DE102012020446A1

DE102012020446A1 - Verbrennungsmotor mit variabler Verdichtung

Info

Publication number: DE102012020446A1
Application number: DE201210020446
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-10-11
Filing date: 2012-10-11
Publication date: 2014-04-17

Abstract

Verbrennungsmotor mit variabler Verdichtung bei dem der Kolben aus zwei Teilen besteht, die sich zueinander verschieben lassen.

Description

Die variable Verdichtung eines Verbrennungsmotors ist bei dem Stand der Reife heutiger Motoren, die wahrscheinlich noch einzig verbliebene Möglichkeit weitere Fortschritte in Richtung Verbrauchsreduzierung, vor allem im Teillastbereich, zu erzielen, die außerdem mit Einsparungen, durch Getriebe mit weniger Gängen und einer geringeren Anzahl von Ladern, einher gehen kann.
Vor allem steht bereits beim Start eines solchen Motors ein wirksames, d. h., ein weitaus größeres Drehmoment zur Verfügung als bei einem Motor ohne variable Verdichtung.
Natürlich hat es in der Vergangenheit nicht an Versuchen gefehlt, auch dieses Potenzial zu nutzen. Es wurden viele diesbezügliche Motoren entworfen und einige davon auch gebaut. Doch keine Konstruktion hat den Sprung in die Serienfertigung geschafft. Obwohl sie durchaus funktionierten, scheiterten letztlich alle an dem zusätzlichen Bauaufwand, der für die variable Verdichtung bei diesen Vorschlägen, gegenüber Motoren ohne diese, notwendig wurde und damit dann in keinem sinnvollen Verhältnis mehr zum erzielten Nutzen standen.
Die nachstehend beschriebene Erfindung löst dieses Problem mit vergleichsweise geringem und somit vertretbarem Aufwand, der sich schon in kurzer Zeit amortisiert. Der Umstand, dass es genügt die Stellung des Kolbens eines Motors bei seinem oberen Todpunkt nur um einen winzigen Bruchteil seines Hubes, also um wenige mm, zu verändern, um eine wirksame Veränderung des Verdichtungsverhältnisses zu erreichen, kann bei einem Motor mit gegenläufigen Kurbelwellen und Gabelpleuel (beschrieben in einer anderen Patentanmeldung) so umgesetzt werden, in dem der dort eingesetzte Kolben nicht mehr, aus einem Stück bestehend, belassen bleibt, sondern verändert in zwei getrennte aber verbundene Teile umgestaltet wird.
Im äußerem Teil, dem eigentlichen Kolben selbst, ist am unteren Ende innen ein Gewindegang eingeschnitten, in welchem das zweite, ein inneres, ringförmiges Teil, mit dem Gegengewinde, eingeschraubt sitzt, das mit den beiden Pleuelaufnahmen fest verbunden ist. Der Kolben ist dann zusätzlich seitlich, jeweils gegenüberliegend, mit zwei schmalen Verlängerungen versehen, die bei der Stellung des Kolben im oberen Todpunkt ein Stück unter dem Zylinder hinaus ragen, gleichzeitig durch einen Ring führen, der unmittelbar unter dem Zylinder drehbar gelagert ist. Bei der Bewegung des Kolbens nach unten dienen diese Öffnungen, die in Form und Größe mit den Verlängerungen übereinstimmen, als Führungen. Beim Verdrehen dieses Ringes, am sinnvollsten durch ein Schneckenrad, wird der Kolben durch diese beiden Verlängerungen, gegenüber dem Pleuelaufnahmering verdreht und wegen der Steigung des Gewindes, je nach Drehrichtung, entweder angehoben oder abgesenkt.
Natürlich muss der Motor konstruktiv so gestaltet werden, dass diese Verlängerungen des Kolbens, beim Erreichen seines unteren Todpunktes, genau so wenig vorher, also in jeder Drehstellung des Ringes, nicht mit den Kurbelwangen oder den beiden Pleueln kollidieren
Die Verdrehung von Ring und Kolben kann natürlich nur zu einem Zeitpunkt erfolgen, wenn die auf dem Kolben wirkenden Kräfte, wie Arbeitsdruck und Beschleunigung, am geringsten sind. Dieser liegt im Bereich der Kolbenstellung vor ”Auslass schließt” bzw. nach ”Einlass öffnet”, also um den oberen Todpunkt des Kolbens zwischen zwei Zündungen. Je steiler der Gewindegang, um so weniger muss der Kolben verdreht werden. Ein sinnvolles Verhältnis, beider zueinander, wird sich empirisch finden lassen.
Prinzipiell wäre eine Teilung des Kolbens auch bei konventionellen Motoren möglich, aber der zweigeteilte Kolben, dürfte hierbei einfach zu schwer werden, einschließlich der hier sehr viel längeren Mitnehmerstücke. Außerdem müssten bei diesen Motoren die Pleuel stark verlängert werden und somit die Motoren deutlich höher und schwerer ausfallen, weil es ohne diese Verlängerung keinen Platz gibt, die Mitnehmer in jeder Stellung, ohne Kollision mit den Kurbelwangen und Pleuel, unter zu bringen. Einer leichtgängigen Drehung des Kolbens stünden hier nach wie vor, die auf ihn einwirkenden Seitenkräfte entgegen.
Die bei den Motoren mit zwei Kurbelwellen eingesetzten Flachkolben werden jedoch bei ihrer Zweiteilung, im ungünstigsten Fall nur das Gewicht eines normalen, ungeteilten Kolbens erreichen, auch wenn der Kolben doch ein wenig höher ausfallen muss, um das verbindende Gewinde, wegen der höheren Temperaturen in der Nähe des Kolbenbodens, weit genug von diesem, entfernt zu halten.

Claims

Verbrennungsmotor mit variabler Verdichtung dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben eines Motors mit gegenläufigen Kurbelwellen und verbindenden Gabelpleuel zweigeteilt ist, also aus einem äußeren Teil und einem inneren Teil besteht, die beide miteinander durch ein Gewinde verbunden sind, wobei der äußere Teil die Abdichtung gegen den Verbrennungsraum übernimmt und der innere Teil die Übertragung des Verbrennungsdruckes auf die Kurbelwellen.
Verbrennungsmotor wie unter 1. beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass am äußeren Teil des Kolbens, jeweils gegenüberliegend, zwei schmale Verlängerungen angesetzt sind, die durch einen am unteren Ende des Zylinders sitzenden Ringes mit zwei entsprechenden Öffnungen ragen und damit bei der Auf- und Ab-Bewegung des Kolbens geführt sind.
Verbrennungsmotor wie unter 1. und 2. beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsring drehbar gelagert ist und seine Verdrehung im Zusammenspiel seiner am Umfang angebrachten Verzahnung und eines an einer Seite des Zylinder angeordneten Schneckenrades, damit selbst hemmend, erfolgt, womit, durch die Verdrehung des gemeinsamen Gewindes, der äußere Teil des Kolbens vom inneren Teil des Kolbens abgehoben bzw. abgesenkt wird und sich damit das jeweils gewünschte bzw. notwendige Verdichtungsverhältnis einstellt.
Verbrennungsmotor wie unter 1., 2. und 3. beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehung des Schneckenrades und damit das Verdichtungsverhältnis elektronisch gesteuert wird, wahlweise, ohne Schneckenverzahnung, auch mittels eines kleinen Zylinders pneumatisch oder hydraulisch erfolgen kann.
Verbrennungsmotor wie unter 1., 2., 3., und 4. beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass sich wegen des hervorragenden Massenausgleichs, lediglich zwei Einzylindermotoren bei Kleinfahrzeugen bzw. zwei Zweizylindermotoren bei größeren Fahrzeugen einsetzen lassen, die mit je einer eignen Kupplung ausgestattet, sich einzeln zu- oder abschalten lassen, was etwa mit einer Verdopplung bzw. Halbierung von Leistung und Verbrauch einher geht.