WO2006007831A1 - Hochleistungs-ein- und zweitakt-otto-diesel- und hybrid-motorensystem - Google Patents

Hochleistungs-ein- und zweitakt-otto-diesel- und hybrid-motorensystem Download PDF

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WO2006007831A1
WO2006007831A1 PCT/DE2005/001272 DE2005001272W WO2006007831A1 WO 2006007831 A1 WO2006007831 A1 WO 2006007831A1 DE 2005001272 W DE2005001272 W DE 2005001272W WO 2006007831 A1 WO2006007831 A1 WO 2006007831A1
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WO
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piston
stroke
cylinders
engine
cam
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PCT/DE2005/001272
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Inventor
Günter PÖSCHEL
Original Assignee
Poeschel Guenter
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B9/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups
    • F01B9/04—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with rotary main shaft other than crankshaft
    • F01B9/06—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with rotary main shaft other than crankshaft the piston motion being transmitted by curved surfaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B3/00—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F01B3/0002—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having stationary cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/26—Engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main-shaft axis; Engines with cylinder axes arranged substantially tangentially to a circle centred on main-shaft axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/023—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle one

Definitions

  • the present invention relates to a high performance one-and two-stroke petrol or diesel engine or hybrid engine system. For all these types of motors, the invention is applicable.
  • the invention also takes up general knowledge from the beginnings of engine and mechanical engineering, listed in corresponding technical literature:
  • the single-step process is the oldest and can be the simplest and safest process with the highest efficiency.
  • Negative examples are the classic one-stroke engines, the steam engines and Lenoir's gas engines with double-acting pistons, whose piston rods protrude from the work spaces. This also includes the masses of the complex four-stroke and two-stroke engines with their absolutely necessary gearbox effort in order to achieve high torques from the high rotational speeds.
  • Slit-controlled DC flushes, asymmetric control diagrams with pre-charge, recharge, combustion surfaces of the smallest surface and static multiple injections can pages 88-94 of the book by Cyril von Gersdorff - Kurt Grasmann, aircraft engines and jet engines, Bernard & Graefe Verlag, ISBN 3-7637- 5283-8 , are taken. Static multiple ignitions are known from probably the most aircraft engines.
  • crankshaft propulsion does not harmonize with the different combustion processes of a wide variety of fuels, from vegetable oils to hydrogen.
  • the crankshaft drive hinders their homogeneous combustion.
  • an efficiency and torque-improving effect on the combustion is possible only via a flexible connecting rod (see, for example, EP patent EP 0292 603 B1).
  • DE 91 03 243 shows a combustion chamber region which is located on the inside, inlet and outlet openings in a centrally located rotary valve body supply the combustion chambers. From the document, the proposal can be removed for a four-stroke process to arrange the combustion significantly introducing components in the central rotary valve.
  • the objects and objectives of the present invention are: To use the advantages of existing engines to bypass their disadvantages, reliable and economical to obtain high performance with optimal, homogeneous burns without pollutants, so that downstream equipment such as transmission or downstream equipment for exhaust gas purification in whole or in part omitted, provided that the fuels themselves are free of pollutants.
  • the invention is exemplified in a twelve-cylinder diesel aircraft engine.
  • the reciprocating engine such as gasoline, diesel and hybrid engines
  • the reciprocating engine is a single- or two-stroke axial stroke engine having a work shaft centrally supported on undivided journal bearings.
  • On the working shaft sits a cam together with two flat rotary valves.
  • the flat rotary valves are designed so that they can be dynamically injected into the cylinders. Dynamic is to be understood that an injection process can be carried out during the continuous rotational movement of the working shaft.
  • classical single-stroke piston engines are injected at a specific operating point.
  • the dynamic injection and ignition on the way across the cylinders is performed from the one side to the opposite side. Furthermore, gaskets as a continuation of the cylinder walls to the flat rotary valves are reliable sealing.
  • the resulting combustion chambers are disc burners with the lowest possible surface area.
  • the engine has a dry sump.
  • FIG. 1 shows a sectional drawing of embodiments according to the invention of a foreign and self-igniting double piston engine
  • Figure 2 shows the engine both as a gasoline engine (left half) and as a diesel or hybrid engine (right half) in unwound form
  • Figure 3 is a section along the line AA in Figure 1 by a flat rotary valve of a diesel engine according to the invention.
  • Figure 1 is to be understood as a schematic representation, on the left side of the externally ignited execution (gasoline engine) is shown and on whose lying to the central working shaft right side a self-igniting embodiment (diesel or hybrid engine) is shown.
  • the central working shaft (1) is in undivided plain bearings.
  • the high-performance single-ended motors have any, but even number of cylinders (7) arranged in a circle around the working shafts (1).
  • two high-performance injection systems (12) and Otto and hybrid engines with two high-performance ignition systems (13) rotate as cylinder heads over the cylinders (7) and come into action simultaneously and dynamically from cylinder pair to cylinder pair.
  • these systems are depending on the needs of the engine and other systems (18, 22, 23, 25) for optimizing the mixture formation and the combustion processes, eg. As well as cylinder shutdown and oil pumps.
  • gaseous or liquid medium, accompanying the fuel (24) may be mixed, jacketed, or separately injected from extra holes or slots such as channels (15), simultaneously, in advance, or delayed, or injected , At idle - or run under light load - only certain cylinders (7) receive fuel (24). The others blow off the charge air. If the engines brake, will not be blown off. Space for all systems (18, 22, 23, 25) is available on the slides (4).
  • the slides (4) are oil cooled by the hollow working shafts (1) via radial channels (15). So that the slides (4) and their systems can work uniformly and are loaded axially uniformly, two cylinders (7) face each other. The masses of the slides (4) and their systems are balanced.
  • the motors are controlled by the sliders (4) via their inlet slots (5), for example, high pressure, DC purge, single ended control, pre-discharge via exhaust ports (16) in the cylinders (7), with or without recharge (17).
  • the high-performance engines have one or more superchargers, preferably exhaust gas chargers (17).
  • the air from the chargers (17) and intercoolers (22) is equally divided and rotationally injected into the manifolds (14), increasing boost pressure against the direction of rotation of the vanes (4) provided with aerodynamic impeller vanes (18). Foreign objects are transported by the centrifugal force outwards into separators.
  • the pistons open the outlet slots (16) for pre-discharge before UT (bottom dead center).
  • the inlet slots (5) simultaneously and evenly over two cylinders (7) the maximum possible cross sections unhindered over the entire cylinder diameter for the disciplined rotating high pressure charges, as in a turbomachine of cylinder (7 ) to cylinder (7) across, aerodynamically clean, supported by the centrifugal force, both radially and axially rotating flow.
  • the remaining gases are completely flushed out of the cold, rotating direct currents in the shortest paths with excess air.
  • the sealing rings (9), cylinder walls (19), piston bottoms (20) and outlet slots (16) are cooled.
  • the large inlet slots (5) have a special shape adapted to the cylinders (7).
  • the exhaust gas flows are kept at a temperature level with the fresh air inlets that it is for superchargers (17) of gasoline engines advantage.
  • the pistons (3) close down the outlet slots (16). Thereafter close up the slide (4) the reload and the cylinder (7) soft, quiet, scissor-like, without blows.
  • the delivery levels ⁇ ⁇ are over 1 without much effort.
  • These spool-controlled diesel or hybrid engines have no glow plugs and are preferably started by starter generators (21) via the compressors of the loader (17) with warm supercharger air. Under extreme cold conditions, the intercooler (22) is started with the inclusion of exhaust gas recirculation, assisted by decompressed cylinders (7). Support can find the starting operations with supercharger air, depending on the size of the engines, from compressed air reservoirs, with starter cartridges or z. B. in model engines by launching with foreign power. The supercharger air cools the tops of the valves (4) with their systems.
  • the injection systems (12) and their control members (23) are oil cooled by the hollow working shafts (1) via radial channels (15), lubricated and supplied with fuel (24), preferably without fuel return, in a closed circuit within the injection systems (12).
  • Spray holes (26) or slots are a few millimeters short.
  • the systems on the sliders (4) can be driven by cam or ring gears (27), the oil, fuel or combustion pressure, taking into account and utilization of centrifugal force, or along the working shafts (1), also desmodromisch controlled, and with Power supplied and the motor parameters are reported back so.
  • the dynamic ignitions are made of several ignition channels (28) of the rotating slide (4) out, in the resulting from the DC purge homogeneous mixture.
  • the burns run soft on all engines, diesel or petrol, so that the loads of the cam tracks (29) by the piston rollers (30) remain in the elastic region of the material pairing.
  • the piston rollers (30) roll on the cam tracks (29) with the play-free precision of roller bearings.
  • the motors are exactly adapted to their tasks without compromise, in particular by the programmed sinusoidal lines (8) of the cams (2) along the ideal lines of the combustion processes of the respective fuels (24). This is the diameter, Zylirideriere (7), cylinder spacing, desired torques, speeds of the working shafts (1) with lifting cycles, holes, strokes, compaction, boost pressures and piston speeds.
  • the important sealing rings (9) seal the cylinders (7) to the gate valves (4) as reliably as closed globe valves, at all pressures, speeds and temperatures.
  • the loading and gas pressures press the sealing rings (9) with the correct pressures on the slides (4).
  • ring springs (31) can easily press the sealing rings (9) when stationary.
  • the boost pressure comes safely under the sealing rings (9).
  • the sealing rings (9) rotate and lapping. This is a vital process for the engines, which is anticipated during the test run at the factory.
  • sealing rings (9) are the continuation of the cylinder walls (19) at their upper ends. At the same time they are dynamic, self-sealing cylinder head gaskets. They protrude in all operating conditions just as little on the cylinder blocks (32) that the slide (4) do not touch the cylinder blocks (32). Dropwise, oil from the inside into the gaps (33) to the
  • Sealing rings (9) out. Foreign objects in the gaps are transported by the rotating sealing rings (9) out into the sumps (34).
  • the sealing rings (9) dissipate their heat to the cooled slide (4) and the cylinder walls (19) and compensate for their wear and the small, temperature-induced change in length of the cylinder blocks (32) automatically.
  • the high-performance single-stroke engines have a specific combustion chamber philosophy:
  • High-performance single-stroke engines have another philosophy. To the combustion chamber philosophy belongs to these engines that with the fuel (24) the working air and nothing but this is to be heated up. Harmful heat does not exist.
  • Heat loss via heat-conducting material, cooling fins and radiators is considered a system loss in these engines. They therefore have integrated, sump-independent dry sump lubrication and cooling systems whose housing shrouds (35) hold the motors like in a thermos container. The radiant heat of these compact engines catch the oil baths. The temperature distributions are uniform. The internal engine noise remains damped, the hot parts distortion-free. The frost-proof oil cooling systems replace water cooling. In gasoline engines, where the oil bath is not enough, the water bath offers. The one-stroke engines with their high work cycles receive the energy of their exhaust fumes through the loader or exhaust gas charger (17) back again.
  • Each loader (17) has the task, the exhaust energy optimal use and provide sufficient air for the high-pressure charging and energy for the ancillaries.
  • the powerful loaders (17) drive the starter generators (21), and vice versa.
  • the revving engines from low torque and speed ranges can be quickly raised quickly, because the good concentricity of the motors allows for a very low idle. Due to the system, no free mass forces occur because the pistons move in opposite directions in synchronism.
  • the engines are characterized in that, alternatively to piston lubrication, the double-headed pistons (3) run dry, with or without piston rings, provided that
  • Double-headed piston (3) and cylinder walls (19) have a distortion-free material pairing without or of the lowest possible thermal expansion, with self-lubricating surfaces or of correspondingly low friction.
  • the prerequisites for this are the exact clearance fits of the overlong double-headed piston guides and materials such as carbon, ceramic and others.
  • High-performance single-stroke engines are also characterized by the fact that the aerodynamic, laminar air and gas flows have particularly low internal air resistance. This begins with smooth air inlets to air filters, loader (17), intercooler (22), distribution chambers (14), impeller blades (18), inlet slots (5), exhaust ports (16), exhaust ducts and all air or gas leading lines, possibly without sharp corners, edges and bumps. The same applies to the hydrodynamic flow conditions in the oil and fuel systems to reduce the internal friction and power requirements of oil and fuel pumps with dimensions, weights and costs.
  • the engine according to the invention can also be used as a high-performance two-stroke engine. These have as a shorter-built two-stroke only a controlling slide (4) and systems, with one-sided double-headed piston (3) and are used, if not the high power of the one-stroke is needed.
  • the other sides of the double-headed piston (3) can take over the function of a mechanical supercharger.
  • an engine Pump combination listed on the other hand the piston act as axial piston pumps to suck gaseous, liquid, paste-like, powder or granules and continue to pump.
  • the diameter of the pump piston can be the same size as the engine piston, smaller, larger or different sizes.
  • Each pump piston can be self-sufficient and pump its own medium. Not every pump piston has to work. He can idle keeping the good leadership properties of the double-headed piston (3). It is within the purview of the invention to use these high performance two-stroke engines for appropriate modifications for an infinite number of other purposes.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Hochleistungs-Ein- oder Zweitakt-Axialhubkolbenmotorsystem. Auf einer Arbeitswelle sitzt eine Kurvenscheibe zusammen mit zwei Flachdrehschiebern. Mit der Kurvenscheibe sind Doppelkopfkolben desmodromisch verbunden, deren oszillierende Arbeitshübe in den Zylindern die Arbeitswelle drehen. Vorliegend wird von einem Hochleistungsmotor gesprochen, weil unter anderem die folgenden Aspekte gegeben sind. Die Flachdrehscheiben sind so gestaltet, dass in die Zylinder dynamisch eingespritzt werden kann. Durch die Schlitze in den Flachdrehschiebern, so gross wie die Kolben selber, erfolgt die verlustfreie, kalte Gleichstromspülung, axial und radial drehend, mit unsymmetrischem Steuerdiagramm. Dynamisch ist so zu verstehen, dass während der fortlaufenden Rotationsbewegung der Arbeitswelle ein Einspritzvorgang durchgeführt werden kann. Im Vergleich dazu wird bei klassischen Einzelhubkolbenmotoren zu einem bestimmten Betriebspunkt eingespritzt. Mit anderen Worten wird bei dem erfindungsgemässen Hochleistungsmotor die dynamische Einspritzung und Zündung auf dem Weg quer über die Zylinder von der einen Seite zu der gegenüberliegenden Seite durchgeführt. Damit ist erfindungsgemäss die konstruktive Voraussetzung im Hubkolbenmotor für die vierte Dimension geschaffen, die Vereinigung der dritten Dimension des euklidischen Brennraums mit der neu geschaffenen Verweilzeit.

Description

Hochleistungs-Ein- und Zweitakt-Otto-Diesel- und Hybrid-Motorensystem
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hochleistungs-Ein- und -Zweitakt-Otto- oder -Diesel- oder - Hybrid-Motorensystem. Für alle diese Motorentypen ist die Erfindung anwendbar.
Da alle Grundsatzerfindungen bereits im vorletzten Jahrhundert gemacht worden sein sollen, raten u. a. Patentanwälte von der Erfindung einer neuen Brennkraftmaschine ab, obwohl seit Jahren in der unabhängigen Fachliteratur konstruktiv kritisiert wird, dass die Motoren nicht ausfallsicher, nicht wirtschaftlich, nicht umweltverträglich, zu kompliziert, zu groß, zu schwer und zu teuer sind.
Welche Schäden Abgase der Millionen Vier- und Zweitakt-Motoren weltweit anrichten und der Neu- bzw. Ersatzbedarf noch anrichten werden, ist bekannt. Darum ist es dringend geboten, neue Verbrennungsmotoren zu erfinden, die in alle Richtungen optimaler sind, als die am Markt befindlichen Motoren, die in ihren Merkmalen dem Stand der Technik von vor Jahrzehnten entsprechen.
Die Erfindung greift auch Allgemeinwissen aus den Anfangen des Motoren- und Maschinenbaus auf, aufgeführt in entsprechender Fachliteratur: Das Eintaktverfahren ist das älteste und kann das einfachste und sicherste Verfahren mit dem höchsten Wirkungsgrad sein. Negativbeispiele sind die klassischen Eintakter, die Dampfmaschinen und Lenoirs Gasmotoren mit doppelwirkenden Kolben, deren Kolbenstangen aus den Arbeitsräumen ragen. Dazu gehören auch die Massen der aufwendigen Vier- und Zweitakter mit ihrem zwingend dazu gehörenden Getriebeaufwand, um von den hohen Drehzahlen auf hohe Drehmomente zu kommen.
Vier- und Zweitakt- Axialkolbenmotoren mit Doppelkopfkolben, Kurven- und Nockenscheiben, alternativ zum Kurbel- und Ventiltrieb, deren Sinuslinien den Ablauf des Kurbelwellentriebs nachahmen, sind aus den folgenden US-Patenten bekannt:
US 1 796 453 US 2 237 621
US 2 237 989 US 2 243 817 US 2 243 818 US 2 243 819 US 2 243 820 US 2 567 576 US 2 983 264 US 3 016 110. Weiterhin sind Axialkolbenmotoren mit Taumelscheiben und zentralen Flachdrehschiebern bekannt, so zum Beispiel aus H. Hütten, Motoren, Motorbuchverlag, ISBN 3-87943-327-7, insbesondere die Seiten 423 bis 426.
Felix Wankel schuf das Basiswissen über dynamische Sklenardichtringe, so zum Beispiel nachzulesen auf den Seiten 1, 2, 3 und 19, 20, 21 in W.-D. Bensinger, Rotationskolben- Verbrennungsmotoren, Springer- Verlag, ISBN 3 -540-05886-9.
In Flugmotoren wurden diese Dichtringe mit Flachdrehschiebern betriebsreif, so zum Beispiel nachzulesen auf den Seiten 193 bis 197 des Buches von Ludwig Apfelbeck, Wege zum Hochleistungs- Viertaktmotor, Motorbuch Verlag, ISBN 3-87943-578-2, sowie auf den Seiten 139, 140, 141 des Buches von Kyrill von Gersdorff - Kurt Grasmann, Flugmotoren und Strahltriebwerke, Bernard & Graefe Verlag, ISBN 3-7637- 5283-8.
Auch schlitzgesteuerte Gleichstromspülungen, unsymmetrische Steuerdiagramme mit Vorauslass, Nachladung, Brennräume geringster Oberfläche und statische Mehrfacheinspritzungen können den Seiten 88 bis 94 des Buches von Kyrill von Gersdorff - Kurt Grasmann, Flugmotoren und Strahltriebwerke, Bernard & Graefe Verlag, ISBN 3-7637- 5283-8, entnommen werden. Statische Mehrfachzündungen sind aus den vermutlich meisten Flugmotoren bekannt.
Es wurde viele Jahre ignoriert, dass das Gesetz des Kurbelwellenantriebs nicht harmoniert mit den verschiedenen Verbrennungsabläufen der unterschiedlichsten Kraftstoffe, von Pflanzenölen bis Wasserstoff. Der Kurbelwellenantrieb behindert ihre homogene Verbrennung. Beim Kurbelwellenantrieb ist eine Wirkungsgrad und Drehmoment verbessernde Beeinflussung der Verbrennung nur über ein Knickpleuel möglich (siehe zum Beispiel das EP-Patent EP 0292 603 Bl).
Verlässt die Fachwelt den Motorenbau, so ist zu sehen, dass modifizierte Sinuslinien mit Gerader im allgemeinen Maschinenbau üblich sind, so zum Beispiel in KEM Fachzeitschrift für Konstrukteure, Konradin Verlagsgruppe, Dipl.-Kfm. Walter llig, Der programmierte Zylinder, Januar 1993, Seiten 66 und 67. Vom Kolben beziehungsweise Zylinder überlaufene Zündkerzen und Einspritzdüsen sind von Sklenar- und Wankelmotoren bekannt und Einlass- mit Auslassöffnungen vom Zweitakter. Bei den Busmotoren der Firma Bristol steht zu vermuten, dass hier der genau umgekehrte Fall vorliegen könnte. US 5 103 778 beschreibt einen Viertakterdoppelkolbenmotor, dessen Kolben um eine Welle herum verteilt vorliegen. Drehgelagerte Zylinderköpfe weisen runde Öffnungen auf (Port 14,16), durch die das Gemisch ein- und ausströmen kann. Mittels eines Zündsystems wird nach dem Verschließen des Brennraums das Gemisch gezündet. Über eine sinusförmige Kurvenscheibe wird der Kolbenhub durchgeführt. Aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 91 03 243 ist ein vollkommen anderes Motorenkonzept entnehmbar. Entgegen dem Prinzip aus der US 5 103 778, in dem durch Kolben und Kurvenscheibe beabstandete Brennräume in den Außenbereichen des Motors unterhalb der Zylinderköpfe platziert sind, wird in der DE 91 03 243 ein Brennraumbereich gezeigt, der innenliegend ist, wobei Einlass¬ und Auslassöffnungen in einem zentral gelegenen Drehschieberkörper die Brennräume versorgen. Aus der Druckschrift ist der Vorschlag entnehmbar, für ein Vier-Takt- Verfahren die, die Verbrennung maßgeblich einleitenden Bauteile in dem zentralen Drehschieber anzuordnen.
Die Aufgaben und Ziele der vorliegenden Erfindung sind: Die Vorteile bestehender Motoren zu nutzen, deren Nachteile zu umgehen, betriebssicher und wirtschaftlich hohe Leistungen zu erhalten mit optimalen, homogenen Verbrennungen ohne Schadstoffe, so dass nachgeschaltete Geräte wie Getriebe oder nachgeschaltete Geräte zur Abgasreinigung ganz oder teilweise entfallen, vorausgesetzt, die Kraftstoffe selber werden frei von Schadstoffen.
Die Erfindung ist beispielgebend dargestellt an einem Zwölfzylinder-Diesel-Flugmotor.
Eine Aufgabe bestand darin, unter den zahlreichen bekannten Motorkonzepten ein geeignetes Konzept auszuwählen, das so weiter entwickelt werden konnte, mit möglichst wenigen Einzelteilen auskommend in Summe ein sehr geringes Gewicht aufzuweisen. Hierbei wurde auch die Aufgabe betrachtet, nicht so wie bei klassischen Fahrzeugantrieben mittels variabler Gaswechselventilsteuerungen, die Abgase zu reduzieren, sondern dem Motor selbst eine möglichst gute Verbrennung zu geben, so dass möglichst geringe Abgase entstehen. Diese Einzelaspekte zusammengefasst führen zu einem entsprechend hohen Wirkungsgrad. Die erfindungsgemäße Aufgabe wird wenigstens teilweise durch einen Motor nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen zu erblicken. In den erfindungsgemäßen Hochleistungsmotoren wird das zuvor dargestellte Grundsatzwissen so miteinander kombiniert, wie es bis jetzt kaum kombiniert wurde und weiterhin werden diese Kombination durch Verfahren optimiert, wie sie in so einem Zusammenhang noch kaum angewandt wurden. Zusammenfassend kann also festgehalten werden: - Auf die richtige Zusammensetzung kommt es dabei an. -
Ein Aspekt des erfindungsgemäßen Hochleistungsmotors kann durch eine Anzahl von Merkmalen dargestellt werden, wobei der Hubkolbenmotor, wie Otto-, Diesel- und Hybridmotoren, ein Ein- oder Zweitaktaxialhubkolbenmotor ist, der eine zentral auf ungeteilten Gleitlagern gelagerte Arbeitswelle hat. Auf der Arbeitswelle sitzt eine Kurvenscheibe zusammen mit zwei Flachdrehschiebern. Mit der Kurvenscheibe sind Doppelkopfkolben dementsprechend verbunden, deren Arbeitshübe in den Zylindern die Arbeitswelle dreht. Die Flachdrehschieber sind so gestaltet, dass in die Zylinder dynamisch eingespritzt werden kann. Dynamisch ist so zu verstehen, dass während der fortlaufenden Rotationsbewegung der Arbeitswelle ein Einspritzvorgang durchgeführt werden kann. Im Vergleich dazu wird bei klassischen Einzelhubkolbenmotoren zu einem bestimmten Betriebspunkt eingespritzt. Mit anderen Worten wird bei dem erfindungsgemäßen Hochleistungsmotor die dynamische Einspritzung und Zündung auf dem Weg quer über die Zylinder von der einen Seite zu der gegenüberliegenden Seite durchgeführt. Weiterhin sind Dichtungen als Fortsetzung der Zylinderwände zu den Flachdrehschiebern hin betriebssicher abdichtend vorhanden. Die sich ergebenden Brennräume sind Scheibenbrennräume mit der geringst möglichen Oberfläche. Der Motor hat einen Trockensumpf.
Weiterhin ist bemerkenswert, dass eine dynamische Hochdruckaufladung über Einlassschlitze der drehenden Flachdrehschieber in die Hubräume der Zylinder erfolgt. Die Kurvenscheibe hat eine modifizierte, im Sinne von auf den zu verbrennenden Kraftstoff abgestimmte, Sinuslinie. Vorteilhaft ist es, wenn der Motor sich zum Teil im Ölbad des Trockensumpfes befindet. Weitere Aspekte der Erfindung lassen sich am besten im Zusammenhang mit den Figuren 1 -3 darstellen, wobei in diesem Zusammenhang aber auch alternative Ausgestaltungsformen gelegentlich angesprochen werden, die nur teilweise detailliert graphisch dargestellt sind.
Zum weiteren Verständnis wird auf die Figuren 1 bis 3 verwiesen, wobei
Figur 1 eine Schnittzeichnung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele eines fremd- und selbstzündenden Doppelkolbenmotors zeigt,
Figur 2 den Motor sowohl als Ottomotor (linke Hälfte) als auch als Diesel- bzw. Hybridmotor (rechte Hälfte) in abgewickelter Form darstellt, und Figur 3 einen Schnitt entlang der Linie A-A in Figur 1 durch einen Flachdrehschieber eines erfmdungsgemäßen Dieselmotors darstellt.
Figur 1 ist als schematische Darstellung zu verstehen, auf deren linken Seite die fremdgezündete Ausfuhrung (Ottomotor)dargestellt ist und auf deren zur zentralen Arbeitwelle liegenden rechten Seite ein selbstzündendes Ausführungsbeispiel (Diesel- bzw. Hybridmotor) dargestellt ist. Die zentrale Arbeitswelle (1) liegt in ungeteilten Gleitlagern.
Die Hochleistungs-Eintakt-Motoren haben eine beliebige, aber gerade Zahl von Zylindern (7) im Kreis um die Arbeitswellen (1) angeordnet. Die biegesteifen und verzugsfreien Schieber (4), die versetzt auf den Arbeitswellen (1) sich gegenüber sitzen, mit ihren glatten, polierten Unterseiten (11), mit mindestens zwei Einlassschlitzen (5), zwei Hochleistungs-Einspritzsystemen (12) und bei Otto- und Hybridmotoren mit zwei Hochleistungs-Zündsystemen (13) rotieren als Zylinderköpfe über die Zylinder (7) und treten von Zylinderpaar zu Zylinderpaar gleichzeitig und dynamisch in Aktion. Neben diesen Systemen befinden sich je nach Bedarf an und im Motor noch weitere Anlagen (18, 22, 23, 25) zum Optimieren der Gemischbildungen und der Verbrennungsabläufe, z. B. auch Zylinderabschaltungen und Ölpumpen. Zur Verbesserung der Emissionen, Innenkühlung oder Leistungssteigerung, kann gasförmiges oder flüssiges Medium, den Kraftstoff (24) begleitend, vermischt, ummantelnd, oder separat aus extra Löchern oder Schlitzen wie Kanälen (15), gleichzeitig, im Vorlauf oder mit Verzögerung eingespritzt oder eingeblasen werden. Bei Leerlauf - oder Lauf unter geringer Last - erhalten nur bestimmte Zylinder (7) Kraftstoff (24). Die anderen blasen die Ladeluft ab. Wenn die Motoren bremsen, wird nicht abgeblasen. Platz für alle Anlagen (18, 22, 23, 25) ist auf den Schiebern (4) vorhanden. Die Schieber (4) werden durch die hohlen Arbeitswellen (1) über radiale Kanäle (15) ölgekühlt. Damit die Schieber (4) und ihre Systeme gleichmäßig arbeiten können und axial gleichmäßig belastet werden, liegen sich zwei Zylinder (7) gegenüber. Die Massen der Schieber (4) und ihrer Systeme sind ausgeglichen. Systembedingt sind Vierzylinder mit zwei Doppelkopfkolben (3) die kleinsten Motoren. Motoren mit Drehschiebersteuerungen sind besonders drehzahlfreudig und reaktionsschnell. Hochleistungs-Eintakt-Motoren zeichnen sich aus, dass bei einem Eintakter jede Kolbenbewegung, gleichgültig in welche Richtung, ein selbstständiger Arbeitstakt ist. Jeder Arbeitshub ist auf der anderen Seite der Doppelkopfkolben (3) ein Verdichterhub. Die Doppelkopfkolben (3) fliegen zwischen abbrennenden, expandierenden Gaspolstern im Eintaktverfahren weich hin und her. Geht ein Kolben einmal auf und ab, macht die Arbeitswelle (1) eine halbe Umdrehung, also eine Umdrehung um nur 180°. Die hohen Literleistungen des Kraftstoffs (24) kommen primär aus den durchgesetzten Luft- und Kraftstoffmengen infolge der vielen Arbeitsspiele je Zeiteinheit als Eintakter. Beim Beispiel gebenden 12-Zylinder-Flugmotor gem. der Figuren 1 bis 3 laufen bei einer Umdrehung der Arbeitswelle (1) 24 Arbeitstakte ab. Zusammen mit den integrierten Kurvengetrieben erreichen diese Hochleistungsmotoren auch für Eintakter ungewöhnlich hohe Drehmomente. Sie sind darum bestens geeignet für Direktantriebe wie Flugzeugpropeller und Schiffsschrauben ohne Getriebe. Es gilt, je größer die Motoren und je langsamer die Drehzahlen, umso besser.
Bei Hochleistungs-Eintakt-Motoren werden die Motoren von den Schiebern (4) über ihre Einlassschlitze (5) gesteuert, beispielhaft mit Hochdruckaufladung, Gleichstromspülung, unsymmetrischem Steuerdiagramm, durch Vorauslass über Auslassschlitze (16) in den Zylindern (7), mit oder ohne Nachladung (17). Systembedingt haben die Hochleistungsmotoren einen oder mehrere Lader, vorzugsweise Abgaslader (17). Die Luft von den Ladern (17) und Ladeluftkühlern (22) wird gleichmäßig aufgeteilt und drehend in die Verteilerräume (14) eingeblasen, Ladedruck erhöhend gegen die Drehrichtung der mit aerodynamischen Laufradschaufeln (18) versehenen Schiebern (4). Fremdkörper werden durch die Fliehkraft nach außen unten in Abscheider befördert. Im Arbeitstakt öffnen die Kolben vor UT (Unterer Totpunkt) die Auslassschlitze (16) zum Vorauslass. Nach der Entspannung der Arbeitsgase bis unter den Ladedruck, öffnen oben die Einlassschlitze (5) gleichzeitig und gleichmäßig über zwei Zylinder (7) die maximal möglichen Querschnitte ungehindert über die ganzen Zylinderdurchmesser für die diszipliniert drehenden Hochdruckaufladungen, die wie bei einer Strömungsmaschine von Zylinder (7) zu Zylinder (7) übergreifend, aerodynamisch sauber, von der Fliehkraft unterstützt, sowohl radial als auch axial drehend einströmen. Die restlichen Gase werden von den kalten, drehenden Gleichströmen auf den kürzesten Wegen geordnet mit Luftüberschuss restlos ausgespült. Dabei werden die Dichtringe (9), Zylinderwände (19), Kolbenböden (20) und Auslassschlitze (16) gekühlt. Die großen Einlassschlitze (5) haben eine an die Zylinder (7) angepasste Spezialform. Die Abgasströme werden mit den Frischlufteinlagen auf einem Temperaturniveau gehalten, dass es für Lader (17) von Ottomotoren von Vorteil ist. Die Kolben (3) schließen unten die Auslassschlitze (16). Danach schließen oben die Schieber (4) die Nachladungen und die Zylinder (7) weich, leise, scherenartig, ohne Schläge.
Die Liefergrade λ \ sind dabei ohne großen Aufwand über 1.
Diese schiebergesteuerten Diesel- oder Hybridmotoren haben keine Glühkerzen und werden vorzugsweise von Startergeneratoren (21) über die Verdichter der Lader (17) mit warmer Laderluft gestartet. Bei extremer Kälte wird unter Umgehung der Ladeluftkühler (22) mit Einbeziehung der Abgasrückführungen, unterstützt durch dekomprimierte Zylinder (7), gestartet. Unterstützung können die Anlassvorgänge mit Laderluft finden, je nach Größe der Motoren, aus Druckluftreservoirs, mit Startkartuschen oder z. B. bei Modellmotoren durch Anwerfen mit fremder Kraft. Die Laderluft kühlt die Oberseiten der Schieber (4) mit ihren Systemen.
Eine besondere Aufmerksamkeit sollen Hochleistungs-Eintakt-Motoren dadurch erhalten, dass die Einspritz- (25) oder Einblassysteme wichtig sind, da ein System bei Zwölfzylindern je Umdrehung der Arbeitswelle (1) sechsmal einspritzt. Darum wird hier von Hochleistungssystemen gesprochen. Es wird gleichzeitig von vier (Einspritz-)Systemen (12) in vier Zylinder (7) eingespritzt. Bei Ottomotoren wird frühestens in die Hubräume (6) gespritzt, wenn die Kolben (3) die Auslassschlitze (16) geschlossen haben. Optimale thermodynamische Wirkungsgrade werden erreicht unter Ausnützung aller damit verbundenen Möglichkeiten, vorzugsweise durch die Anzahl, Anordnungen, Abstufungen und Abmessungen von Spritzlöchern (26) oder Schlitzen, durch Spritzbeginn, Anzahl der Einspritzungen, Spritzrichtungen, Spritzdrücke, Spritzmengen und Spritzende. Bei allen Motoren wird so eingespritzt, dass kein Kraftstoff (24) von den Zylinderwänden (19) durch die Kolbenringe der Kolben oder von den Schieberunterseiten (11) durch die Dichtringe (9) abgestreift werden muss. Die Einspritzsysteme (12) und ihre Steuerorgane (23) werden durch die hohlen Arbeitswellen (1) über radiale Kanäle (15) ölgekühlt, geschmiert und mit Kraftstoff (24) versorgt, vorzugsweise ohne Kraftstoffrücklauf, im geschlossenen Kreislauf innerhalb der Einspritzsysteme (12). Die Wege des Kraftstoffs (24) von den Einspritzpumpen (25) zu den
Spritzlöchern (26) oder Schlitzen ist wenige Millimeter kurz. Die Systeme auf den Schiebern (4) können von verstellbaren Nocken- oder Zahnringen (27), vom Öl-, Kraftstoff- oder Verbrennungsdruck unter Berücksichtigung und Ausnützung der Fliehkraft, oder entlang der Arbeitswellen (1), angetrieben, auch desmodromisch gesteuert, und mit Energie versorgt und die Motorparameter so zurückgemeldet werden.
Die dynamischen Zündungen erfolgen aus mehreren Zündkanälen (28) der drehenden Schieber (4) heraus, in das aus der Gleichstromspülung hervorgegangene homogene Gemisch. Die Verbrennungen laufen bei allen Motoren, Diesel oder Otto, weich ab, so dass die Belastungen der Kurvenbahnen (29) durch die Kolbenrollen (30) im elastischen Bereich der Materialpaarung bleiben. Die Kolbenrollen (30) rollen auf den Kurvenbahnen (29) mit der spielfreien Präzision von Rollenlagern ab.
Die Motoren sind genau an ihre Aufgaben kompromisslos angepasst, insbesondere durch die programmierten Sinuslinien (8) der Kurvenscheiben (2) entlang den Ideallinien der Verbrennungsabläufe der jeweiligen Kraftstoffe (24). Hierin gehen die Durchmesser, Zyliriderzahl (7), Zylinderabstand, gewünschte Drehmomente, Drehzahlen der Arbeitswellen (1) mit Hubzyklen, Bohrungen, Hübe, Verdichtungen, Ladedrücke und Kolbengeschwindigkeiten ein. Für jeden Kraftstoff (24) gibt es ein optimales Hubraumverhältnis, Bohrung zu Hub mit Kolbengeschwindigkeit, Verdichtung und Verweildauer im OT (Oberer Totpunkfj-Bereich. Die Verweildauer der Doppelkopfkolben (3) im OT (Oberer Totpunkfj-Bereich ist bei jedem Motorentyp genau so lange, wie es der zu verbrennende Kraftstoff (24) benötigt. Ottomotoren akzeptieren niederoktanige Destillatbenzine bis Superbenzine mit Grubengasen und ähnlichen Gasen. Bei Dieselmotoren ist die Verweildauer gut doppelt so lang, als bei vergleichbaren Ottomotoren. Die Bewegungsabläufe der modifizierten Kurvenscheiben (2) haben darum mit den Bewegungsgesetzen von Kurbelwellenantrieben nichts gemeinsam.
Bei den Hochleistungs-Eintakt-Motoren ist es wichtig, dass die wichtigen Dichtringe (9) die Zylinder (7) zu den Schiebern (4) so betriebssicher wie geschlossene Hubventile abdichten, bei allen Drücken, Drehzahlen und Temperaturen. Die Lade- und Gasdrücke drücken die Dichtringe (9) mit den richtigen Drücken an die Schieber (4). Bei Bedarf können Ringfedern (31) im Stand die Dichtringe (9) leicht andrücken. Beim Anlassen der Motoren kommt der Ladedruck sicher unter die Dichtringe (9). Durch die unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten an den Schiebern (4) von innen nach außen drehen sich die Dichtringe (9) und läppen sich ein. Das ist ein lebenswichtiger Vorgang für die Motoren, der beim Probelauf im Werk vorweggenommen wird.
Diese Dichtringe (9) sind die Fortsetzung der Zylinderwände (19) an deren oberen Enden. Gleichzeitig sind sie dynamische, selbstdichtende Zylinderkopfdichtungen. Sie ragen bei allen Betriebszuständen gerade so wenig über die Zylinderblöcke (32), dass die Schieber (4) die Zylinderblöcke (32) nicht berühren. Tropfenweise wird Öl von innen in die Spalten (33) an die
Dichtringe (9) geführt. Fremdkörper in den Spalten werden von den drehenden Dichtringen (9) nach außen in die Sümpfe (34) transportiert. Der Ladedruck in den Spalten, der durch die Einlassschlitze (5) kommt, verhindert, dass Öl oder Fremdkörper aus den Spalten in die Zylinder (7) kommen. Die Dichtringe (9) fuhren ihre Wärme an die gekühlten Schieber (4) und die Zylinderwände (19) ab und gleichen ihren Verschleiß und die geringe, temperaturbedingte Längenänderung der Zylinderblöcke (32) automatisch aus. Die Hochleistungs-Eintakt-Motoren haben eine bestimmte Brennraumphilosophie:
Wenn die Kolben am OT (Oberen Totpunkt) sind, werden aus den Hubräumen (6), zusammen mit den glatten, gekühlten Schieberunterseiten (11), den glatten, ebenen, gekühlten Kolbenböden (20) und den gekühlten Dichtringen (9) als Zylinderwände (19), die geometrisch, thermodynamisch und verbrennungstechnisch optimalen Scheibenbrennräume (10) mit absolut geringstmöglichen, auf Hochglanz polierten, Oberflächen, ohne Hindernisse oder Widerstände, die dem schnellen Zerkleinern, Verteilen, Verdampfen und Vermischen von Sauerstoff und Kraftstoff (24) entgegenstehen und die anschließenden, aerodynamischen Verbrennungsvorgänge stören könnten.
Die notwendigen Voraussetzungen sind bei diesen Hochleistungs-Motoren geschaffen, dem Mikrokosmos der Gemischbildung wird Rechnung getragen, damit zusammen mit den dynamischen Hochdruckaufladungen, Hochleistungseinspritzungen, Hochleistungszündungen und optimaler Verweildauer der Kolben im OT (Oberer Totpunkt), homogene Verbrennungen mit höchsten Wirkungsgraden ohne Schadstoffe ablaufen. Bei den angestrebten vollkommenen Verbrennungen sollte es keine Rückstände geben. Systembedingt würden Rückstände oder Fremdkörper mit den Abgasen durch die Auslassschlitze (16) so ausgeblasen, dass sie keine Schäden anrichten. Hochleistungs-Eintakt-Motoren haben eine weitere Philosophie. Zur Brennraumphilosophie diesen Motoren gehört, dass mit dem Kraftstoff (24) die Arbeitsluft und nichts als diese aufzuheizen ist. Schädliche Wärme gibt es nicht. Wärmeverlust über wärmeleitendes Material, Kühlrippen und Kühler wird bei diesen Motoren als Systemverlust betrachtet. Sie haben darum integrierte, lagenunabhängige Trockensumpf-Schmier- und -Kühlsysteme, deren Gehäusemäntel (35) die Motoren wie in einem Thermosbehälter halten. Die Strahlungswärme dieser Kompaktmotoren fangen die Ölbäder auf. Die Temperaturverteilungen sind gleichmäßig. Die inneren Motorengeräusche bleiben gedämpft, die Heißteile verzugsfrei. Die frostsicheren Ölkühlungen ersetzen Wasserkühlungen. Bei Ottomotoren, bei denen das Ölbad nicht reicht, bietet sich das Wasserbad an. Die Eintakter mit ihren hohen Arbeitsspielen erhalten die Energie ihrer Vorauslass- Abgase durch die Lader bzw. Abgaslader (17) wieder zurück. Jeder Lader (17) hat die Aufgabe, die Abgasenergie optimal zu nutzen und genügend Luft für die Hochdruckaufladung und Energie für die Nebenaggregate bereitzustellen. Die starken Lader (17) treiben die Startergeneratoren (21) an, und umgekehrt. Mit den auch elektrisch angetriebenen Ladern (17) können die drehfreudigen Motoren aus niederen Drehmoment- und Drehzahlbereichen kurzzeitig schnell hochgefahren werden, denn der gute Rundlauf der Motoren lässt einen sehr geringen Leerlauf zu. Systembedingt treten keine freien Massenkräfte auf, da sich die Kolben im Gleichlauf entgegengesetzt bewegen.
Die Form der Kolbenschäfte und die Art der Kolbenschmierungen auf den Anlage- (36) und Innenseiten (37) der Zylinder (7) verhindern, dass Öl durch die außen liegenden Auslassschlitze (16) geschleust wird. Die Motoren sind dadurch gekennzeichnet, dass alternativ zu Kolbenschmierungen die Doppelkopfkolben (3) trocken laufen, mit oder ohne Kolbenringe, sofern die
Doppelkopfkolben (3) und Zylinderwände (19) eine verzugsfreie Materialpaarung ohne, oder von geringst möglichen Wärmedehnungen, mit selbstschmierenden Oberflächen oder von entsprechend geringer Reibung haben. Die Voraussetzungen dazu schaffen die genauen Laufspielpassungen der überlangen Doppelkopfkolben-Führungen und Materialien wie Carbon, Keramik und andere. Hochleistungs-Eintakt-Motoren zeichen sich auch dadurch aus, dass die aerodynamischen, laminaren Luft- und Gasströme besonders geringe innere Luftwiderstände haben. Das beginnt bei glatten Lufteinläufen zu Luftfilter, Lader (17), Ladeluftkühler (22), Verteilerräume (14), Laufradschaufeln (18), Einlassschlitzen (5), Auslassschlitzen (16), Abgasführungen und allen Luft¬ oder Gase fuhrenden Leitungen, möglichst ohne scharfe Ecken, Kanten und Stößen. Dasselbe gilt für die hydrodynamischen Strömungsverhältnisse in den Öl- und Kraftstoffsystemen, um die innere Reibung und den Leistungsbedarf von Öl- und Kraftstoffpumpen mit Abmessungen, Gewichten und Kosten zu verringern.
Eine weitere Besonderheit der Hochleistungs-Eintakt-Motoren besteht darin, dass die treibende Kraft dieser Motoren Dampf ist. Der prinzipielle Aufbau des Motorensystems mit Doppelkopfkolben (3), Schiebern (4), Einlass- (5) und Auslassschlitzen (16) ist nach Modifizierungen für den Dampfantrieb besonders geeignet und naheliegend.
Der erfindungsgemäße Motor kann auch als Hochleistungs-Zweitakt-Motor benutzt werden. Diese haben als etwas kürzer bauende Zweitakter nur einen steuernden Schieber (4) und Systeme, mit einseitig arbeitenden Doppelkopfkolben (3) und kommen zur Anwendung, wenn nicht die hohe Leistung der Eintakter benötigt wird. Die anderen Seiten der Doppelkopfkolben (3) können die Funktion eines mechanischen Laders übernehmen. Als weiteres Beispiel wird eine Motor- Pumpenkombination angeführt, auf deren anderen Seite die Kolben als Axialkolbenpumpen wirken, um Gasförmiges, Flüssiges, Pastenförmiges, Puder oder Granulat anzusaugen und weiter zu pumpen. Dabei können die Durchmesser der Pumpenkolben gleich groß wie die Motorenkolben, kleiner, größer oder unterschiedlich groß sein. Dabei kann jeder Pumpenkolben autark sein und sein eigenes Medium pumpen. Dabei muss nicht jeder Pumpenkolben Arbeit leisten. Er kann leer mitlaufend die guten Führungseigenschaften des Doppelkopf kolbens (3) aufrechterhalten. Es ist erfindungsgemäß nahe liegend, diese Hochleistungs-Zweitakt-Motoren nach entsprechenden Modifizierungen für unendlich viele andere Zwecke zu gebrauchen.
Bezugszeichenliste:
1 Arbeitswelle
2 Kurvenscheibe
3 Doppelkopfkolben
4 Flachdrehschieber bzw. Schieber
5 Einlassschlitz
6 Hubraum
7 Zylinder
8 Sinuslinie
9 Dichtring
10 Scheibenbrennraum
11 Schieberunterseite
12 Einspritzsystem
13 Zündsystem
14 Verteilerraum
15 Kanal
16 Auslassschlitz
17 Abgaslader
18 Laufradschaufel
19 Zylinderwand
20 Kolbenboden
21 Startergenerator
22 Ladeluftkühler
23 Steuerorgane
24 Kraftstoff
25 Einspritzpumpe
26 Spritzlöcher
27 Nockenringe
28 Zündkanäle Kurvenbahnen
Kolbenrolle
Ringfeder
Zylinderblock
Spalte
Sumpf
Gehäusemantel
Anlageseite
Innenseite
Befestigungsflansch

Claims

Patentansprüche:
1. Hubkolbenmotor, wie Otto-, Diesel- und Hybridmotoren, der ein Ein- oder Zweitaktaxialhubkolbenmotor ist, mit einer zentral auf ungeteilten Gleitlagern gelagerten Arbeitswelle (1), auf der eine Kurvenscheibe (2) zusammen mit zwei Flachdrehschiebern (4) sitzt, wobei mit der Kurvenscheibe (2) Doppelkopfkolben (3) desmodromisch verbunden sind, deren axiale Arbeitshübe in den Zylindern (7) die Arbeitswelle (1) drehen, und die Flachdrehschieber (4) so gestaltet sind, dass in die Zylinder (7) dynamisch eingespritzt werden kann, wobei die dynamische Einspritzung und Zündung auf dem Weg quer über die Zylinder (7) von der einen Seite zu der gegenüberliegenden Seite erfolgt, und Dichtungen (9) als Fortsetzung der Zylinderwände (19) zu den Flachdrehschiebern (4) hin betriebssicher abdichten, wobei die sich ergebenden Brennräume Scheibenbrennräume (11) mit der geringst möglichen Oberfläche sind, und der Motor einen Trockensumpf (34) hat dadurch gekennzeichnet, dass eine dynamische Hochdruckaufladung über Einlassschlitze (5) der drehenden
Flachdrehschieber (4) in die Hubräume (6) der Zylinder (7) erfolgt, und die Kurvenscheibe (2) eine modifizierte, im Sinne von auf den zu verbrennenden
Kraftstoff (24) abgestimmte, Sinuslinie (8) hat, und der Motor sich zum Teil im Ölbad des Trockensumpfes (34) befindet.
2. Hubkolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachdrehschieber (4), die vorzugsweise biegesteif und verzugsfrei sind, zueinander versetzt auf der Arbeitswelle (1) sitzen, und mit wenigstens zwei Einlassschlitzen
(5) pro Flachdrehschieber (4), und mit wenigstens zwei Hochleistungs-Einspritzsystemen (12) pro Flachdrehschieber (4), und bei Otto- oder Hybridmotor mit wenigstens zwei Hochleistungs-Zündsystemen (13) pro
Flachdrehschieber (4) versehen sind, als Zylinderköpfe mit ihren glatten, polierten Unterseiten (11) über die Zylinder (7) so rotieren, dass jeweils ein sich bildendes Zylinderpaar gleichzeitig und dynamisch in Aktion tritt.
3. Hubkolbenmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Hub, unabhängig von seiner Richtung, als Arbeitshub gilt, wobei der dem Arbeitskolben gegenüberliegende Kolben des Doppelkopfkolbens (3) als Verdichterhub arbeitet, so dass der Doppelkopfkolben (3) durch die in den Zylindern (7) gegenüberliegenden Gaspolster, von denen eines abbrennend expandiert, eine weiche Hin- und Herbewegung, als weiche
Verbrennung bezeichnete Bewegung, erfahrt, und der Doppelkopfkolben (3) mit der Kurvenscheibe (2) so verbunden ist, dass eine einzige Auf- und Abbewegung eine halbe Umdrehung, also um 180°, der Arbeitswelle (1) erzeugt.
4. Hubkolbenmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung eines Doppelkopf kolbens (3) durch die weiche Verbrennung über Kolbenrollen (30) auf die
Kurvenscheibe (2) übertragen wird, wobei die Kolbenrollen (30) auf einer Kurvenbahn (29) der Kurvenscheibe (2) mit spielfreier Präzision, die zum Beispiel von Rollenlagern geboten wird, abrollen und Kolbenrollen (30) und Kurvenbahn (29) eine solche Materialpaarungszahl aufweisen, dass die Verformung im elastischen Bereich bleibt.
5. Hubkolbenmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die modifizierte Sinuslinie (8) der Kurvenscheibe (2) nach den Ideallinien der Verbrennungsabläufe der jeweilig benutzten Kraftstoffe (24) so gestaltet ist, wobei in die modifizierte Sinuslinie (8) Aspekte wie Durchmesser der Kurvenscheibe (2), Zylinderzahl (7), Zylinderabstand, vom Hubkolbenmotor zu erwartendes Drehmoment, Drehzahl der Arbeitswelle (1) mit ihren Hubzyklen, Anzahl der Bohrungen, Anzahl der Hübe,
Verdichtungsverhältnisse, Ladedrücke, Kolbengeschwindigkeit und ihre jeweiligen Verhältniszahlen wie Bohrung zu Hub oder Hubraumverhältnis eingehen, so dass eine Verweildauer im OT- (Oberer Totpunkt)-Bereich ermöglicht wird, wobei die Verweildauer durch den zu verbrennenden Kraftstoff (24) bestimmt ist.
6. Hubkolbenmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der sich in den Zylindern
(7) bildende Hubraum (6), wenn ein Kolben (3) im OT- (Oberer Totpunkt)-Bereich ist, zu einem Scheibenbrennraum (10) wird, wobei die Unterseite (11) der Flachdrehschieber (4) glatt, poliert und gekühlt ist, der Boden des Kolben (3) glatt, eben und poliert ist, und die Dichtungen gekühlte Dichtringe (9) sind, und die polierten Flächen so poliert sind, dass sie keine Hindernisse oder Widerstände bieten, um den aerodynamischen Verbrennungsvorgang zu stören.
7. Hubkolbenmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der größte Anteil der Strahlungswärme, der durch den Verbrennungsvorgang des Kraftstoffs (24) dem Motor zur Verfügung gestellt wird, in einem Ölbad aufgefangen wird, der sich in einem Gehäusemantel (35) befindet, der wie ein Thermosbehälter ausgestaltet ist.
8. Hubkolbenmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flachdrehschieber (4) und Systeme (23) vorhanden sind, die die Zylinder (7) auf nur einer Seite der Doppelkopfkolben (3) zu einem Brennraum (10) machen, wenn eine geringe Leistung abgenommen wird, wobei die andere Seite entweder als mechanischer Lader (17) oder als Pumpe für Gasförmiges, Flüssiges, Pastenförmiges, Puder oder Granulat dient.
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RU201663U1 (ru) * 2019-12-21 2020-12-28 Сергей Юрьевич Негруб Роторно-поршневой двигатель

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