DE102004057354B4 - internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder (1) und einem darin geführten Kolben (2), wobei der Zylinder (1) zu beiden Seiten des Kolbens (2) geschlossen ist und im Zylinder (1) die Räume zu beiden Seiten des Kolbens (2) als Verdichtungs- und Arbeitsräume (4, 5) ausgebildet sind und der Kolben (2) mit einer Kolbenstange (3) verbunden ist, die einen der beiden Verdichtungs- und Arbeitsräume (4, 5) durchsetzt, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Verdichtungs- und Arbeitsräume (4, 5) und deren Steuerungsorgane im Zweitaktverfahren arbeiten und in der Wand des Zylinders (1) etwa in der Hälfte des Kolbenhubes eine vom Kolben (2) gesteuerte, beiden Verdichtungs- und Arbeitsräumen (4, 5) zugeordnete Auslassöffnung (19) angeordnet ist.Internal combustion engine with at least one cylinder (1) and a piston (2) guided therein, the cylinder (1) being closed on both sides of the piston (2) and in the cylinder (1) the spaces on both sides of the piston (2) as Compression and working spaces (4, 5) are formed and the piston (2) is connected to a piston rod (3) which passes through one of the two compression and working spaces (4, 5), characterized in that the two compression and Working spaces (4, 5) and their control elements work in the two-stroke process and in the wall of the cylinder (1) about half of the piston stroke there is an outlet opening (19) controlled by the piston (2) and assigned to both compression and working spaces (4, 5) is arranged.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder und einem darin geführten Kolben, wobei der Zylinder zu beiden Seiten des Kolbens geschlossen ist und im Zylinder die Räume zu beiden Seiten des Kolbens als Verdichtungs- und Arbeitsräume ausgebildet sind und der Kolben mit einer Kolbenstange verbunden ist, die einen der beiden Verdichtungs- und Arbeitsräume durchsetzt.The invention relates to an internal combustion engine having at least one cylinder and a piston guided therein, wherein the cylinder is closed on both sides of the piston and in the cylinder, the spaces are formed on both sides of the piston as compression and working spaces and the piston is connected to a piston rod , which enforces one of the two compaction and work spaces.

Ein Motor dieser Art ist bekannt aus der Druckschrift US 200410099229 A1 . Dieser Motor arbeitet nach dem Viertraktverfahren, und in den Zylinderdeckeln, welche den Zylinder zu beiden Seiten des Kolbens verschließen, sind Einlassventile, Auslassventile und gegebenenfalls Zündkerzen oder Einspritzdüsen angeordnet. Weil durch einen der Zylinderdeckel auch die Kolbenstange hindurchgeführt ist, ist die Gestaltung der Zylinderdeckel schwierig.An engine of this type is known from the document US 200410099229 A1 , This engine operates on the four-track method, and intake valves, exhaust valves and possibly spark plugs or injectors are disposed in the cylinder covers closing the cylinder on both sides of the piston. Because through one of the cylinder cover and the piston rod is passed, the design of the cylinder cover is difficult.

Aus der Druckschrift US 2002/0129777 A1 ist ein im Zweitaktverfahren arbeitender Verbrennungsmotor bekannt, bei dem auf einer Kolbenstange zwei Kolben angeordnet sind, die in zwei koaxiale Zylinder geführt sind. Die beiden Zylinder sind durch eine Zwischenwand, durch welche die Kolbenstange hindurch geführt ist, voneinander getrennt.From the publication US 2002/0129777 A1 a two-stroke internal combustion engine is known in which on a piston rod two pistons are arranged, which are guided in two coaxial cylinders. The two cylinders are separated by an intermediate wall through which the piston rod passes.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen möglichst kompakten Verbrennungsmotor mit einem verbesserten Verhältnis von Leistung zu Gewicht des Motors zu schaffen.The object of the invention is to provide a compact combustion engine with an improved power-to-weight ratio of the engine.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die beiden Verdichtungs- und Arbeitsräume und deren Steuerungsorgane im Zweitaktverfahren arbeiten und in der Wand des Zylinders etwa in der Hälfte des Kolbenhubes eine vom Kolben gesteuerte, beiden Verdichtungs- und Arbeitsräumen zugeordnete Auslassöffnung angeordnet ist. Auf diese Weise wirkt auf den Kolben stets ein Expansionsdruck, weil entweder auf der einen Seite des Kolbens oder auf der anderen Seite des Kolbens in den beiden Verdichtungs- und Arbeitsräumen eine Verbrennung stattfindet. Die Gestaltung der Zylinderdeckel ist einfacher, weil zumindest die Auslassventile mit ihrer Steuerung entfallen.This object is achieved in that the two compression and working spaces and their control bodies operate in two-stroke process and in the wall of the cylinder is arranged in the wall of the cylinder about a piston controlled by the piston, two compression and working spaces associated outlet opening. In this way acts on the piston always an expansion pressure, because either takes place on one side of the piston or on the other side of the piston in the two compression and working spaces combustion. The design of the cylinder cover is easier because at least the exhaust valves omitted with their control.

Die für die Verbrennung benötigte Frischluft kann in einem Verdichter vorverdichtet werden und über Überströmkanäle den beiden Verdichtungs- und Arbeitsräumen zugeführt werden. Dabei ist zweckmäßigerweise der Verdichter ein Kolbenverdichter, dessen Kolben über die Kolbenstange mit dem Kolben des Verbrennungsmotors verbunden ist.The fresh air required for the combustion can be pre-compressed in a compressor and fed via overflow to the two compression and working spaces. In this case, the compressor is expediently a piston compressor whose piston is connected via the piston rod to the piston of the internal combustion engine.

In der folgenden Beschreibung wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:In the following description, an embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings. The drawings show in:

1 eine schematische Schnittansicht des Zweitaktverbrennungsmotors nach der Erfindung, bei dem auf einer Seite des Kolbens im ersten Verdichtungs- und Arbeitsraum der Arbeitstakt beginnt und auf der anderen Seite des Kolbens im zweiten Verdichtungs- und Arbeitsraum der Verdichtungstakt beginnt; 1 a schematic sectional view of the two-stroke engine according to the invention, in which begins on one side of the piston in the first compression and working space of the power stroke and starts on the other side of the piston in the second compression and working space of the compression stroke;

2 eine Ansicht entsprechend 1, bei der der Kolben in der Mittelstellung des Hubes steht; 2 a view accordingly 1 in which the piston is in the middle position of the stroke;

3 eine Ansicht entsprechend 1, bei der der Kolben im unteren Totpunkt steht; 3 a view accordingly 1 in which the piston is at bottom dead center;

4 eine Ansicht entsprechend 1, bei der der Kolben oberhalb der Mittelstellung nach oben geht. 4 a view accordingly 1 in which the piston goes up above the middle position.

Der in den 1 bis 4 schematisch dargestellte Verbrennungsmotor weist einen Zylinder 1 auf, in dem ein Kolben 2 auf und ab verschiebbar geführt ist. Der Kolben 2 ist mit einer Kolbenstange 3 verbunden, welche die lineare Bewegung des Kolbens 2 über einen Kreuzkopf 14 und einen Pleuel 15 in eine Drehbewegung einer Kurbelwelle 16 umsetzt. Der Zylinder 1 weist zu beiden Seiten des Kolbens 2 einen ersten Verdichtungs- und Arbeitsraum 4 und einen zweiten Verdichtungs- und Arbeitsraum 5 auf. Diese Verdichtungs- und Arbeitsräume 4, 5 sind durch einen ersten Zylinderdeckel 6 und einen zweiten Zylinderdeckel 7 geschlossen. Zum Ladungswechsel sind im ersten Zylinderdeckel 6 ein Einlass 8 mit einem Einlassventil 8' und ein Auslass 9 mit einem Auslassventil 9' und im zweiten Zylinderdeckel 7 ein Einlass 10 mit einem Einlassventil 10' und ein Auslaß 11 mit einem Auslassventil 11' angeordnet. Ferner sind in beiden Zylinderdeckeln 6, 7 je nach Betriebsart Einspritzdüsen 12, 13 für den Kraftstoff und bzw. oder Zündkerzen angeordnet.The in the 1 to 4 schematically illustrated internal combustion engine has a cylinder 1 in which a piston 2 slidably guided up and down. The piston 2 is with a piston rod 3 connected, showing the linear movement of the piston 2 over a crosshead 14 and a connecting rod 15 in a rotational movement of a crankshaft 16 implements. The cylinder 1 points to both sides of the piston 2 a first compression and working space 4 and a second compaction and work space 5 on. These compaction and work spaces 4 . 5 are through a first cylinder cover 6 and a second cylinder cover 7 closed. To change the charge are in the first cylinder cover 6 an inlet 8th with an inlet valve 8th' and an outlet 9 with an exhaust valve 9 ' and in the second cylinder cover 7 an inlet 10 with an inlet valve 10 ' and an outlet 11 with an exhaust valve 11 ' arranged. Furthermore, in both cylinder covers 6 . 7 depending on operating mode injectors 12 . 13 arranged for the fuel and or or spark plugs.

Der aus den 1 bis 4 ersichtliche Verbrennungsmotor mit angeschlossenem Verdichter arbeitet oberhalb und unterhalb des Kolbens 2 im Zweitaktverfahren. Im Zylinder 1 ist oberhalb des Kolbens 2 ein im Volumen veränderbarer Verdichtungs- und Arbeitsraum 4 und unterhalb des Kolbens 2 ein im Volumen veränderbarer Verdichtungs- und Arbeitsraum 5. Beide Verdichtungs- und Arbeitsräume 4, 5 sind mit Lufteinlässen 8 ausgerüstet, die von einem Ventil 8' oder einem Schieber geöffnet oder geschlossen werden können. In der Mitte des Kolbenhubes befindet sich in der Wand des Zylinders 1 eine Auslassöffnung 19, die vom Kolben 2 oder aber auch durch ein Ventil oder einen Schieber geöffnet oder geschlossen wird.The from the 1 to 4 apparent internal combustion engine with attached compressor operates above and below the piston 2 in two-stroke procedure. In the cylinder 1 is above the piston 2 a variable in volume compression and working space 4 and below the piston 2 a variable in volume compression and working space 5 , Both compaction and work spaces 4 . 5 are with air intakes 8th equipped by a valve 8th' or a slider can be opened or closed. In the middle of the piston stroke is in the wall of the cylinder 1 an outlet opening 19 that from the piston 2 or also by a valve or a slider is opened or closed.

Koaxial zum Zylinder 1 ist ein Zylinder 21 eines Verdichters 20 angeordnet, dessen Kolben 22 über die Kolbenstange 3 mit dem Kolben 2 des Motors verbunden ist. Oberhalb und unterhalb des Kolbens 22 des Verdichters sind in Nähe der Zylinderdeckel des Verdichters 20 Lufteinlässe 26 und 28 sowie Auslässe 27 und 29 angeordnet, die ebenfalls von Ventilen oder dergleichen geöffnet und geschlossen werden können. In den Einlässen 26 und 28 sind zweckmäßigerweise Rückschlagventile angeordnet.Coaxial to the cylinder 1 is a cylinder 21 a compressor 20 arranged, whose pistons 22 over the piston rod 3 with the piston 2 connected to the engine. Above and below the piston 22 of the compressor are near the cylinder cover of the compressor 20 air intakes 26 and 28 as well as outlets 27 and 29 arranged, which can also be opened and closed by valves or the like. In the inlets 26 and 28 are expediently arranged check valves.

In 1 steht der Kolben 2 des Motors und der Kolben 22 des Verdichters 20 im oberen Totpunkt. Im Verdichtungs- und Arbeitsraum 4 oberhalb des Kolben 2 befindet sich hochverdichtetes Kraftstoff-Luft-Gemisch, das nun gezündet wird. Einlass 8 und Auslass 19 sind geschlossen.In 1 is the piston 2 the engine and the piston 22 of the compressor 20 at top dead center. In the compression and working space 4 above the piston 2 is high-density fuel-air mixture, which is now ignited. inlet 8th and outlet 19 are closed.

Im Verdichtungs- und Arbeitsraum 5 unterhalb des Kolbens 2 sind Einlass 9 und Auslass 19 offen, und ferner ist das zum Überströmkanal 30 führende Überströmventil 27' des Verdichters 20 am Ende des Überströmens der vorverdichteten Luft noch offen. Aus dem unteren Verdichtungs- und Arbeitsraum 5 werden die letzten Reste der verbrannten Gase von der einströmenden Luft herausgedrückt.In the compression and working space 5 below the piston 2 are inlet 9 and outlet 19 open, and further that is the overflow 30 leading overflow valve 27 ' of the compressor 20 at the end of the overflow of the pre-compressed air still open. From the lower compression and working space 5 The last remnants of the burned gases are forced out by the incoming air.

In 2 sind die Einlassventile 8', 9' zu den Verdichtungs- und Arbeitsräumen 4, 5 geschlossen. Der Arbeitstakt im Raum 4 oberhalb des Kolbens 2 ist im wesentlichen beendet, und im Raum 5 unterhalb des Kolbens 2 beginnt die weitere Verdichtung der übergeströmten Luft.In 2 are the intake valves 8th' . 9 ' to the compression and work spaces 4 . 5 closed. The working clock in the room 4 above the piston 2 is essentially finished, and in space 5 below the piston 2 begins the further compression of the overflowed air.

Im Verdichter 20 saugt der nach unten gehende Kolben 22 durch den geöffneten Einlass 26 Luft in den Ansaug- und Vorverdichtungsraum 24 an, während unterhalb des Kolbens 22 im Ansaug- und Vorverdichtungsraum 25 die Luft bei geschlossenem Einlass 28 und Auslass 29 vorverdichtet wird.In the compressor 20 sucks the piston going down 22 through the open inlet 26 Air in the intake and precompression chamber 24 while below the piston 22 in the intake and precompression chamber 25 the air with the inlet closed 28 and outlet 29 is pre-compressed.

In 3 haben die Kolben 2 und 22 den unteren Totpunkt erreicht. Im oberen Verdichtungs- und Arbeitsraum 4 ist das Einlassventil 8 am Ende des Überströmvorgangs der im Raum 25 vorverdichteten Luft sowie im Auslass 29 des Verdichters 20 das zum Überströmkanal 30 führende Überströmventil 29' noch offen. Im Raum 4 oberhalb des Kolbens 2 ist das Abströmen der verbrannten Gase und das Einströmen der vorverdichteten Luft beendet und im Raum 5 beginnt der Arbeitstakt.In 3 have the pistons 2 and 22 reached the bottom dead center. In the upper compression and working space 4 is the inlet valve 8th at the end of the overflow process in the room 25 pre-compressed air and in the outlet 29 of the compressor 20 that to the overflow channel 30 leading overflow valve 29 ' still open. In the room 4 above the piston 2 is the outflow of the burned gases and the inflow of the pre-compressed air finished and in space 5 the work cycle begins.

In 4 ist bei hochgehenden Kolben 2 und 22 der Arbeitstakt im Raum 5 unterhalb des Kolbens 2 beendet und der Kolben 2 öffnet die Auslassöffnung 19. Gleichzeitig wird oberhalb des Kolbens 2 die vorverdichtete Luft weiter verdichtet. Aus dem Raum 24 oberhalb des Kolbens 22 des Verdichters 20 strömt vorverdichtete Luft über das geöffnete Überströmventil 27' und das geöffneten Einlassventil 10 in den Verdichtungs- und Arbeitsraum 5 des Motors und verdrängt dort die verbrannten Gase.In 4 is at high piston 2 and 22 the working clock in the room 5 below the piston 2 finished and the piston 2 opens the outlet opening 19 , At the same time, above the piston 2 the precompressed air is further compressed. Out of the room 24 above the piston 22 of the compressor 20 Pre-compressed air flows over the opened overflow valve 27 ' and the opened inlet valve 10 in the compression and working space 5 of the engine and displaces there the burned gases.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Zylindercylinder
22
Kolbenpiston
33
Kolbenstangepiston rod
44
erster Verdichtungs- und Arbeitsraumfirst compression and working space
55
zweiter Verdichtungs- und Arbeitsraumsecond compression and working space
66
erster Zylinderdeckelfirst cylinder cover
77
zweiter Zylinderdeckelsecond cylinder cover
88th
Einlassinlet
8'8th'
Einlassventilintake valve
1010
Einlassinlet
10'10 '
Einlassventilintake valve
1212
Einspritzdüse oder ZündkerzeInjector or spark plug
1313
Einspritzdüse oder ZündkerzeInjector or spark plug
1515
Pleuelpleuel
1616
Kurbelwellecrankshaft
1919
Auslassöffnungoutlet
2020
Verdichtercompressor
2121
Zylindercylinder
2222
Kolbenpiston
2424
erster Ansaug- und Vorverdichterraumfirst intake and supercharger space
2525
zweiter Ansaug- und Vorverdichterraumsecond intake and supercharger room

Claims (6)

Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder (1) und einem darin geführten Kolben (2), wobei der Zylinder (1) zu beiden Seiten des Kolbens (2) geschlossen ist und im Zylinder (1) die Räume zu beiden Seiten des Kolbens (2) als Verdichtungs- und Arbeitsräume (4, 5) ausgebildet sind und der Kolben (2) mit einer Kolbenstange (3) verbunden ist, die einen der beiden Verdichtungs- und Arbeitsräume (4, 5) durchsetzt, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Verdichtungs- und Arbeitsräume (4, 5) und deren Steuerungsorgane im Zweitaktverfahren arbeiten und in der Wand des Zylinders (1) etwa in der Hälfte des Kolbenhubes eine vom Kolben (2) gesteuerte, beiden Verdichtungs- und Arbeitsräumen (4, 5) zugeordnete Auslassöffnung (19) angeordnet ist.Internal combustion engine with at least one cylinder ( 1 ) and a piston guided therein ( 2 ), whereby the cylinder ( 1 ) on both sides of the piston ( 2 ) is closed and in the cylinder ( 1 ) the spaces on both sides of the piston ( 2 ) as compaction and work spaces ( 4 . 5 ) are formed and the piston ( 2 ) with a piston rod ( 3 ), one of the two compression and working spaces ( 4 . 5 ), characterized in that the two compaction and working spaces ( 4 . 5 ) and their control organs operate in two-stroke mode and in the wall of the cylinder ( 1 ) in about half of the piston stroke one from the piston ( 2 ), both compression and work spaces ( 4 . 5 ) associated outlet opening ( 19 ) is arranged. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den Verdichtungs- und Arbeitsräumen (4, 5) vorverdichtete Luft aus einem Verdichter (20) zugeführt wird.Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the compression and working spaces ( 4 . 5 ) precompressed air from a compressor ( 20 ) is supplied. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter ein Kolbenverdichter (20) ist, dessen Kolben (22) mit dem Kolben (2) des Motors verbunden ist.Internal combustion engine according to claim 2, characterized in that the compressor is a reciprocating compressor ( 20 ), whose piston ( 22 ) with the piston ( 2 ) of the engine is connected. Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (22) des Verdichters (20) auf der mit dem Kolben (2) des Motors verbundenen Kolbenstange (3) angeordnet ist.Internal combustion engine according to claim 3, characterized in that the piston ( 22 ) of the compressor ( 20 ) on the with the piston ( 2 ) of the motor connected piston rod ( 3 ) is arranged. Verbrennungsmotor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenverdichter (20) zu beiden Seiten seines Kolbens (22) Ansaug- und Vorverdichtungsräume (24, 25) aufweist, die über mindestens einen Überströmkanal (30) mit den Einlässen (8 und 10) der beiden Verdichtungs- und Arbeitsräume (4, 5) des Motors verbunden sind. Internal combustion engine according to claim 3 or 4, characterized in that the reciprocating compressor ( 20 ) on both sides of its piston ( 22 ) Suction and precompression chambers ( 24 . 25 ), which via at least one overflow channel ( 30 ) with the inlets ( 8th and 10 ) of the two compaction and work spaces ( 4 . 5 ) of the engine are connected. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den Einlässen (26, 27) der beiden Ansaug- und Vorverdichtungsräume (24, 25) Rückschlagventile angeordnet sind.Internal combustion engine according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the inlets ( 26 . 27 ) of the two intake and precompression chambers ( 24 . 25 ) Check valves are arranged.
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CN103089424A (en) * 2013-01-21 2013-05-08 洪子鑫 Double-piston type vertical four-stroke engine

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