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Patent Searching and Data


Title:
AXIAL PISTON MOTOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/149297
Kind Code:
A1
Abstract:
In order, in the case of an axial piston motor, to make a satisfactory degree of efficiency possible, even at comparatively high rotational speeds, and to reduce the risk of the production of carbon monoxide and/or the quantity of unburnt and/or incompletely burnt hydrocarbons, it can be the case in an axial piston motor that (i) a combustion chamber has a combustion chamber wall, and at least one of the feed ducts can be opened and closed via a poppet valve which is seated in the combustion chamber wall, (ii) one of the feed ducts can be opened and closed via an overhead poppet valve, and/or (iii) at least one of the feed ducts can be opened and closed via a poppet valve with a valve stem which extends with one component in the direction of a working stroke of working pistons.

Inventors:
ROHS, Ulrich (Roonstr. 11, Düren, 52351, DE)
Application Number:
DE2018/100075
Publication Date:
August 08, 2019
Filing Date:
January 31, 2018
Export Citation:
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Assignee:
GETAS GESELLSCHAFT FÜR THERMODYNAMISCHE ANTRIEBSSYSTEME MBH (Roonstr. 11, Düren, 52351, DE)
International Classes:
F01B3/00; F01B3/10; F01L1/00; F01L3/00; F02B75/26
Domestic Patent References:
WO2011009454A22011-01-27
WO2017121427A12017-07-20
WO2011009455A22011-01-27
WO2012107013A22012-08-16
Foreign References:
GB1452221A1976-10-13
DE102016119889A12017-04-27
EP1035310A22000-09-13
EP2711499A22014-03-26
DE102015118237A2015-10-26
Attorney, Agent or Firm:
REUTHER, Martin (Zehnthofstr. 9, Düren, 52349, DE)
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Claims:
Patentansprüche :

1. Axialkolbenmotor (10) mit innerer kontinuierlicher Verbrennung, umfassend eine kontinuierlich arbeitende Brennkammer (20), eine Anzahl von Arbeitszylindern (30) mit in diesen hin- und her laufenden Arbeitskolben (31) und eine Abtriebswelle (50), wobei die Brennkammer (20) und die Abtriebswelle (50) koaxial zueinander auf einer

Zentralachse (11) und die Arbeitszylinder (30) um die Zentralachse (11) herum angeordnet sind und wobei die Brennkammer (20) über offen- und schließbare Schusskanäle (21) mit den Arbeitszylindern (30) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (20) eine Brennkammerwandung (22) aufweist und wenigstens einer der Schusskanäle (21) über ein in der Brennkammerwandung (22) sitzendes Tellerventil (60) offen- und schließbar ist, dass wenigstens einer der Schusskanäle (21) über ein hängendes Tellerventil (60) offen- und schließbar ist und/oder dass wenigstens einer der Schusskanäle (21) über ein Tellerventil (60) mit einem sich mit einer Komponente in Richtung des Arbeitshubs (39) der Arbeitskolben (31) erstreckenden Ventilschaft (61) offen- und schließbar ist.

2. Axialkolbenmotor (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Tellerventil (60) einen wassergekühlten Ventilsitz (62) aufweist.

3. Axialkolbenmotor (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Tellerventile (60) in der Brennkammerwandung (22) sitzen und jeweils durch eine gemeinsame Baugruppe gebildete Ventilsitze (62) aufweisen.

4. Axialkolbenmotor (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der gemein same Ventilsitz (62) einen Brennkammerboden (23) der Brennkammerwandung (22) bildet.

5. Axialkolbenmotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilschaft (61) sich in einen sich von der Brennkammer (20) weg entlang der

Zentralachse (11) in Richtung der Abtriebswelle (50) erstreckenden und/oder von den Arbeitszylindern (30) aufgespannten Arbeitsraum (12) erstreckt.

6. Axialkolbenmotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass hinter dem Tellerventil (60) der zugehörige Schusskanal (21) ein Knick (24) zu dem zugehörigen Arbeitszylinder aufweist.

7. Axialkolbenmotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem der Schusskanäle (21) ein Tellerventil (60) angeordnet ist und die

Tellerventile (60) in einer Kreisform zueinander angeordnet sind.

8. Axialkolbenmotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Tellerventil (60) über einen Nockenarm (51) oder eine Nockenscheibe (52) mit Durchbrechungen (56) angesteuert wird. 9. Axialkolbenmotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Axialkolbenmotor (10) eine Anzahl von Verdichterzy lindern (40) mit in diesen hin- und her laufenden Verdichterkolben (41) umfasst, wobei vorzugsweise die Verdichterzylinder (40) ebenso wie die Arbeitszylinder (30) um die Zentralachse (11) herum angeordnet sind. 10. Axialkolbenmotor (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeder

Verdichterkolben (41) über einen Pleuel (59) mit einem Arbeitskolben (31) verbunden ist, wobei der Pleuel (59) vorzugsweise die Abtriebswehe (50) über eine Schwungscheibe (53) mit einer Kurvenbahn (54) antreibt.

11. Axialkolbenmotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Verdichterzylindern (40) und der Brennkammer (20) zumindest eine

Zuleitung (71) angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Zuleitung (71) und eine von den Arbeitszylindern (30) ausgehende Ableitung (72) über einen Wärmetauscher (70) wechselwirkend miteinander verbunden sind.

12. Axialkolbenmotor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (20) eine Kraftstoffzufuhr (19) aufweist.

Description:
Axialkolbenmotor

[01] Die Erfindung betrifft einen Axialkolbenmotor mit innerer kontinuierlicher

Verbrennung.

[02] Derartige Axialkolbenmotoren weisen eine kontinuierlich arbeitende Brennkammer, eine Anzahl von Arbeitszylindern mit in diesen hin- und her laufenden Arbeitskolben und eine Abtriebswehe auf, wobei die Brennkammer und die Abtriebswehe koaxial zueinander auf einer Zentralachse und die Arbeitszylinder um die Zentralachse herum angeordnet sind und wobei die Brennkammer über offen- und schließbare Schusskanäle mit den Arbeitszylindern verbunden ist. Entsprechende Axialkolbenmotoren mit innerer kontinuierlicher Verbrennung finden sich bei- spielsweise in der EP 1 035 310 A2, der EP 2 711 499 A2, der WO 2011/009455 A2, der WO 2012/107013 A2 und auch in der noch unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2015 118 237, wobei dort jeweils Schieber, seien es Drehschieber oder Schieberkolben, zum Öffnen bzw. Schließen der Schusskanäle benutzt werden.

[03] Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Axialkolbenmotor bereitzustellen, der auch bei verhältnismäßig hohen Drehzahlen einen guten Wirkungsgrad aufweist und bei dem das Risiko der Erzeugung von Kohlenmonoxid (CO) bzw. die Menge unverbrannter bzw. nicht vollständig verbrannter Kohlenwasserstoffe (CH), beispielsweise durch Quentch-Phänomene, möglichst reduziert ist.

[04] Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Axialkolbenmotor mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weitere, ggf. auch unabhängig hiervon, vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung.

[05] Hierbei geht die Erfindung von der Grunderkenntnis aus, dass - entgegen aller bisheriger Annahmen - durchaus auch Tellerventile zum Öffnen und Schließen wenigstens eines der Schusskanäle genutzt werden können, insbesondere wenn noch ergänzende Maßnahmen zur Reduktion der Risikos der Erzeugung von Kohlenmonoxid (CO) bzw. der Menge unverbrannter bzw. nicht vollständig verbrannter Kohlenwasserstoffe (CH) getroffen werden. Derartige Maßnahmen können in der Vermeidung von Toträumen zwischen der Brennkammer und den Tellerventilen als Grundidee zusammengefasst werden. [06] An sich ist die Verwendung von Tellerventilen bei Kurbelwellenmotoren, und nicht bei Axialkolbenmotoren, mit innerer kontinuierlicher Verbrennung seit 1910 aus der US 972,504 oder auch seit 1925 aus veröffentlichten GB 63 53 bekannt. Jedoch lassen die dort vorgesehenen, langen Schusskanäle zwischen Brennkammer und Arbeitszylinder hohe Wirkungsgrade in keinster Weise vermuten und führen insbesondere zu Schusskanalausgestaltungen, die eine hohe Anzahl möglicher Toträume erwarten lassen.

[07] In konkreter Umsetzung kann sich ein Axialkolbenmotor mit innerer kontinuierlicher Verbrennung, umfassend eine kontinuierlich arbeitende Brennkammer, eine Anzahl von Arbeitszylindern mit in diesen hin- und her laufenden Arbeitskolben und eine Abtriebswelle, wobei die Brennkammer und die Abtriebswelle koaxial zueinander auf einer Zentralachse und die Arbeitszylinder um die Zentralachse herum angeordnet sind und wobei die Brennkammer über offen- und schließbare Schusskanäle mit den Arbeitszylindern verbunden ist, dadurch auszeichnen, dass die Brennkammer eine Brennkammerwandung aufweist und wenigstens einer der Schusskanäle über ein in der Brennkammerwandung sitzendes Tellerventil offen- und schließbar ist, um auch bei verhältnismäßig hohen Drehzahlen einen guten Wirkungsgrad aufzuweisen und das Risiko der Erzeugung von Kohlenmonoxid bzw. die Menge unverbrannter bzw. nicht vollständig verbrannter Kohlenwasserstoffe möglichst zu reduzieren. Durch die Anordnung des Tellerventils in der Brennkammerwandung können Toträume vor dem Tellerventil auf ein Minimum reduziert werden, wobei das Tellerventil auch bei hohen Drehzahlen anders als die bekannten Schieberanordnungen, einen hohen Wirkungsgrad ermöglichen kann.

[08] Kumulativ bzw. alternativ hierzu kann sich ein Axialkolbenmotor mit innerer kontinuierlicher Verbrennung, umfassend eine kontinuierlich arbeitende Brennkammer, eine Anzahl von Arbeitszylindern mit in diesem hin- und her laufenden Arbeitskolben und eine Abtriebswelle, wobei die Brennkammer und die Abtriebswelle koaxial zueinander auf einer Zentralachse und die Arbeitszylinder um die Zentralachse herum angeordnet sind und wobei die Brennkammer über offen- und schließbare Schusskanäle mit den Arbeitszylindern verbunden ist, dadurch auszeichnen, dass wenigstens einer der Schusskanäle über ein hängendes Tellerventil offen- und schließbar ist, um auch bei verhältnismäßig hohen Drehzahlen einen guten Wirkungsgrad aufzuweisen und das Risiko der Erzeugung von Kohlenmonoxid bzw. die Menge unverbrannter bzw. nicht vollständig verbrannter Kohlenwasserstoffe möglichst zu reduzieren. Hierbei ermöglicht das Tellerventil wiederum einen verhältnismäßig hohen Wirkungsgrad, während durch die hängende Ausgestaltung in Richtung des höheren Drucks, also in Richtung der Brennkammer die Gefahr etwaiger Toträume, die beispielsweise durch eine Ventilschaft bedingt sein könnten, vermieden werden, da sich bei hängenden Tellerventilen der Ventilschaft in Richtung der Niederdruckseite, also vom Tellerventil aus gesehen in Richtung des Arbeitszylinders erstreckt und mithin die Tellerfläche der Brennkammer zugewandt ist.

[09] Kumulativ bzw. alternativ hierzu kann sich ein Axialkolbenmotor mit innerer kontinuierlicher Verbrennung, umfassend eine kontinuierlich arbeitende Brennkammer, eine Anzahl von Arbeitszylindern mit in diesen hin- und her laufenden Arbeitskolben und eine Abtriebswehe, wobei die Brennkammer und die Abtriebswehe koaxial zueinander auf einer Zentralachse und die Arbeitszylinder um die Zentralachse herum angeordnet sind und wobei die Brennkammer über offen- und schließbare Schusskanäle mit den Arbeitszylinder verbunden ist, dadurch auszeichnen, dass wenigstens einer der Schusskanäle über ein Tellerventil mit einem sich mit einer Komponente in Richtung des Arbeitshubs der Arbeitskolben erstreckenden Ventilschaft offen- und schließbar ist, um auch bei verhältnismäßig Drehzahlen einen guten Wirkungsgrad aufzuweisen und das Risiko der Erzeugung von Kohlenmonoxid bzw. die Menge unverbrannter bzw. nicht vollständig verbrannter Kohlenwasserstoffe zu reduzieren. Hierbei ermöglicht auch in diesem Zusammenhang das Tellerventil einen verhältnismäßig hohen Wirkungsgrad bei höheren Drehzahlen, während die Ausrichtung des Ventilschafts in Richtung des Arbeitshubs der Arbeitskolben, also entgegengesetzt des Rückhubs der Arbeitskolben, dementsprechend dafür sorgt, dass der Teller des Tellerventils in Richtung der Brennkammer weist, was dementsprechend, wie bereits vorstehend dargelegt, das Risiko von Toträumen minimiert. [10] In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass die Strömungsverhältnisse bei kontinuierlich arbeitenden Brennkammern, wie sie bei Motoren mit innerer kontinuierlicher Verbrennung zu finden sind, in keiner Weise zu vergleichen sind mit den Verhältnissen bei Motoren, bei denen bei jedem Hub eine Zündung und mithin eine Explosion erfolgt. Letzteres bedingt - naturgemäß - eine in einem Zylinder wandernde und sich ausbreitende Flamme mit einer einhergehenden Druckwelle, während sich bei einer kontinuierlich arbeitenden Brenn kammer bis hin zu den Ventilen in den Schusskanälen auch entsprechend kontinuierliche Verhältnisse ausbilden und auch bereits heiße Gase durch die Schusskanäle in den Arbeitszylinder gelangen, was bei Motoren, in welchen erst in den Arbeitszylindern eine Zündung erfolgt, gänzlich anders abläuft. [11] Obgleich die Tellerventile somit unmittelbar einen Heißgasstrom ausgesetzt sind, der, je nach konkreter Ausgestaltung durchaus weit über l.000°C betragen kann, da die Temperatur an der Brennkammerwand durchaus ungefähr 2.200°C beträgt, ist es technisch umsetzbar, dass die Ventile nicht überhitzen. Es hat sich überraschender Weise herausgesteht, dass trotz dieser hohen Temperaturen durchaus Tellerventile, die eine verhältnismäßig kleine Masse haben und bei denen die Wärme zunächst nur über den Ventilschaft abgeführt werden kann, dennoch zur Anwendung kommen können, wenn, wie im praktischen Versuch dann auch nachzuvollziehen ist, die Ventilöffnungszeiten nicht zu lang sind und das entsprechende Tellerventil über geeignete Maßnahmen ergänzend gekühlt werden kann.

[12] Vorzugsweise liegen die Ventilöffnungszeiten unter 20° insbesondere unter 18°, wobei sich in praktischer Ausführung Ventilöffnungszeiten um 12,5°, beispielsweise in einem Intervall zwischen 10° und 15°, als vorteilhaft erwiesen haben. Dieses ermöglichst ausreichend kurze Öffnungszeiten, damit nicht zu viel thermische Energie beim Umströmen der Tellerventile auf diese übertragen wird, wobei Öffnungszeiten unter 6° insbesondere unter 8° bereits zu Wirkungsgradverringerungen führen können, wenn auf Grund der dann verhältnismäßig kurzen Öffnungszeiten nur sehr wenig Heißgase durch das Tellerventil und den zugehörigen Schusskanal in den jeweiligen Arbeitszylinder gelangen. In diesem Zusammenhang sei ergänzend ausgeführt, dass die letztlichen Öffnungszeiten, wenn sie auch in Winkelgraden angegeben sind, von der Drehgeschwindigkeit des Axialkolbenmotors abhängen, was jedoch dann lediglich ein Umrechnung bedingt.

[13] Vorzugsweise weist das Tellerventil einen wassergekühlten Ventilsitz auf, sodass bei geschlossenem Tellerventil das Tellerventil über seinen Ventilsitz gekühlt werden kann. Ergänzend hierzu können aber auch weitere Maßnahmen, wie beispielsweise eine Befüllung des Tellerventils mit einem bei Betriebstemperatur des Axialkolbenmotors flüssigen Metall oder ähnliche Maßnahmen, die bei herkömmlichen Motoren im Hochleistungsbereich zur Kühlung von Tellerventilen bekannt sind, zur Anwendung kommen.

[14] Der wassergekühlte Ventilsitz lässt sich besonders einfach umsetzen, wenn das Tellerventil in der Brennkammerwandung, insbesondere auch im Brennkammerboden, sitzt, da in der Regel die Brennkammerwandung, und dementsprechend auch der zugehörige Brennkammerboden, ohnehin wassergekühlt ist.

[15] Es versteht sich, dass - je nach konkreter Umsetzung - das Tellerventil auch in einer Seitenwandung der Brennkammer, also in einem Wandbereich der Brennkammerwandung, angeordnet sein kann, die bzw. der eine Oberflächenkomponente parallel zur Zentralachse aufweist. Ebenso kann das Tellerventil bzw. können die Tellerventile in einen Übergangsbereich zwischen Brennkammerboden und Seitenwand der Brennkammer angeordnet sein, wobei es dann darauf ankommt, wie der Ventilschaft in geeigneter Weise und insbesondere in Abstimmung mit den übrigen Baugruppen des Axialkolbenmotors ausgerichtet und angesteuert werden kann. Im konkreten ist es jedoch denkbar, dass die Ventilschäfte auch mit einer radialen Komponente nach außen weisen, wobei sie dann, ggf., an den Arbeitszylindern entsprechend vorbeigeführt werden müssen bzw. in den Zwischenräumen zwischen den Arbeitszylindern vorgesehen sein sollten. Zur Ansteuerung der Ventile bieten sich insbesondere mechanische Ansteuerungen an, wie sie an sich in ähnlicher Form bereits für die bekannten Schiebeanordnungen zur Anwendung kommen. Alter nativ können auch hydraulische oder pneumatische bzw. elektromotorische oder elektromag netische Antriebe für die Tellerventile vorgesehen sein, insbesondere wenn die geometrischen Verhältnisse eine effektive Anstellsteuerung mittels mechanischer Mittel erschweren. [16] Die Gesamtanordnung und insbesondere die Ventilsitze bauen verhältnismäßig kompakt, wenn zumindest zwei Tellerventile, vorzugsweise sämtliche zum Öffnen und Schließen der Schusskanäle genutzten Tellerventile, in der Brennkammerwandung sitzen und jeweils durch eine gemeinsame Baugruppe gebildete Ventilsitze aufweisen. Dieses bedingt eine baulich einfache und betriebssichere Anordnung der Ventile zueinander sowie, falls der Ventilsitz wassergekühlt ist, eine effektive Kühlung des jeweiligen Ventilsitzes.

[17] Insbesondere ist es denkbar, dass der gemeinsame Ventilsitz den Brennkammer boden der Brennkammerwandung bildet.

[18] Sich von der Brennkammer weg entlang der Zentralachse in Richtung der Arbeitswehe kann ein Arbeitsraum definiert werden, welcher auch schon im Stand der Technik für die Ansteuerung der Steuerkolben und eine Wasserkühle genutzt wird. Selbiges gilt für einen von den Arbeitszylindern aufgespannten Arbeitsraum, wobei es sich versteht, dass ein entsprechender Arbeitsraum auch von den Arbeitszylindern aufgespannt und sich von der Brennkammer weg entlang der Zentralachse in Richtung der Abtriebswelle erstreckend definieren werden kann. Vorzugsweise erstreckt sich der Ventilschaft in einen derartig definierten Arbeits- raum, was eine besonders kompakte Anordnung der Tellerventile und deren Ansteuerung er möglicht, wodurch dann auch der entsprechende Axialkolbenmotor entsprechend kompakt baut.

[19] Hierbei versteht es sich, dass die Ventilschäfte nicht zwingend parallel zu der Zentralachse ausgebildet sein müssen, was zunächst jedoch baulich verhältnismäßig einfach umsetzbar erscheint. Insbesondere können die Ventilschäfte jedoch auch von der Brennkammer ausgehend in einem leichten Winkel nach radial außen gerichtet sein, was es dann ermöglicht, dass etwaige Abwinkelungen oder Knicke in den Schusskanälen, welche möglicherweis zu einer Verminderung des Wirkungsgrades führen können, auf ein Minimum reduziert werden können. [20] In der Regel wird es sich jedoch nicht vermeiden lassen, dass hinter dem Tellerventil der zugehörige Schusskanal einen Knick oder Winkel zu dem zugehörigen Arbeitszylinder hin aufweist, da letztlich der Ventilschaft in irgendeiner Weise aus dem Schusskanal herausgeführt werden muss, wenn dieser von der Brennkammer wegweisend ausgebildet ist, was unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung für einen Axialkolbenmotor mit innerer kontinuierlicher Verbrennung, umfassend eine kontinuierlich arbeitende Brennkammer, eine Anzahl von Arbeitszylindern mit in diesem hin- und her laufenden Arbeitskolben und eine Abtriebswelle, wobei die Brennkammer und die Abtriebswelle koaxial zueinander auf einer Zentralachse und die Arbeitszylinder um die Zentralachse herum angeordnete sind und wobei die Brennkammer über offen- und schließbar Schusskanäle mit den Arbeitszylindern verbunden ist, vorteilhaft ist, wenn auch bei verhältnismäßig Drehzahlen ein guter Wirkungsgrad erzielt und das Risiko der Erzeugung von Kohlenmonoxid bzw. die Menge unverbrannter bzw. nicht vollständig verbrannter Kohlenwasserstoffe reduziert werden sollen.

[21] Vorzugsweise sind in jedem der Schusskanäle ein Tellerventil angeordnet und die Tellerventile in einer Kreisform zueinander angeordnet. Dieses ermöglicht einerseits eine kompakte Bauweise und andererseits eine gleichmäßige und einfache Ansteuerung sämtlicher Tellerventile.

[22] Vorzugsweise wird das Tellerventil über einen Nockenarm oder eine Nockenscheibe mit Durchbrechungen angesteuert. Dieses ermöglicht, dass das entsprechende Tellerventil von Seiten der Nockenscheibe mit Durchbrechungen bzw. von Seiten des Nockenarms einfach und betriebssicher geschmiert werden kann, in dem einfach, wie hinlänglich aus dem Betrieb von Motoren aller Art bekannt, umher spritzendes Öl für die Schmierung genutzt wird. Hierbei ermöglichen die Durchbrechungen bzw. der Nockenarm mit seiner geringeren Ausdehnung, dass Öl an dem Nockenarm vorbei bzw. durch die Durchbrechungen hindurch zu dem Tellerventil gelangt. Es versteht sich, dass dieses auch gilt, wenn zwei oder mehr bzw. alle die Schusskanäle öffnen und schließenden Tellerventil dementsprechend angesteuert sind.

[23] Wie an sich hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt, können die Arbeitszylinder Auslassventile aufweisen, die ebenfalls als Tellerventile ausgebildet sind. Vorzugsweise sind jedoch, anders als bei herkömmlichen Motoren, die Auslassventile hinsichtlich ihrer Ventilschäfte mit einer Komponente angeordnet, die der Richtungskomponente der Ventilschäfte der die Schusskanäle öffnenden und schließenden Tellerventile entgegengesetzt ist. Hierdurch können die Auslassventile letztlich ohne wesentlichen Totraum in den Arbeitszylindern angesetzt sein. [24] In der Regel weist der Axialkolbenmotor eine Anzahl von Verdichterzylindern mit in diesem hin- und her laufenden Verdichterkolben auf, wodurch entsprechend verdichtete Luft für die Brennkammer bereitgesteht werden kann.

[25] Hierbei sind die Verdichterzy linder vorzugweise ebenso wie die Arbeitszylinder um die Zentralachse herum angeordnet, wodurch ein entsprechend kompakter Aufbau bereitgesteht werden kann. Hierbei kann zum Verdichten die Energie, welche in den Arbeitszylindern gewonnen wird, in den Verdichterzy lindern genutzt werden, indem beispielsweise die Verdichterkolben von dem Arbeitskolben angetrieben werden. Dieses kann beispielsweise indirekt über eine Schwungscheibe oder eine Abtriebsscheibe geschehen. [26] Vorzugsweise sind jedoch jeweils die Arbeitskolben mit jeweils einem

Verdichterkolben über ein Pleuel verbunden, sodass hier eine unmittelbare Kopplung und Energieübertragung gewährleistet werden kann. Letzteres kann insbesondere dadurch gewährleistet werden, dass jeder Verdichterkolben mit einem Arbeitskolben entsprechend verbunden ist. [27] Vorzugsweise treibt der Pleuel jeweils die Abtriebswehe über eine Schwungscheibe mit einer Kurvenbahn an, wobei hier - je nach konkretem Aufbau des Axialkolbenmotors - auch beispielsweise eine Taumelscheibe oder ähnliche Maßnahmen, mit denen eine Reziprokbewe gung der Pleuel bzw. der Arbeitskolben und der Verdichterkolben in eine rotatorische Bewegung der Abtriebswehe mechanisch gewandelt werden kann, zur Anwendung kommen können. [28] Hinsichtlich einer baulichen Kompaktheit ist es von Vorteil, wenn zwischen den

Verdichter Zylindern und der Brennkammer zumindest eine Zuleitung angeordnet ist, wobei aus energetischen Gründen die Zuleitung insbesondere über einen Wärmetauscher mit einer von den Arbeitszylindern ausgehenden Ableitungen wechselwirkend miteinander verbunden sein kann. Hierdurch kann die Abwärme aus den Arbeitszylindern der verdichteten Luft aus dem Verdichter Zylinder zugeführt werden, was dementsprechend den Wirkungsgrad steigert.

[29] Es versteht sich, dass weitere den Wirkungsgrad steigernde Maßnahmen vorgesehen sein können, wie beispielweise indem mehrere Zu- und Ableitung und entsprechend mehrere Wärmetauscher vorgesehen sind, um die Weglängen zu minimieren, wobei es sich herausgesteht hat, dass besonders bevorzugt jeweils zwei oder drei Verdichterzylinder und Arbeitszylinder über einen gemeinsamen Wärmetauscher mit einander gekoppelt werden können. [30] Es versteht sich im Übrigen, dass ergänzend auch weitere Maßnahmen, wie beispiel weise eine zweistufige Verdichtung, einer Wirkungsgradsteigerung dienen können.

[31] Auch ist es denkbar, dass der Schadstoff ausstoß gezielt durch eine mehrstufige Verbrennung und insbesondere durch eine Vortemperierung bzw. thermisch bedingte Aufspaltung des Kraftstoffs, bevor dieser mit verdichteter Fuft in Kontakt kommt, entsprechend kumulativ zur Anwendung kommen kann.

[32] Es versteht sich, dass auch an der Verdichterseite entsprechend Auslassventile und Einlassventile angeordnet sein können, die jedoch vorliegend nicht Gegenstand der Erfindung sind. Durch eine geeignete Ausgestaltung dieser Ventile, die jedoch aus dem Stand der Technik bereits bekannt ist, können auch hier der Wirkungsgrad und insbesondere die Verdichtungs leistung optimiert werden.

[33] Es versteht sich, dass die Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen beschriebenen Eösungen gegebenenfalls auch kombiniert werden können, um die Vorteile entsprechend kumuliert umsetzen zu können. [34] Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen erläutert, die insbesondere auch in anliegender Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:

Figur 1 einen schematischen Schnitt durch einen Axialkolbenmotor;

Figur 2 eine Detaildarstellung des Axialkolbenmotors nach Figur 1 ; und

Figur 3 eine Detaildarstellung eines gegenüber dem in Figuren 1 und 2 dargestellten

Axialkolbenmotor abgewandelten Axialkolbenmotors in ähnlicher Darstellung wie Figur 2.

[35] Der in Figuren 1 und 2 dargestellte Axialkolbenmotor 10 weist eine kontinuierlich arbeitende Brennkammer 20 sowie sechs Arbeitszylinder 30 und sechs Verdichter Zylinder 40 und eine Abtriebswelle 50 auf. Es versteht sich, dass in abweichenden Ausführungsformen ohne weiteres auch andere Zahlen von Arbeitszylindern 30 und Verdichterzylinder 40 vorgesehen sein können.

[36] Hierbei sind die Brennkammer 20 und die Abtriebswelle 50 koaxial zueinander auf einer Zentralachse 11 angeordnet, welche eine Hauptsymmetrieachse des Axialkolbenmotors 10 darstellt. [37] Die Arbeitszylinder 30 und die Verdichterzy linder 40 sind ebenfalls um die Zentralachse 11 herum rotationssymmetrisch zueinander angeordnet.

[38] In den Arbeitszylindern 30 laufen Arbeitskolben 31 und in den Verdichterzylindern 40 laufen Verdichterkolben 41 hin und her. [39] Jeweils ein Arbeitskolben 31 und ein Verdichterkolben 41 sind über ein Pleuel 59 miteinander verbunden, sodass hierdurch unmittelbar Energie von dem jeweiligen Arbeitskolben 31 auf den jeweiligen Verdichterkolben 41 übertragen werden kann. Es versteht sich, dass in abweichenden Ausführungsbeispielen eine derartige unmittelbare Verbindung zwischen dem Arbeitskolben 31 und dem Verdichterkolben 41 nicht zwingend vorgesehen sein muss, da letztlich es keine Rohe spielt, auf welche Weise verdichtete Luft der Brennkammer 20 zur Verfügung gestellt werden kann. Andererseits ist die vorliegende Anordnung baulich kompakt und energetisch voreilhaft.

[40] Die Abtriebswelle 50 trägt eine Schwungscheibe 53 mit einer Kurvenbahn 54, welche von Laufrollen 58 umfasst ist, die jeweils an dem Pleuel 59 angeordnet sind. Auf diese Weise kann die Hin- und Herbewegung der Pleuel 59 mit der Drehbewegung der Abtriebswehe 50 gekoppelt werden.

[41] Der Axialkolbenmotor 10 weist darüber hinaus einen Wärmetauscher 70 auf, durch welchen einerseits eine Zuleitung 71 von einem verdichterseitigen Sammelraum 74 zu der Brennkammer 20 und andererseits Abgas aus einem arbeitskolbenseitigen Sammelrohr 73, welches über Ableitungen 72 mit den Arbeitszylindern 30 verbunden ist, führt. Auf diese Weise kann das Abgas aus den Arbeitszylindern 30 zur Erhitzung der verdichteten Luft aus den Verdichter Zylindern 40 genutzt werden.

[42] Hierbei ist der verdichterseitige Sammelraum 74 über hier nicht näher erläuterte Ventile mit den Verdichterzy lindern 40 verbunden. [43] Es versteht sich, dass in abweichenden Ausführungsformen auch mehrere derartiger

Zuleitungen 71 bzw. derartiger Wärmetauscher 70 vorgesehen sein können, wobei hierdurch insbesondere etwaige Verluste über das arbeitskolbenseitige Sammelrohr 73 in an sich bekannter Weise minimiert werden können. Derartige abweichende Anordnungen sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. [44] In den Ableitungen 72 sind Auslassventile 32 angeordnet, die in an sich bekannter weise als Tellerventile ausgebildet sind. Bei vorliegendem Ausführungsbeispiel erfolgt die Ansteuerung der Auslassventile 32 hydraulisch sowie über geeignete und schließend wirkende Druckfedern, wobei in abweichenden Ausführungsformen ohne weiteres auch eine mechanische oder pneumatische Ansteuerung vorgesehen sein kann.

[45] In den Arbeitszylindern laufen die Arbeitskolben 31 mit einem Arbeitshub 39 hin und mit einem Rückhub 38 her. Dieser Bewegung folgen die Verdichterkolben 41 dementsprechend.

[46] Darüber hinaus sind zwischen der Brennkammer 20 und den Arbeitszylindern 30 Schusskanäle 21 vorgesehen, die über Tellerventile 60 offen- und schließbar sind, sodass heißes Arbeitsgas aus der Brennkammer 20 gezielt den Arbeitszylindern 30 zugeführt werden und dort seine Arbeit verrichten kann. Das Arbeitsgas wird dann über die Auslassventile 32 von den Arbeitskolben 31 ausgestoßen und gelangt durch die Ableitungen 72 in den Wärmetauscher 70, wo es einen Großteil seiner thermischen Energie an verdichtete Luft aus den Verdichter Zylinder 40 bzw. aus dem verdichterseitigen Sammelraum 74 erwärmt.

[47] Die verdichtete Luft wird der Brennkammer 20 zugeführt, wobei hier in an sich bekannter Weise nach dem Wärmetauscher 70 noch eine weitere Erwärmung über einen

Brennkammerträger 28, der durch diese Luft an sich gekühlt werden soll, erfolgen kann.

[48] In den Schusskanälen 21 sind darüber hinaus Hitzeschilder 27, die bei diesem Ausführungsbeispiel als keramische Röhrchen ausgebildet sind und der Minimierung thermischer Verluste sowie der Entlastung der sie umgebenden Baugruppen dienen. Auch die Seitenwand 25 der Brennkammer 20 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als keramische Röhre ausgebildet, um auf diese Weise entsprechend als Isolation zu dienen.

[49] Die Brennkammer 20 selbst wird bei diesem Ausführungsbeispiel einerseits über einen Hauptbrenner 15 gespeist, der eine Hauptdüse 17 aufweist und über seitliche, nicht separat bezifferte schräge Zuführöffnungen mit erhitzter verdichteter Luft gespeist wird, sodass die eigentliche Verbrennung in der Brennkammer 20 stattfindet. Bevor der Kraftstoff aus der Hauptdüse 17 mit der verdichteten Luft in Kontakt kommt, wird er über einen Vorbrenner 16, der seinerseits eine Vordüse 18 mit einer separaten Luftversorgung (nicht separat beziffert) aufweist, thermisch zerlegt. Der Kraftstoff wird hierbei über Kraftstoffzufuhren 19 auf gegeben.

[50] Durch diese Anordnung kann die Gefahr einer unvollständigen Verbrennung und insbesondere die Gefahr der Bildung von Schadstoffen auf ein Minimum reduziert werden, wobei eine derartige zweistufige Verbrennung in verschiedenen Ausführungsformen aus dem Stand der Technik bereits bekannt ist. Es versteht sich, dass in abweichenden Ausführungsformen der vorliegende und in den Figuren 1 und 2 dargestellte Axialkolbenmotor 10 mit alternativen Brenneranordnungen versehen werden kann, ohne dass hierdurch die Grundfunktionalität und insbesondere die Vorteile vorliegender Erfindung in Frage gestellt werden. [51] Die Seitenwand 25 und ein Brennkammerboden 23 bilden die Brennkammer wandung 22, wobei hier ggf. auch ein Brennkammerdeckel, in welchem der Hauptbrenner 15 und ggf. auch die schrägen Zuführöffnungen mit erhitzter verdichteter Luft angeordnet sind, hinzuzuzählen ist.

[52] Ergänzend sei noch darauf hingewiesen, dass radial außerhalb der Seitenwand 25 der Brennkammer 20 noch eine Brennkammerisolation 26 vorgesehen ist, die bei diesem

Ausführungsbeispiel durch eine abstandhaltende Spirale dargestellt ist und durch welche die verdichtete Luft an der Seitenwand 25 über die schrägen Zuführöffnungen im Brennkammerdeckel bzw. über Lüftungslöcher der Vordüse 18 dem Brenner zugeführt wird, wodurch andererseits eine Kühlung der Seitenwand 25 und andererseits eine weitere Vortemperierung der Luft erzielt werden kann.

[53] Der Brennkammerträger 28 und insbesondere auch der Brennkammerboden 23 sind über eine Wasserkühlung 69 wassergekühlt. Dieses gilt auch für einen Ventilträger 68, welche die Tellerventile 60 trägt.

[54] Die Tellerventile 60 weisen jeweils einen Ventilschaft 61 und einen Ventildeckel 63 auf, der in geschlossenem Zustand in einem Ventilsitz 62 sitzt.

[55] Über eine sich an dem Ventilträger 68 abstützende Ventilfeder 64 und eine Abstützung 65, gegen welche die Ventilfeder 64 wird, wird der Ventildeckel 63 gegen Ventilsitz 62 gezogen, wobei das Tellerventil 60 als hängendes Tellerventil ausgebildet ist.

[56] Zum Öffnen des Tellerventils 60 muss auf den Ventilschaft 61 eine in Richtung des Ventildeckels 63 wirkende Kraft aufgebracht werden, wobei das Tellerventil 60 jeweils in einer

Ventilführung 66 für die zugehörige Bewegung geführt ist, die in dem Ventilträger 68 angeordnet ist.

[57] Zur Ansteuerung und zum Aufbringen dieser Kraft weist das in Figuren 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel eine Nockenwelle 55 auf, welche auf der Abtriebswelle 50 sitzt, sodass erstere mit der Drehbewegung der Abtriebswelle 50 synchronisiert ist. [58] Bei dem in Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel trägt die Nockenwelle 55 eine Nockenscheibe 52 mit Durchbrechungen 56, durch welche Schmiermittel auch zu den Tellerventilen 60 gelangen kann.

[59] Hiervon abweichend trägt der in Figur 3 in ähnlicher Darstellung wie Figur 2 dargestellte Axialkolbenmotor 10 einen Nockenarm 51 an der Nockenwelle 55, durch welche die

Tellerventile 16 angetrieben werden können. Auf Grund der geringen Erstreckung des Nockenarms 51 in Umfangsrichtung um die Zentralachse 11 herum, kann dementsprechend Schmiermittel an die Tellerventile 60 gelangen.

[60] Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Brennkammerboden 23 durch eine sämtliche Ventilsitze 62 der Tellerventile bildende Platte ausgebildet, während bei dem in Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel je Tellerventil 60 ein separater Ventilsitz 62 vorgesehen ist, der jeweils in den Brennkammerboden 23 angeordnet ist. Die in Figur 3 dargestellte Ausführungsform baut besonders kompakt und stabil und ist insbesondere auch durchgängig baulich einfach zu kühlen. [61] Im Übrigen entspricht das in Figur 3 dargestellte Ausführungsbeispiel dem

Ausführungsbeispiel nach Figuren 1 und 2.

[62] Wie unmittelbar ersichtlich sitzen bei den in den Figuren dargestellten

Axialkolbenmotoren 10 die Tellerventile 60 in der Brennkammerwandung 22 bzw. in dem Brennkammerboden 23 und gewährleisten, dass die Schusskanäle 21 offen- und schließbar sind. [63] Es versteht sich, dass in abweichenden Ausführungsformen die Tellerventile 60 auch in der Seitenwand 25 der Brennkammer angeordnet sein können, was ggf. jedoch weniger kompakt baut oder aber hinsichtlich der Ansteuerung der Tellerventile 60 komplexere Anforderungen stellt.

[64] Insbesondere weisen jedoch die Schlusskanäle 21 jeweils einen Knick 24 auf, durch welchen der Weg des Schusskanals 21 von der Brennkammerwandung 22 bzw. von dem

Brennkammerboden 23 zu dem Arbeitszylinder 30 geprägt ist. Dieser Knick 24 findet sich von der Brennkammer 20 aus gesehen hinter den Tellerventilen 60, sodass der jeweilige Ventilschaft 61 geradlinig ausgebildet sein kann.

[65] Es versteht sich, dass in abweichenden Ausführungsbeispielen der Knick auch schwächer ausgebildet werden kann, insbesondere wenn die Arbeitszylinder noch dichter an die

Zentralachse 11 gesetzt werden. Je nach konkreter Umsetzung können auch die Ventilschäfte 61 mit einem Neigungswinkel nach radial außen geneigt sein, sodass der Knick 24 ebenfalls schwächer ausgebildet sein kann, wodurch etwaige Verminderungen in der Strömung auf ein Minimum reduziert werden können.

[66] In Abweichung von herkömmlichen Kolbenmotoren sind die Ventilschäfte 61 der Tellerventile 60 den Ventilschäften der Auslassventile 62 entgegengerichtet ausgerichtet und insbesondere in Richtung des Arbeitshubs 39 der Arbeitskolben, und nicht in Richtung des Rückhubs 38, gerichtet.

[67] Durch die Arbeitszylinder 30 und insbesondere durch die Brennkammer 20 kann ein Arbeitsraum 12 definiert werden, dessen Höhe durch die Arbeitszylinder begrenzt ist, wobei dieser Arbeitsraum 12 dann eine brennkammerseitige Begrenzung 13 und eine abtriebswellenseitige Begrenzung 14 aufweist, die durch die Höhe der Abreitszylinder 30 definiert werden kann.

[68] Wie unmittelbar ersichtlich, sind die Ventilschäfte 61 der Tellerventile 60 in dem Arbeitsraum 12 angeordnet.

Bezugszeichenliste:

10 Axialkolbenmotor 40 Verdichterzylinder

11 Zentralachse 41 Verdichterkolben

12 Arbeitsraum

13 brennkammerseitige Begrenzung des 50 Abtriebswelle

Arbeitsraums 12 35 51 Nockenarm

14 abtriebswellenseitige Begrenzung 52 Nockenscheibe

des Arbeitsraums 12 53 Schwungscheibe

15 Hauptbrenner 54 Kurvenbahn

16 Vorbrenner 55 Nockenwelle

17 Hauptdüse 40 56 Durchbrechung

18 Vordüse 58 Laufrolle

19 Kraftstoffzufuhr 59 Pleuel 20 Brennkammer 60 Tellerventil

21 Schusskanal 45 61 Ventilschaft

22 Brennkammerwandung 62 Ventilsitz

23 Brennkammerhoden 63 Ventildeckel

24 Knick des Schusskanals 21 64 Ventilfeder

25 Seitenwand der Brennkammer 20 65 Abstützung

26 Brennkammerisolation 50 66 Ventilführung

27 Hitzeschild des Schusskanals 21 68 Ventilträger

28 Brennkammerträger 69 Wasserkühlung 30 Arbeitszylinder 70 Wärmetauscher

31 Arbeitskolben 55 71 Zuleitung

32 Auslaußventil 72 Ableitung

38 Rückhub 73 arbeitskolbenseitiges Sammelrohr

39 Arbeitshub 74 verdichterseitiger Sammelraum