DE10112931B4

DE10112931B4 - Viertaktverbrennungsmotor

Info

Publication number: DE10112931B4
Application number: DE10112931A
Authority: DE
Inventors: Talip Tevkuer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-07-15
Filing date: 2001-03-12
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2021-03-13
Also published as: DE10112931A1; DE20104621U1

Abstract

Viertaktverbrennungsmotor mit sich linear bewegenden Kolben, bei dem zwei zusammenwirkende Zylinder (1, 2) angeordnet sind, wobei jeder Zylinder (1, 2) aus zwei hintereinander angeordneten Zylinderräumen, einem Hauptzylinderraum (1.1, 2.1) und einem Nebenzylinderraum (1.2, 2.2), besteht,
in jedem Zylinder (1, 2) ein Kolben als Doppelkolben (3, 4) ausgebildet ist, jeweils bestehend aus Hauptkolben (3.1, 4.1) und Nebenkolben (3.2, 4.2), die starr miteinander verbunden sind, wobei sich der jeweilige Hauptkolben (3.1, 4.1) im Hauptzylinderraum (1.1, 2.1) bewegt und der jeweilige Nebenkolben (3.2, 4.2) im Nebenzylinderraum (1.2, 2.2),
jeweils der Brennraum oberhalb des oberen Totpunktes des Hauptkolbens (3.1, 4.1) des einen Zylinders (1, 2) mit dem Raum unterhalb des unteren Totpunktes des Nebenkolbens (3.2, 4.2) des anderen Zylinders (1, 2) durch einen Überströmkanal (5, 6) verbunden ist, wobei sich Ein- und Auslassventile (1.3, 1.4, 2.3, 2.4) sowie eine Zündeinrichtung (1.5, 2.5) im Brennraum oberhalb des Hauptkolbens (3.1, 4.1) befinden,...

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor, bei dem ein Kraftstoffluftgemisch in einem Zylinder angesaugt und nach dem Schließen des Einlassventils durch einen Kolben verdichtet wird. Kurz vor dem oberen Totpunkt schlägt an einer Zündkerze ein Funke über und entflammt das verdichtete Kraftstoffluftgemisch.

Infolge der Verbrennung steigen Temperatur und Druck im Zylinder stark an, wobei von den Gasen eine Arbeit an den Kolben abgegeben wird. Gegen Ende der Expansion öffnet sich ein Auslassventil, so dass ein Teil der Verbrennungsgase in die Abgasleitung entweicht und der Rest durch die Aufwärtsbewegung des Kolben ausgeschoben wird. Danach beginnt ein erneutes Ansaugen von Kraftstoffluftgemisch – das Arbeitsspiel wiederholt sich.

Die Bewegung des Kolbens wird über eine Pleuelstange auf eine Kurbelwelle übertragen und steht als Drehmoment zu Antriebszwecken zur Verfügung.

Dieses Arbeitsprinzip findet auch bei Verbrennungsmotoren mit doppelt wirkenden, in zwei Arbeitszylinder laufenden Kolben Anwendung.

So wird in der DE 150 421 A eine aus zwei Zylindern bestehende, doppelt wirkende Explosionskraftmaschine mit steuernden Kolben beschrieben, bei der die in der Mitte des einen Zylinders angeordneten Gas- und Lufteintrittskanäle für beide Zylinderseiten vom Kolben so gesteuert werden, dass auf jeder Zylinderseite in bekannter Weise erst Luft und dann Gas eintritt, während der andere Zylinder mit Austrittskanälen für beide Zylinderseiten versehen ist, die gleichfalls vom Kolben so gesteuert werden, dass in den beiden Totlagen des Kolbens die durch die Druckluft verdrängten, verbrannten Gase entweichen können.

Aus der DE 429064 A ist eine Verbrennungskraftmaschine mit zwei doppelt wirkenden, in zwei Arbeitszylindern laufenden Kolben bekannt, bei der das äußere Ende jedes Zylinders mit dem inneren Ende des anderen Zylinders verbunden ist, wobei die Verbindung aus langen, mit den Zylindern in offener Verbindung stehenden Kammern von verhältnismäßig geringem Querschnitt besteht, in die der Brennstoff eingespritzt wird.

Diese wie auch der eingangs allgemein als Viertakt-Otto-Motor beschriebene Verbrennungsmotor haben den Nachteil, insbesondere wenn sie als Mehrzylinderreihenmotor ausgeführt sind, dass die Kurbelwelle durch die von den Pleuelstangen eingeleiteten Kräfte in komplizierter Weise auf Biegung und Verdrehung und durch Drehschwingungen beansprucht wird. Durch Ausgleichsmassen und Schwingungsdämpfer wird versucht, hier Abhilfe zu schaffen. Das macht den Motor natürlich schwerer. Darüber hinaus treten bei dieser Art von doppelt wirkenden Kolben Probleme bei der Kühlung und Schmierung auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Beanspruchung der Kurbelwelle und damit der Kurbelwellenlager deutlich zu senken. Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1, vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der erfindungsgemäße Viertaktverbrennungsmotor mit linear bewegenden Kolben, sieht vor, dass zwei zusammenwirkende Zylinder angeordnet sind, wobei jeder Zylinder aus zwei hintereinander angeordneten Zylinderräumen, einem Hauptzylinderraum und einem Nebenzylinderraum, besteht, in jedem Zylinder ein Kolben als Doppelkolben ausgebildet ist, jeweils bestehend aus Hauptkolben und Nebenkolben, die starr miteinander verbunden sind, wobei sich der jeweilige Hauptkolben im Hauptzylinderraum bewegt und der jeweilige Nebenkolben im Nebenzylinderraum, jeweils der Brennraum oberhalb des oberen Totpunktes des Hauptkolbens des einen Zylinders mit dem Raum unterhalb des unteren Totpunktes des Nebenkolbens des anderen Zylinders durch einen Überströmkanal verbunden ist, der Raum zwischen Hauptkolben und Nebenkolben nahe dem Übergang vom Hauptzylinderraum zum Nebenzylinderraum einen Ein- bzw. Auslasskanal aufweist, jede Pleuelstange geteilt ausgeführt ist und mit der Kurbelwelle an gegenüberliegenden Kurbelzapfen verbunden ist.

In einer bevorzugten Ausführung ist dabei der Durchmesser des Hauptzylinderraumes jeweils größer ist als der des Nebenzylinderraumes. Weiterhin sind Ein- und Auslassventile und die Zündeinrichtung in jedem Zylinder bevorzugt oberhalb der Hauptkolben angeordnet.

Das Arbeitsspiel des erfindungsgemäßen Viertaktverbrennungsmotors erhält damit folgendes Bild:

Auf die Kurbelwelle wirkt somit während eines Arbeitsspiels zweimal ein Kräftepaar ein, wobei die Kraftrichtung der beiden Kräfte eines Paares entgegengesetzt ist, was spürbar zu einer Entlastung der Kurbelwellenlager führt. Dieser Vorteil wird noch verstärkt, wenn zwei oder mehrere Baueinheiten aus jeweils zwei zusammenwirkenden Zylindern in einem Motorblock zusammengefasst sind und eine gemeinsame Kurbelwelle aufweisen.

Der erfindungsgemäße Viertaktverbrennungsmotor weist nahe dem Übergang vom Hauptzylinderraum zum Nebenzylinderraum einen Ein- bzw. Auslasskanal auf, um das wechselnde Luftvolumen zwischen Haupt- und Nebenkolben ausgleichen zu können. In einer bevorzugten Ausführung befindet sich der Ein- bzw. Auslasskanal unterhalb des unteren Totpunktes des jeweiligen Hauptkolbens und ist steuerbar und/oder von außen mit Druck beaufschlagbar, der größer als der Verdichtungsdruck des Hauptkolbens sein kann. Auf diese Weise kann der Viertaktverbrennungsmotor gestartet werden, ohne dass es eines elektrischen Anlassers bedarf. Ebenso lässt sich durch definiert gesteuerte Luftvolumina die Kolbenbewegung dämpfen.

Die Erfindung soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert werden. Es zeigen:
1: zwei zusammenwirkende Zylinder mit Doppelkolben,
2: einen Motorblock.
1 zeigt den Viertaktverbrennungsmotor mit zwei zusammenwirkenden Zylindern 1 und 2. Jeder Zylinder 1, 2 besteht aus zwei hintereinander angeordneten Zylinderräumen, der Zylinder 1 aus dem Hauptzylinderraum 1.1 und dem Nebenzylinderraum 1.2, der Zylinder 2 aus dem Hauptzylinderraum 2.1 und dem Nebenzylinderraum 2.2. Der Durchmesser des Hauptzylinderraumes 1.1, 2.1 ist jeweils größer als der des Nebenzylinderraumes 1.2, 2.2. Der Kolben ist als Doppelkolben 3 und 4 ausgebildet, jeweils bestehend aus Hauptkolben 3.1, 4.1 und Nebenkolben 3.2, 4.2, die starr miteinander verbunden sind. Der Hauptkolben 3.1 bewegt sich im Hauptzylinderraum 1.1 und der Hauptkolben 4.1 im Hauptzylinderraum 2.1. Entsprechendes gilt für die Nebenkolben 3.2, 4.2.
Der Brennraum oberhalb des oberen Totpunktes des Hauptkolbens 3.1 des Zylinders 1 ist mit dem Raum unterhalb des unteren Totpunktes des Nebenkolbens 4.2 des Zylinders 2 durch den Überströmkanal 5 verbunden. Der Brennraum oberhalb des oberen Totpunktes des Hauptkolbens 4.1 des Zylinders 2 ist mit dem Raum unterhalb des unteren Totpunktes des Nebenkolbens 3.2 des Zylinders 1 durch den Überströmkanal 6 verbunden.
Der Raum zwischen dem Hauptkolben 3.1 und dem Nebenkolben 3.2 weist nahe dem Übergang vom Hauptzylinderraum 1.1 zum Nebenzylinderraum 1.2 einen Ein- bzw. Auslasskanal 1.6 auf. Beim Zylinder 2 ist dies der Ein- bzw. Auslasskanal 2.6.
Der Ein- bzw. Auslasskanal 1.6, 2.6 mündet dabei bevorzugt unterhalb des unteren Totpunktes des jeweiligen Hauptkolbens 3.1, 4.1 in den Zylinder 1, 2. Über die Ein- bzw. Auslasskanäle 1.6 und 2.6 kann so das wechselnde Luftvolumen zwischen dem Hauptkolben 3.1 bzw. 4.1 und dem zugehörigen Nebenkolben 3.2 bzw. 4.2 ausgeglichen werden und durch Zufuhr gesteuerter Druckluft ein Anlassen des Viertaktverbrennungsmotor bewirkt werden. Diese Anordnung bietet auch die Möglichkeit, die Kolbenbewegung zu puffern.
Die Ein- und Auslassventile 1.3, 1.4 und 2.3, 2.4 sowie die Zündeinrichtungen 1.5 und 2.5 sind in jedem Zylinder 1, 2 oberhalb der Hauptkolben 3.1 und 4.1 angeordnet.
Der gerade geführte Teil der geteilten Pleuelstangen 7 bzw. 8 verläuft durch den jeweiligen Nebenzylinderraum 1.2 bzw. 2.2. Der folgende Teil der Pleuelstangen 7 bzw. 8 ist schwenkbar am gerade geführten Teil angeordnet und mit der Kurbelwelle 10 an gegenüberliegenden Kurbelzapfen 11, 12 verbunden.
Die Kolben befinden sich in der Darstellung in folgenden Positionen:
Hauptkolben 3.1 in der Position Beginn des Verdichtens,
Nebenkolben 3.2 in der Position Beginn des Ansaugens,
Hauptkolben 4.1 in der Position Beginn des Ansaugens,
Nebenkolben 4.2 in der Position Beginn des Verdichtens.
Nach dem Verdichten im Hauptzylinderraum 1.1 und im Nebenzylinderraum 2.2 wird das verdichtete Kraftstoffluftgemisch im Hauptzylinderraum 1.1 gezündet, wodurch das Kraftstoffluftgemisch im Nebenzylinderraum 2.2 mit verbrennt. Gegen Ende der Expansion öffnet sich das Auslassventil 1.4, so dass ein Teil der Verbrennungsgase in die Abgasleitung entweicht und der Rest durch die Aufwärtsbewegung des Hauptkolbens 3.1 und des Nebenkolbens 4.2 ausgeschoben wird. Danach beginnt ein erneutes Ansaugen von Kraftstoffluftgemisch. Im Hauptzylinderraum 2.1 und im Nebenzylinderraum 1.2 vollziehen sich diese Takte gleichfalls, nur um einen Takt jeweils versetzt.
2 zeigt den Viertaktverbrennungsmotor mit einem Motorblock 9 mit zweimal zwei zusammenwirkenden Zylindern 1 und 2. Der gerade geführte Teil der geteilten Pleuelstangen 7 bzw. 8 verläuft durch den jeweiligen Nebenzylinderraum 1.2 bzw. 2.2. Der folgende Teil der Pleuelstangen 7 bzw. 8 ist schwenkbar am gerade geführten Teil angeordnet und mit der Kurbelwelle 10 an gegenüberliegenden Kurbelzapfen 11, 12 verbunden.
Auf die Kurbelwelle 10 wirkt während eines Arbeitsspiels viermal ein Kräftepaar ein, wobei die Kraftrichtung der beiden Kräfte eines Paares entgegengesetzt ist.

1: Zylinder
1.1: Hauptzylinderraum
1.2: Nebenzylinderraum
1.3: Einlassventil
1.4: Auslassventil
1.5: Zündeinrichtung
1.6: Ein- bzw. Auslasskanal
2: Zylinder
2.1: Hauptzylinderraum
2.2: Nebenzylinderraum
2.3: Einlassventil
2.4: Auslassventil
2.5: Zündeinrichtung
2.6: Ein- bzw. Auslasskanal
3: Doppelkolben
3.1: Hauptkolben
3.2: Nebenkolben
4: Doppelkolben
4.1: Hauptkolben
4.2: Nebenkolben
5: Überströmkanal
6: Überströmkanal
7: Pleuelstange
8: Pleuelstange
9: Motorblock
10: Kurbelwelle
11: Kurbelzapfen
12: Kurbelzapfen
13: doppelseitig beaufschlagbarer Kolben
14: doppelseitig beaufschlagbarer Kolben

Claims

Viertaktverbrennungsmotor mit sich linear bewegenden Kolben, bei dem zwei zusammenwirkende Zylinder (1, 2) angeordnet sind, wobei jeder Zylinder (1, 2) aus zwei hintereinander angeordneten Zylinderräumen, einem Hauptzylinderraum (1.1, 2.1) und einem Nebenzylinderraum (1.2, 2.2), besteht, in jedem Zylinder (1, 2) ein Kolben als Doppelkolben (3, 4) ausgebildet ist, jeweils bestehend aus Hauptkolben (3.1, 4.1) und Nebenkolben (3.2, 4.2), die starr miteinander verbunden sind, wobei sich der jeweilige Hauptkolben (3.1, 4.1) im Hauptzylinderraum (1.1, 2.1) bewegt und der jeweilige Nebenkolben (3.2, 4.2) im Nebenzylinderraum (1.2, 2.2), jeweils der Brennraum oberhalb des oberen Totpunktes des Hauptkolbens (3.1, 4.1) des einen Zylinders (1, 2) mit dem Raum unterhalb des unteren Totpunktes des Nebenkolbens (3.2, 4.2) des anderen Zylinders (1, 2) durch einen Überströmkanal (5, 6) verbunden ist, wobei sich Ein- und Auslassventile (1.3, 1.4, 2.3, 2.4) sowie eine Zündeinrichtung (1.5, 2.5) im Brennraum oberhalb des Hauptkolbens (3.1, 4.1) befinden, der Raum zwischen Hauptkolben (3.1, 4.1) und Nebenkolben (3.2, 4.2) nahe dem Übergang vom Hauptzylinderraum (1.1, 2.1) zum Nebenzylinderraum (1.2, 2.2) einen Ein- bzw. Auslasskanal (1.6, 2.6) aufweist, und jede Pleuelstange (7, 8) geteilt ausgeführt und mit der Kurbelwelle (10) an gegenüberliegenden Kurbelzapfen (11, 12) verbunden ist.
Viertaktverbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Hauptzylinderraumes (1.1, 2.1) jeweils größer ist als der des Nebenzylinderraumes (1.2, 2.2).
Viertaktverbrennungsmotor nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ein- bzw. Auslasskanal (1.6, 2.6) unterhalb des unteren Totpunktes des jeweiligen Hauptkolbens (3.1, 4.1) in den Zylinder (1, 2) mündet.
Viertaktverbrennungsmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass- bzw. Auslasskanal (1.6, 2.6) steuerbar und/oder von außen mit Druck beaufschlagbar ist, der größer als der Verdichtungsdruck des Hauptkolbens (3.1, 4.1) ist.
Viertaktverbrennungsmotor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der gerade geführte Teil der Pleuelstange (7, 8) durch den jeweiligen Nebenzylinderraum (1.2, 2.2) verläuft.