DE102006031984A1

DE102006031984A1 - Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102006031984A1
Application number: DE102006031984A
Authority: DE
Inventors: Heinz-Gustav A Reisser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-07-27
Filing date: 2006-07-11
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2026-07-12
Also published as: US20070022983A1; DE102006031984B4; US7237542B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor (10) mit einem Zylinder (12) und einem im Zylinder (12) verschieblich geführten Kolben (14), der einen einer Brennkammer (26) zugewandten Kolbenboden (30) aufweist und über ein erstes Pleuel (18) mit einer ersten Kurbelwelle (20) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kolben (14) ein zweiter, verschieblich im Zylinder (12) geführter Kolben (16) gegenüberliegt, wobei der zweite Kolben (16) ebenfalls einen Kolbenboden (30) aufweist, wobei zwischen den beiden Kolbenböden (30) die Brennkammer (26) angeordnet ist und der zweite Kolben (16) über ein zweites Pleuel (18) mit einer zweiten Kurbelwelle (20) gekoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einem Zylinder und einem im Zylinder verschieblich geführten Kolben, der einen einer Brennkammer zugewandten Kolbenboden aufweist und über ein erstes Pleuel mit einer Kurbelwelle gekoppelt ist.

Derartige Motoren sind seit über einhundert Jahren bekannt und werden sowohl als stationäre Antriebe als auch in Fahrzeugen verwendet. Bei diesen Verbrennungsmotoren ist der Zylinder auf der einen Seite mit einem Zylinderkopf verschlossen und auf der anderen Seite ist im Zylinder ein Kolben beweglich geführt, um bei der Expansion der Verbrennungsgase die Antriebskraft über einen Pleuel auf eine Kurbelwelle zu übertragen. Nach diesem Prinzip arbeitende Verbrennungsmotoren können nach dem Zweitakt- oder nach dem Viertaktprinzip arbeiten, bspw. Otto-Motoren und Dieselmotoren. Der Wirkungsgrad dieser Motoren ist aber sehr gering.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, welcher einen höheren Wirkungsgrad besitzt.

Diese Aufgabe wird mit einem Verbrennungsmotor der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass dem Kolben ein zweiter, verschieblich im Zylinder geführter Kolben gegenüberliegt, dass der zweite Kolben ebenfalls einen Kolbenboden aufweist, dass zwischen den beiden Kolbenböden die Brennkammer angeordnet ist und dass der zweite Kolben über ein zweites Pleuel mit einer zweiten Kurbelwelle gekoppelt ist.

Im Gegensatz zu Verbrennungsmotoren gemäß dem Stand der Technik besitzt der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor keinen Zylinderkopf, sondern einen weiteren Kolben, wobei ein Teil des Zylinders und die beiden Kolben mit ihren Kolbenböden die Brennkammer definieren. Wenn in dieser Brennkammer das Verbrennungsgas gezündet wird, werden beide Kolben in entgegengesetzte Richtungen angetrieben, d.h. auseinandergedrängt, und übertragen ihre Bewegung über ihre Pleuel auf die Kurbelwellen. Die in der Brennkammer expandierenden Gase treiben also nicht nur einen, sondern zwei Kolben an, um den Wirkungsgrad wesentlich zu erhöhen. Außerdem hat der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor einen geringeren Kraftstoffverbrauch, bessere Emissionswerte und ist wartungsfreundlicher.

In vorteilhafter Weise bewegen sich die Kolben beim Expandieren des Verbrennungsgases gleichzeitig, das heißt, die auftretenden Kräfte und Momente werden weitestgehend ausgeglichen. Dadurch werden Vibrationen nahezu vollständig ausgeglichen, so dass sich spezielle Vorrichtungen hierfür, wie Ausgleichswellen usw. erübrigen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel stehen die beiden Kolben unter einem Winkel von 180° zueinander. Dies bedeutet, dass die beiden Kolben einander gegenüberliegen und gegenläufige Bewegungen ausführen. Der Zylinder kann daher einfach als Hülse hergestellt werden kann.

Es ist jedoch auch denkbar, dass die beiden Kolben unter einem von 180° abweichenden Winkel zueinander liegen, das heißt dass der Zylinder eine V-Form besitzt. Hierdurch verringert sich die Größe des Motors, so dass dieser schmaler bauen kann.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die beiden Kolben in ihrem oberen Totpunkt einen Abstand zueinander auf, wobei in diesem, zwischen den Kolben sich befindenden Bereich mindestens ein Einlassventil, ein Auslassventil und gegebenenfalls eine Zünd- oder Glühkerze in der Zylinderwand vorgesehen sind bzw. sein können. Die Kolben können auch speziell hierfür vorgesehene Ausnehmungen im Mantelbereich besitzen, so dass sie die Zylinderwand im Bereich der Ventile beziehungsweise der Zündvorrichtungen nicht überfahren.

In bevorzugter Weise ist die Brennkammer sphärisch ausgebildet. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Expansionskräfte der Verbrennungsgase sich nach allen Richtungen gleich ausbreiten und dadurch die Kräfte gleichmäßig in die Kolben eingeleitet werden.

Mit Vorzug ist der Kolbenboden eingesenkt und bildet einen Teil der Brennkammer. Dabei kann die Einsenkung teilsphärisch sein oder eine andere Form besitzen bzw. Einrichtungen zur Verwirbelung der Verbrennungsgase aufweisen.

Zwischen 50% und 90%, insbesondere 75% der Brennkammer befindet sich im Kolbenboden der beiden Kolben. Der Rest der Brennkammer wird von dem zwischen den beiden Kolben sich befindenden Bereich des Zylinders gebildet. Bei einer sphärischen Brennkammer weist der zwischen den beiden Kolben sich befindende Bereich des Zylinders bei im oberen Totpunkt sich befindenden Kolben eine teilsphärische Krümmung auf. Die Brennkammer, die von diesem Bereich des Zylinders sowie den beiden Kolbenboden gebildet wird, besitzt nun eine sphärische, d.h. kugelförmige Gestalt.

Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor kann ein Zweitaktmotor oder ein Viertaktmotor sein, wobei sowohl das Ottoprinzip als auch das Dieselprinzip Anwendung finden kann. Bei als Zweitaktmotor ausgeführter Variante, überfährt der Kolben die Überströmkanäle und es sind keine Einlass- und Auslassventile vorhanden.

Die beiden Kurbelwellen sind erfindungsgemäß zum Beispiel mittels Übersetzungsrädern mit einem Schwungrad gekoppelt und weisen die gleiche Drehrichtung auf. Es ist auch denkbar, dass die Kurbelwellen mittels einer Kette oder eines Zahnriemens mit dem Schwungrad gekoppelt sind.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten sowie in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

In der Zeichnung zeigen:
1 einen Schnitt I-I gemäß 4 durch eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors;
2 eine vergrößerte Wiedergabe des Bereichs II gemäß 1;
3 einen Schnitt III-III gemäß 4 durch das Getriebegehäuse des Motors; und
4 eine Draufsicht in Richtung des Pfeils IV auf den Verbrennungsmotor gemäß 1.
Die 1 zeigt einen Schnitt I-I gemäß 4 in Seitenansicht des insgesamt mit 10 bezeichneten Verbrennungsmotors. Dieser Schnitt zeigt den Verbrennungsmotor 10 sehr schematisch. Viele Bauteile sind schematisch dargestellt, so zum Beispiel der Zylinder 12, der im Wesentlichen hülsenförmig ausgestaltet ist und in welchem zwei Kolben 14 und 16 verschieblich und gegenläufig gelagert sind. Diese Kolben 14 und 16 sind jeweils an einem Pleuel 18 befestigt, welches wiederum mit einer insgesamt mit 20 bezeichneten Kurbelwelle verbunden sind. Außerdem sind noch die Antriebe 22 und 24 für das Einlassventil und das Auslassventil erkennbar. Diese Antriebe 22 und 24 werden zum Beispiel von Nockenwellen gebildet. Ferner ist in 1 erkennbar, dass die Brennkammer 26 sphärisch ausgestaltet ist.
Die 2 zeigt eine vergrößerte Ansicht der sphärischen Brennkammer 26 sowie der beiden Kolben 14 und 16, die in ihrem oberen Totpunkt stehen. Es ist deutlich erkennbar, dass die in der Wand 28 des Zylinders 12 vorgesehene Kugelform sich in den Kolbenböden 30 der beiden Kolben 14 und 16 fortsetzt, indem die Kolbenböden 30 eingesenkt, das heißt mit Ausnehmungen versehen sind. Der teilsphärisch ausgestaltete Bereich 32 der Wand 28 des Zylinders 12 weist eines der beiden Ventile, zum Beispiel das Einlassventil 34 auf, welches ebenfalls teilsphärisch gekrümmt ist. Die teilsphärische Krümmung des Bereichs 32 der Zylinderwand 28 setzt sich im Kolbenboden 30 fort, so dass die gesamte Brennkammer 36 im Wesentlichen kugelförmig ist. Schließlich ist in der 2 andeutungsweise noch eine Einspritzdüse 60 und eine Zündkerze 36 dargestellt, wobei hier aber auch eine Glühkerze vorgesehen sein kann, falls der Verbrennungsmotor 10 nach dem Dieselprinzip arbeitet.
In der 3 ist ein mit 38 bezeichnetes Getriebegehäuse dargestellt, in welches die Achsen 40 der Kurbelwellen 20 einmünden und dort jeweils ein Kurbelzahnrad 42 tragen. Dieses Kurbelzahnrad 42 kämmt mit einem Übersetzungs- oder Übertragungszahnrad 44, welches mit einem Schwungrad 46 in Eingriff steht. Die Drehrichtungen der Zahnräder 42, 44 und 46 sind mit Pfeilen 48 angezeigt.
Aus der 3 ist zudem noch erkennbar, dass an den Übertragungszahnrädern 44 ein Zahnrad 50 für den Antrieb einer (nicht dargestellten) Ölpumpe, ein Zahnrad 52 für eine (nicht dargestellte) Wasserpumpe und ein Zahnrad 54 für einen (nicht dargestellten) Starter angreifen. Am Schwungrad 46 greifen Antriebszahnräder 56 und 58 für die Antriebe 22 und 24 für die Nockenwellen für die Ventile an.
Es ist deutlich erkennbar, dass aufgrund der symmetrischen Anordnung der einzelnen Bauteile die auftretenden Kräfte und Momente weitestgehend symmetrisch auftreten und daher Unwuchten und Vibrationen weitestgehend ausgeschlossen sind.
Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor 10 besitzt einen höheren Wirkungsgrad, da in der Brennkammer 26 auftretende Kräfte nicht nur auf einen, sondern gleichzeitig auf zwei Kolben 14 und 16 einwirken, die beide das Schwungrad 46 antreiben.

Claims

Verbrennungsmotor (10) mit einem Zylinder (12) und einem im Zylinder (12) verschieblich geführten Kolben (14), der einen einer Brennkammer (26) zugewandten Kolbenboden (30) aufweist und über ein erstes Pleuel (18) mit einer ersten Kurbelwelle (20) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kolben (14) ein zweiter, verschieblich im Zylinder (12) geführter Kolben (16) gegenüberliegt, wobei der zweite Kolben (16) ebenfalls einen Kolbenboden (30) aufweist, wobei zwischen den beiden Kolbenböden (30) die Brennkammer (26) angeordnet ist und der zweite Kolben (16) über ein zweites Pleuel (18) mit einer zweiten Kurbelwelle (20) gekoppelt ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden Kolben (14, 16) gegenläufig bewegen.
Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich beiden Kolben (14, 16) gleichzeitig bewegen.
Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kolben (14, 16) unter einem Winkel von 180° zueinander stehen.
Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kolben (14) und der zweite Kolben (16) in ihrem oberen Totpunkt voneinander beabstandet sind und in diesem zwischen dem ersten Kolben (14) und dem zweiten Kolben (16) sich befindenden Bereich (32) ein Einlassventil (34), ein Auslassventil, eine Einspritzdüse (60) und/oder eine Zünd- oder Glühkerze (36) in der Zylinderwand (28) vorgesehen sind.
Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (26) sphärisch ist.
Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenböden (30) der beiden Kolben (14, 16) eingesenkt sind.
Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich 50% bis 90% der Brennkammer (26) im jeweiligen Kolbenboden (30) der beiden Kolben (14, 16) befindet.
Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich 75% der Brennkammer (26) im jeweiligen Kolbenboden (30) der beiden Kolben (14, 16) befindet.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsenkung teilsphärisch ist.
Verbrennungsmotor nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 10, insbesondere nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt des Zylinders (12) im Bereich (32) zwischen den beiden im oberen Totpunkt sich befindenden Kolben (14, 16) teilsphärisch ist.
Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Zweitaktmotor, Viertaktmotor bzw. ein Otto- oder ein Dieselmotor ist.
Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kurbelwellen (20) mit einem Schwungrad (46) gekoppelt sind.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwellen (20) die gleiche Drehrichtung aufweisen.