidförmigen Kammer 10 ist
eine Antriebs- oder Abtriebs- bzw. Ausgabewelle 16 zum Liefern
eines durch den Motor entwickelten Drehmoments.
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Mein
neuartiger Mechanismus für
ein effektives Öffnen
und Schließen
eines Ventils vor und hinter einem bewegenden Kolben umfaßt ein kreisförmiges Teller-
bzw. Scheibenventil 18, welches einen ausgeschnittenen
Abschnitt 19 zum Hindurchtreten eines Kolbens aufweist.
Das Scheibenventil 18 ist auf einer getrennten, betätigenden
Welle 20 unter rech ten Winkeln zu der Achse der Ausgabewelle 16 montiert. Die
Rand- bzw. Kantenoberfläche 18' des Scheibenventils 18 ist
von einer konkaven Krümmung,
welche mit der Kreisförmigkeit
der sich drehenden Montagescheibe 14 übereinstimmt bzw. zusammenpaßt. Wie detaillierter
unten besprochen bzw. diskutiert wird, ist die Rotation bzw. Drehung
des Scheibenventils 18 mit der Drehbewegung der Kolben 12 synchronisiert.
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Eine
Kompression bzw. Verdichtung wird in dem VGT-Motor durch das zeitlich
festgelegte Schneiden bzw. Kreuzen der toroidförmigen Kammer 10 mit
dem drehenden Scheibenventil 18 erzielt. Ich habe herausgefunden,
daß ein
teilkreisförmiger
Ausschnitt in einer rotierenden bzw. drehenden Scheibe effektiv
bzw. wirksam als die Öffnung
für ein
drehendes bzw. rotierendes Ventil in einem toroidförmigen Motor
dienen kann, vorausgesetzt, dem toroidförmigen Querschnitt und den
Kolben wird eine "variable Geometrie" verliehen, welche
es dem Kolben und dem soliden bzw. festen Abschnitt des rotierenden Ventils
erlaubt, sich aneinander so nahe wie möglich anzunähern, ohne sich sowohl in der
Kompressions- als auch Expansions- bzw. Ausdehnungsphase zu berühren.
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Gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung besteht die "variable
Geometrie" im Anpassen
der Kolbenkontur an die toroidförmige
Kammer und den Scheibenventilausschnitt. Die Umfangsgestalt eines "Doppelradius"-toroidförmigen Kolbens
(und des Kammerquerschnitts, welcher den Kolben aufnimmt) ist in 2 illustriert
bzw. dargestellt. Die nächste
praktikable Annäherung
zum bündigen
Abdichten zwischen dem Kolben und dem Ventil, vorausgesetzt die
schneidenden bzw. kreuzenden, drehenden Bewegungen von Scheibe 14 und
Scheibe 18 in einer normalen Ebene, wird er zielt, indem
der Kolben mit einem gekrümmten
Innenseitenoberflächenabschnitt 12a,
welcher einen Radius R2 gleich dem Radius einer Krümmung der
rotierenden Scheibe 18 aufweist, und einem gekrümmten Außenseitenoberflächenabschnitt 12b von
einem kleineren Radius einer Krümmung
R1 übereinstimmend
mit der inneren Krümmung
der toroidförmigen Kammer 10 versehen
ist.
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Der
Oberflächenabschnitt 12', welcher den Oberflächenabschnitt 12a mit
dem Oberflächenabschnitt 12b verbindet,
kann parallele ebene Oberflächen
sein, wie in 2 illustriert wird, oder andernfalls
einwärts
konvergent bzw. zusammenlaufend, wie dies in 1a dargestellt
wird.
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Das "Abstimmen", welches besonders
beim Minimieren der Totvolumina unterstützt, wird jedoch durch ein
Ausbilden geeignet konturierter bzw. umrissener dreidimensionaler
Oberflächen
an den vorderen und rückwärtigen Flächen bzw.
Seiten von sowohl dem Kolben als auch dem Scheibenventil erzielt.
Dies wird am besten in den Ansichten von 4a bis 4c ersehen,
deren zeitlicher Ablauf detaillierter unten beschrieben ist. Um
die zwischen dem Kolben 12 und dem Scheibenventil 18 gebildeten
Restvolumina zu minimieren, sind die (vordere) Vorderfläche 12c des
Kolbens 12 und seine Rückseite
(hintere Fläche) 12d relativ
zu der Drehebene abgeschrägt
bzw. geneigt und dreidimensional gekrümmt, um jeweils mit der konvexen
Vorderkantenoberflächenkontur
und Hinterkantenoberflächenkontur 18a und 18b des
Scheibenventils 18 übereinzustimmen.
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Wie
in der in 1a und 1b gezeigten Ausführungsform
illustriert wird, beinhaltet der Motor eine Bypaß-Verbrennungskammer bzw. Umgehungs-Verbrennungskammer 21,
wo der Großteil
von komprimierter Luft gespeichert und mit eingespritztem Kraftstoff
verbrannt wird, während
ein Kolben 12 die Verbrennungskammer umgeht. Ein Verbrennungskammer-Einlaßventil 21a und
ein Verbrennungskammer-Austrittsventil 21b sind auch in
ihrem jeweiligen Öffnen
und Schließen
mit der Bewegung der Kolben 12 zum Öffnen und Schließen von
jeweiligen Transfer- bzw. Übergangsdurchtritten 21c und 21d synchronisiert,
welche die Verbrennungskammer mit der Zylinderkammer verbinden.
Diese Synchronisierung kann beispielsweise durch ein Hin- und Herbewegen
von verbindenden bzw. Verbindungsrollen 22a und 22b,
welche operativ mit einem Getriebe- bzw. Zahnrad 16a verzahnt
sind, welches an der Antriebswelle 16 festgelegt ist, durch
betätigende
bzw. Betätigungszahnräder 25a und 25b erfolgen.
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Der
grundlegende Arbeitstakt eines VGT-Motors ist analog zu jenem von
Hubkolbenmotoren. Der Kompressions- bzw. Verdichtungstakt wird durch
die Vorderfläche 12c des
Kolbens bewirkt und der Arbeitstakt bzw. Arbeitshub durch die Rückfläche 12d.
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In
den Figuren werden die Richtungen einer Bewegung des Kolbens und
des Scheibenventils jeweils durch Pfeile P und D angezeigt bzw.
angedeutet. 4a zeigt die Komponente direkt
bzw. unmittelbar nachfolgend auf eine Verdichtung, wobei sich die
Hinterkante 18b des Scheibenventils aus dem Weg des sich
vorwärts
bewegenden Kolbens 12 bewegt. Als nächstes im zeitlichen Ablauf
in 4b hat der Kolben 12 fast das Scheibenventil 18 durchtreten,
welches sich in dem Vorgang befindet, den Raum hinter Kolben 12 für den Arbeitshub
zu schließen.
In 4c ist das Scheibenventil geschlossen und die
Hochdruckverbrennungsgase dehnen sich in den Raum zwischen dem Scheibenventil 18 und
der Rückflä che 12d des
sich bewegenden Kolbens aus. Zusätzliche
Zündkerzen
können
in dem Durchtritt zu dem toroidförmigen
Zylinder angeordnet werden, wie bei 23a in 4a bis 4c und/oder
in der toroidförmigen
Kammer selbst, wie dies durch 23b angezeigt ist. Kraftstoff
kann auch in den Übergangsdurchtritt 21c oder
in die toroidförmige
Kammer stromaufwärts
der Verbrennungskammer eingespritzt werden. Luft zur Verbrennung
kann durch eine Öffnung 24a (1a)
auf der toroidförmigen
Kammer 10 durch ein Gebläse bzw. einen Verdichter oder einen
Lader 26 bzw. eine Fülleinrichtung
zugeführt werden.
Im Unterschied zu dem herkömmlichen
Hubkolbenmotor gibt es keinen "Ansaugtakt". Die durch den Lader 26 eingeblasene
Luft wird komprimiert bzw. verdichtet, sobald der Kolben 12 die
Luftansaugöffnung 24a passiert
hat. Eine Verdichtung tritt in dem Inneren der toroidförmigen Kammer 10 auf,
da das Scheibenventil 18 einen abgedichteten Raum zwischen
Kolben und Scheibe bildet. Der größere Teil der komprimierten
Luft wird in der Umgehungs-Verbrennungskammer 21 gespeichert,
welche abgeschottet bzw. abgedichtet wird, sobald das Ansaugventil 21a und
das Austrittsventil 21b schließen. Der Rückstand bzw. Rest an komprimierter
Luft in dem Restvolumen wird später
beim Entleeren bzw. Ausbringen des Abgases verwendet, sobald das
Scheibenventil 18 öffnet.
Sobald der Kolben 12 das Scheibenventil 18 durchtreten
hat, wird die toroidförmige Kammer 10 durch
das schließende
Scheibenventil abgedichtet, um eine Ausdehnung bzw. Expansion möglich zu
machen. In der Zwischenzeit wurde Kraftstoff in die Verbrennungskammer 21 eingespritzt
und mit der Luft gemischt und gezündet, um das Verbrennungsgas
für die
Expansion bzw. Ausdehnung vorzubereiten.
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Die
Verbrennungskammer 21 ist vorzugsweise als eine Wirbelkammer
(detaillierter unten in Verbindung mit 6a und 6b beschrieben)
konfiguriert und ist mit ihrer eigenen Zündkerze ausgestattet (wie bei
einem SI-Motor), um das wirbelnde Luft-Kraftstoffgemisch zu zünden und
den Druck zu erhöhen.
Sobald die Verbrennung stattfindet, umgeht Kolben 12 die
Verbrennungskammer durch das offene Teller- bzw. Scheibenventil 18,
welches dann hinter dem Kolben wie in 4c schließt.
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An
diesem Punkt ist das Austrittsventil 21b geöffnet. Das
brennende Luft-Kraftstoffgemisch der Verbrennungskammer 21 entweicht
in die toroidförmige
Kammer 10 als ein Hochgeschwindigkeitsstrahl durch eine
Mündung
einer konvergierenden bzw. zusammenlaufenden/divergierenden bzw.
auseinanderlaufenden Düse
(manchmal als eine "Lavaldüse" bezeichnet), was
am besten unten in Verbindung mit 9 illustriert
und beschrieben ist. Ein Anteil des Kraftstoffs kann in die toroidförmige Kammer
eingespritzt und durch den brennenden Kraftstoffstrahl von der Verbrennungskammer 21 gezündet werden,
wodurch der Druck in der toroidförmigen
Kammer 10 gegen die Rückseite 12b des
Kolbens erhöht
wird, um Leistung und Drehmoment zu erzeugen.
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Der
Kolben, welcher die Expansion bzw. Ausdehnung erfährt, überträgt seine
Energie bzw. Kraft zu der Scheibe 14 und der Hauptwelle 16 und treibt
den nächsten,
sich vorwärts
bewegenden Kolben an, welcher die nächste Kompressionsphase bewirkt,
und der Ablauf wird wiederholt.
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Es
können
eine oder mehrere Verbrennungskammer(n) auf dem Umfang der toroidförmigen Kammer 10 vorgesehen
sein, wobei jede von ihnen ihr eigenes zugehöriges Scheibenventil zum Schneiden
der Kammer aufweist. Eine symmetrische Anordnung von derartigen
Verbrennungskammern kann eine gleichmäßigere Temperatur und weniger Hitzeverformung
bzw. -verzerrung erzielen. Durch herkömmliche Mittel wird Kühlwasser
von der Expansionsseite zu den kühleren
Bereichen der toroidförmigen
Kammer geleitet, um eine Hitzeverformung zu reduzieren.
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Abgas
von der Verbrennung wird durch eine Auspuff- bzw. Abgasöffnung 24b auf
dem Umfang der toroidförmigen
Kammer 10 ausgebracht, sobald der Kolben, welcher den Arbeitshub
bewirkt, die Abgasöffnung
passiert hat und diese Öffnung
zum Öffnen
veranlaßt.
Die Abgase werden durch Restluft von dem Kompressionshub abgeführt, welche
nicht in der Verbrennungskammer gefangen wurde. Anstatt zu einem
Emissionssteuer- bzw. -regelsystem entlüftet bzw. ausgebracht zu werden,
können
die Abgase zur Turboaufladung oder als eine Leistungsrückgewinnungsturbine
verwendet werden.
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Das
Scheibenventil 18 ist drehend durch geeignete Verzahnungsmittel
und/oder einen Zahnriemen 27 oder Kettenantrieb zur korrekten
Synchronisierung angetrieben, um die oben beschriebenen Kompressions-
und Expansionsphasen zu erzielen. Leistung für den Scheibenventilantrieb
wird von der Hauptwelle 16 auf der zentralen Scheibe 14 entnommen
bzw. abgenommen. Wie in 6a bis 6c angezeigt,
sind die toroidförmige
Kammer 10 und das Scheibenventil 18 mit geeigneten
geschmierten Dichtungen 30 versehen, um eine Leckage bzw.
Undichtheit zu minimieren.
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Wie
in 5 illustriert wird, können die Kolben 12 selbst
in vorteilhafter Weise mit geölten
bzw. geschmierten sinusförmigen
Kolbenringen 13 über einen
konstanten Durchmesser abschnitt des Kolbens 12 ausgestattet
sein, um ein gutes Abdichten während
des Kompressionshubs und des Expansionshubs sicherzustellen und
eine Stauung von Kolbenringen in dem Scheibenventilgehäusebereich während des
Umgehungshubs zu verhindern.
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Ein
ordnungsgemäßes Abdichten
der Kompressionskammer und insbesondere der Verbrennungs/Expansionskammer
in dem VGT-Motor
ist wichtig. Eine Anzahl von alternativen Anordnungen zum Abdichten
der zentralen Scheibe und der Kolbenhalterung sind in 6a bis 6c illustriert.
Die Kolbenstange 15 erstreckt sich nach außen, um
den Kolben 12 (nicht gezeigt) zu verbinden. Die Stange ist
hier an den oberen und unteren Abschnitten 14a und 14b der
zentralen Scheibe 14 mit Hilfe von federbelasteten Montagebolzen 11 gesichert.
Die Zentralscheibe 14 rotiert mit ihren Kolben 14 durch
das Innere der toroidförmigen
Kammer 10, welche eine obere Toroidummantelung 10a und
eine untere Toroidummantelung 10b umfaßt.
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Die
Dichtung zwischen der oberen Toroidummantelung 10a und
der oberen, zentralen Scheibe und zwischen der unteren Toroidummantelung
und der unteren, zentralen Scheibe kann aus einer Anzahl von Konfigurationen
und Materialien bestehen, abhängig
von der Endanwendung des Motors, z.B. gerillte Labyrinthdichtungen 28 auf
dem Umfang der zentralen Scheibe 14. Eine Computermodell-Verluststudie,
welche ausgeführt
wurde, regt an, daß erhebliche
Vorteile genossen werden, wo diese gerillten Labyrinthdichtungen 28 druckbeaufschlagt
sind bzw. werden, eine Druckbeaufschlagung, welche automatisch erzielt
wird durch die Leck- bzw. Falschluft, bis sich ein stationärer Druck
aufgebaut hat. Dies hält Leck- bzw. Undichtheitsverluste
auf einem akzeptablen Niveau. Eine gute Abdichtung wird erzielt,
indem die gerillten La byrinthdichtungen 28 auf dem Umfang der
zentralen Scheibe mit sternförmigen
Ringen 30 kombiniert werden, welche aus Teflon hergestellt werden
können,
wo der VGT-Motor ein Luft- oder Dampfmotor ist, und aus gehärtetem Stahl,
wo er ein Brennkraftmotor ist. Die obere und untere, toroidförmige Umhüllung 10a und 10b können auch
eine abrasive bzw. abschleifende Dichtung vom Honigwabentyp beinhalten,
hergestellt aus einer Superlegierung oder keramischen Materialien
jener Art, welche üblicherweise
in Gasturbinen-Dichtungsanordnungen zu finden sind.
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Alternative
Dichtungsdurchtrittsformen, welche in besonderen Fällen verwendet
werden können, sind
rechteck- bzw. quadratwellenartig 32, dreieckig 34 oder
eine Kombination von dreieckig und sinusförmig 36. Angegeben
in punktiertem Umriß in 6c ist
eine optionale sphärische
Halterung für
eine kolbentragende Stange 13.
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Wechselnd
zu 7a bis 7c kann
die Verbrennungskammer 21 mit zwei Gegenkolben 39a und 39b ausgestattet
sein, welche jeweils durch Bolzen (oder Spiralen) 40a und 40b entweder
manuell oder elektronisch unter Verwendung eines computergeregelten
bzw. -gesteuerten Servomotors (nicht gezeigt) bewegbar sind, um
das Kompressionsverhältnis,
wie in der Anordnung von 7a, zu ändern. Dies
erlaubt eine optimale Einstellung und Leistung unter verschiedenen
Geschwindigkeits/Lastbedingungen und eine Verbesserung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit.
Darüber
hinaus ist es möglich,
den Motor in einem Dieselmodus zu betreiben, wobei die Umstellung
auf Diesel vorgenommen wird, während der
Motor läuft
oder während
der Motor abgeschaltet ist.
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Der
Einlaßdurchtritt 21a zu
der Verbrennungskammer 21 ist an dem Umfang der kreisförmigen Kammer
angeordnet, so daß die
eintretenden komprimierten Gase einen Wirbel in der Kammer erzeugen,
welcher anhält,
während
eine ausgewählte Menge
an Kraftstoff durch Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 41 eingespritzt
und durch die Zündkerze 42 gezündet wird.
Die verbrannten Gase verlassen die Kammer 21 durch den
Austrittsdurchtritt 21b auf der gegenüberliegenden Seite der Kammer,
wodurch die Zerstäubung
und das Mischen des Luft/Kraftstoffgemisches verbessert werden.
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Eine
alternative Anordnung der Verbrennungskammer ist in 7c illustriert,
in welcher ein einzelner bewegbarer Gegenkolben 39 durch
eine Schraube 40 eingestellt wird, um die Verbrennungscharakteristika
der Kraftstoff/Luftgemische abzustimmen, welche durch Öffnung 21 eintreten
und durch eine Zündkerze 43 gezündet werden.
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8 illustriert
schematisch eine Ausführungsform
der Erfindung, welche die rotierenden bzw. drehenden Verbrennungskammerventile 42a und 42b einsetzt,
wobei jedes einen Ausschnitt 43a und 43b hierdurch
aufweist, wobei ein Rotationsverbrennungskammerventil 42a an
dem Einlaß der
Verbrennungskammer angeordnet ist und ein drehendes Verbrennungskammerventil 42b an
dem Auslaß.
Ein Kettenantrieb 44 schlingt sich über einen zentralen Zahnkranz 16a,
welcher direkt durch Hauptwelle 16 angetrieben wird, und
passiert über
beide drehenden Ventile 42a und 42b und ein Leerlauf-Zahnrad 44, welches
zentral zwischen diesen zur Drehung montiert ist. Verbrennungskammerventile
des in 1 gezeigten, sich hin- und herbewegenden Kolbentyps werden
für langsam
laufende Motoren bevorzugt, während
Verbrennungskammerventile vom Typ der drehenden flachen Platte,
wie in
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8 gezeigt,
besser für
schnell laufende Motoren geeignet sind.
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Eine
weitere Verbrennungskammeranordnung, welche schematisch in 9 illustriert
ist, ist für
einen VGT-Motor adaptiert, welcher eine "Mehrpunkt"-Teilmengen sequentielle Kraftstoffeinspritzung
einsetzt. Zur besseren Klarheit sind die Einlaß- und Auslaßventile,
welche in vorangegangenen Zeichnungen gezeigt wurden, nicht in dieser
Figur beinhaltet. Wieder wird der Kolben 12 in Bewegung
in der Umfangsrichtung P durch die toroidförmige Kammer 10 gezeigt.
Eine Kommunikation bzw. Verbindung zwischen der Verbrennungskammer 21' und dem Inneren
des toroidförmigen
Zylinders 10 besteht durch die Mündungen bzw. Öffnungen 21'c und 21'd einer konvergent-divergenten
Düse. Eine
Zündkerze 45 ist
in der Verbrennungskammer 21' positioniert und
Kraftstoff wird in die Verbrennungskammer durch eine Düse 41a,
in die toroidförmige
Expansionskammer selbst durch eine Düse 41b und in die
oben erwähnten
Mündungen
durch Düsen 41c und 41d eingespritzt.
Ein Mehrpunkt-Einspritzsystem dieser Art, entworfen zum Einspritzen
von Anteilen des Kraftstoffs in eine Anzahl von unterschiedlichen
Stellen für den
Expansionstakt bzw. -hub, verbessert eine Leistung in Hinsicht bzw.
Hinblick auf Emissionen, Leistung, Drehmoment und Kraftstoffwirtschaftlichkeit
bei einer Vielzahl von Geschwindigkeits/Lastbedingungen.
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Wie
bei allen illustrierten Varianten der grundlegenden Erfindung, nämlich der
Verwendung eines fortlaufend drehenden Scheibenventils in Verbindung
mit einer im Querschnitt nicht kreisförmigen toroidförmigen Kammer
werden die bestimmten "besten" teilweisen Kraftstoffmengen
durch Verbrennungsmodellieren und/oder experimentelle Versuche be stimmt.
In der Anordnung von 9 startet eine Kraftstoffeinspritzung
in die Verbrennungskammer 21 und wird wenn nötig, sequentiell
in den Übergangsdurchtritten
(Mündungen)
und/oder toroidförmigen
Kammer 10 fortgesetzt.
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Gemäß einer
zweiten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung besteht die "variable
Geometrie" in einem
Bereitstellen eines Kolbens, welcher mechanisch ausdehnbar bzw.
ausfahrbar ist, um das Restvolumen zu minimieren.
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10a bis 11c illustrieren
derartige mechanische Mittel, um sich noch näher dem Ideal eines Nahezu-Null-Abstands
zwischen Kolben und Ventil zwischen den Kompressions- und Ausdehnungshüben anzunähern. Der
Kolben 12' ist
ein ausdehnbarer/zurückziehbarer
Kolben, welcher in 10a und 11a schematisch
im Vorgang eines Ausdehnens gezeigt ist, wobei sich Kolbenabschnitte 12'a und 12'b nachfolgend
auf ein Schließen
des Scheibenventils und einen Beginn des Expansionshubs unter der
Betätigung
eines hydraulischen Stößels 47 trennen.
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In
der besonderen bzw. spezifischen Anordnung von 10a und 10b unterliegt eine Schiebe-Druckstange 48 einer
hin- und hergehenden
Bewegung, da die Anordnung des hydraulischen Stößels 47, einer Büchse 49 und
Druck/Zugstange 48 um eine feststehenden Steuerkurve 46 und 48 durchgeführt wird,
um eine hin- und hergehende Betätigung
an einer Keil- bzw.
der Schlüsselstange 50 hervorzurufen.
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Unter
der Steuerung bzw. Regelung der Nocken- bzw. Steuerkurvenanordnung
zieht sich der Kolben 12' zu
Beginn eines dem Motorkompressionstakt folgenden Schließens des
Scheibenventils vor dem Kolben in der Länge mit derselben Ge schwindigkeit
wie seine Umfangsbewegung durch die toroidförmige Kammer zusammen, wodurch
ein höherer
Grad an Kompression erlaubt wird. Bei einem anschließenden,
folgenden Schließen
des Scheibenventils hinter dem Kolben 10 und einem Beginn
des Expansionstakts bzw. -hubs des Motors, wie dies in 10a illustriert ist, verlängert sich Kolben 12' in der Länge (dehnt)
unter der Betätigung
des hydraulischen Stößels, erneut
zum Zweck einer Minimierung des Raums zwischen Kolben und Ventil,
d.h. des Restvolumens während
des Expansionstakts.
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Im
Prinzip kann ein VGT-Motor, welcher ausfahrbare/zusammenziehbare
Kolben einsetzt, sogar effizienter arbeiten als die "abgestimmte" Kolbenanordnung
mit festgelegter Gestalt, jedoch wird dies offensichtlich auf Kosten
von einiger Komplexität
und zusätzlichem
Aufwand des Motors sein. Wiederum jedoch sind beide Annäherungen
bzw. Zugänge
beabsichtigt, um die Restvolumina in den Kompressions- und Expansionstakten
des Motors auf eine in früheren
Rotationsmotoren nicht betrachtete, noch weniger realisierte Weise
zu reduzieren.
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Eine
alternative Steuerkurvenanordnung für einen VGT-Motor mit ausfahrbarem
Kolben ist in 11a gezeigt, welche im Prinzip
dieselbe ist wie jene von 10a und 10b. Die zurückziehende und
ausdehnende Bewegung des Kolbens in dieser Anordnung kann entweder
durch einen doppelten Kurbeltrieb bzw. -mechanismus 48a, 48b und 48c innerhalb
des Kolbens 12' erzielt
werden, wie in 11a, oder andernfalls durch
ein doppelt verkeiltes Stangenende 50 und einen federbelasteten
Kolben 12, wie in 11b.
In jedem Fall wird der Kolben 12', welcher sich dem Scheibenventil 18 annähert, seine
Länge verkürzen (Zusammenziehung),
wodurch das Volu men vor dem Scheibenventil reduziert wird. Auf ähnliche
Weise beginnt, sobald der Kolben durch das offene Scheibenventil
durchtritt, dieser zu expandieren, d.h. seine Länge zu vergrößern, und fährt damit
fort, nachdem das Scheibenventil hinter dem Kolben geschlossen hat,
um so noch einmal das Volumen zwischen der (rückwärtigen) Fläche des Kolbens und dem Scheibenventil
zu reduzieren. Dies stellt sicher, daß der Verbrennungsgasdruck
unverzüglich
auf den Kolben auftrifft, ohne zuerst Arbeitspotential zu verschwenden,
indem ein großes Volumen
gefüllt
wird.
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Eine
weitere Variante zum Bewirken der Expansion und Zusammenziehung
des Kolbens 12' in Übereinstimmung
mit seiner Geschwindigkeit eines Durchtritts durch das Scheibenventil,
um ein Totvolumen zu reduzieren, ist durch eine hydraulische Betätigung bzw.
Aktivierung des ausdehnbaren/zusammenziehbaren Kolbens, wie dies
in 11c illustriert ist. Eine Ausdehnung und Zusammenziehung
werden durch die Einspritzung (in Richtung von Pfeilen 0) oder eine
Entnahme von hydraulischem Fluid durch Durchtritte 51 und 52 bewirkt.
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Eine
optionale Eigenschaft des VGT-Motors bedingt die Verwendung eines
getrennten Ladedrucksystems in Verbindung mit der toroidförmigen Expansions-
bzw. Ausdehnungskammer des VGT-Motors. Bezugnehmend auf 12a und 12b ist
eine Ausdehnungsladedruckvorrichtung geoffenbart, welche einen zusätzlichen
Druck zu der toroidförmigen
Expansionskammer 10 zuführt,
nachdem das Scheibenventil 18 geschlossen ist. Dieser Effekt
reduziert die Verbrennungsverluste, welche andernfalls auftreten
würden,
da bzw. wenn der Kolben umlaufend durch Hauptquelle 16 angetrieben bzw.
sich bewegend bleibt. Die Ladedruckvorrichtung kann entweder ein
Kolben kompressor mit hohem Kompressionsverhältnis oder ein beliebiger anderer Hochdruckschaufelrad-
oder -schaufelwurzelkompressor sein, welcher eine Ladung in die
toroidförmige
Expansionskammer 10 einspeist. In Zeichnungsfiguren 12a und 12b ist
der Verstärker-
bzw. Laderkolben durch Bezugszeichen 53 bezeichnet und
die Verstärkerladung
ist durch Pfeile B beim Einspeisen in die toroidförmige Kammer
bezeichnet. Die Scheibenventilwelle 16 ist mit einem Antriebssystem 54 verzahnt,
welches durch eine Kurbel 56 den Verstärker- bzw. Laderkolben 53 antreibt
und entweder nur komprimierte Luft oder ein Luft-Kraftstoffgemisch
liefert bzw. zur Verfügung
stellt. Bezugszeichen 59 in 12b zeigt
eine Drosselklappe bzw. ein Drosselventil zum Drosseln des Kraftstoffs
in die toroidförmige
Expansionskammer.
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13a illustriert eine Verbrennungskammerverbesserung,
welche als "Direktverbrennungskammer-Ventilantrieb" bezeichnet werden
kann. Die Verbrennungskammer 21 weist ein Einlaß- bzw.
Ansaugventil 21a und ein Auslaß- bzw. Austrittsventil 21b (das
erstere direkt hinter dem letzteren in dieser Ansicht angeordnet)
auf, welches entweder von der Hauptwelle 16 um Achse 16A mit
einem drehzahl- bzw. geschwindigkeitserhöhenden Getriebe oder andernfalls
direkt von der Scheibenventilwelle 20 angetrieben werden
kann, wobei das Getriebegehäuse vermieden
wird. Ein Einbauen bzw. Aufnehmen eines derartigen Direktantriebs
kann neben einem Vermeiden des Bedarfs für ein Getriebe bzw. Getriebegehäuse auch
in einem kompakteren Entwurf resultieren, welcher weniger Teile
und geringeres Gewicht aufweist, mit höheren Motorgeschwindigkeiten
bzw. -drehzahlen als eine mögliche
Konsequenz. Eine Druckbeaufschlagung des Gehäuses des VGT-Motors reduziert
Spaltverluste und verbessert dadurch Kraftstoffwirtschaftlichkeit
und Leistungsausgabe.
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Eine
weitere Verbesserung zur Druckbeaufschlagung des toroidförmigen Gehäuses 10 ist
in 13a illustriert. Das Gehäuse 10 kann von außen alternativ
durch den Zu- bzw. Eintritt von Verdichterluft durch ein Abschalt-
bzw. Steuerventil V1, oder durch "Lader"-Luft durch einen
getrennten Verstärker bzw.
Lader durch ein Sperrventil V2 druckbeaufschlagt
sein bzw. werden.
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In 13c sind Mittel zum Bereitstellen einer zentralen
bzw. Zentralschmierung für
den Motor illustriert. Ein Schmiermittel wird (Pfeile L) zu einem
Kolben 12 durch einen zentralen Durchtritt 60 in
der Hauptwelle 16, einen radialen Durchtritt 60a in
der Hauptscheibe 14 zu dem äußeren Umfang und Durchtritte 60b und 60c eingebracht,
welche sich zu Kolben 12 erstrecken, um die Verteilung
des Schmiermittels durch die Wirkung der Zentrifugalkraft zu bewirken.
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Es
ist selbstverständlich
bzw. zu verstehen, daß die
vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen
begrenzt ist, sondern beliebige und alle Ausführungsformen und alle geeigneten
Modifikationen umspannt, welche innerhalb des Gültigkeitsbereichs der anhängigen Ansprüche liegen.