DE102016000742A1

DE102016000742A1 - Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102016000742A1
Application number: DE102016000742.7A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-01-26
Filing date: 2016-01-26
Publication date: 2017-07-27

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor (1) mit zumindest zwei Zylindern (10), zumindest zwei Kolben (20), dazwischen angeordnet zumindest jeweils einem Verbrennungsraum (30) mit jeweils zumindest einem Ventil (12, 22) zur gesteuerten Öffnung des Verbrennungsraums (30), wobei im jeweiligen Zylinder (10) in dem Verbrennungsraum (30) mittels des Kolbens (20) variabler Größe eine Verbrennung zündbar ist, wegen welcher Verbrennung der den Verbrennungsraum (30) auf einer Seite begrenzende Kolben (20) sich im Zylinder (10) von einem ersten Totpunkt (34) zu einem zweiten Totpunkt (36) hin bewegbar ist, wobei der Kolben (20) mit einem Antriebselement (38) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit zumindest zwei Zylindern, zumindest zwei Kolben, dazwischen angeordnet zumindest jeweils einem Verbrennungsraum mit jeweils zumindest einem Ventil zur gesteuerten Öffnung des Verbrennungsraums. Im jeweiligen Zylinder findet in dem Verbrennungsraum mittels des Kolbens variabler Größe, insbesondere auf die Zündung mit einer Zündkerze hin, eine Verbrennung statt, weshalb der den Verbrennungsraum auf einer Seite begrenzende Kolben sich im Zylinder von einem ersten Totpunkt zu einem zweiten Totpunkt hin bewegen muss. Der Kolben ist mit einem Antriebselement verbunden.
Bekannte Verbrennungsmotoren werden zum Übertragen ihrer erzeugten Bewegungen mittels eines Pleuels auf eine Kurbelwelle übertragen, bis heute eine Problemzone. Es wird ein verbesserter Verbrennungsmotor benötigt, der diese Problemzone möglichst nicht aufweist.
Dazu schlägt die Erfindung einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, eine Krafterzeugungs- und Übertragungsgruppe nach Anspruch 8 und ein Verbrennungsverfahren nach Anspruch 9 vor.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in Unteransprüchen angegeben.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist je Verbrennungsraum zumindest eine Zylinderöffnung mit Zylinderventil und zumindest zwei Kolbenöffnungen mit Kolbenventilen auf.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform besteht ein Motor aus genau zwei Zylindern mit jeweils einem Kolben, wobei die beiden Zylinderöffnungen mittels einer Verbindungsleitung verbunden sind.
Im Weiteren wir die Erfindung anhand von einem in Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Die 1 bis 8 zeigen einen erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor 1 nach dem vorteilhaften Ausführungsbeispiel in einem erfindungsgemäßen Verbrennungsverfahrensablauf der Nummerierung folgend. Der Verbrennungsmotor 1 des Ausführungsbeispiels hat in einer Kolbenhemdanordnung zwei Zylinder 10, zwei Kolben 20 und dazwischen angeordnet jeweils einen Verbrennungsraum 30. Je Verbrennungsraum 30 sind ein Verbrennungsraumventil 12 oberhalb des Kolbens 20 und ein Zwischenventil 22 im Kolben 20 zur gesteuerten Öffnung des Verbrennungsraums 30 vorgesehen. Erfindungsgemäß wird immer in einem der beiden Zylinder 10, nämlich in dessen ersten Verbrennungsraum 30.1, dessen Größe mittels des ihm zugeordneten Kolbens 20 variabel ist, eine Verbrennung gezündet, wegen welcher Verbrennung der den ersten Verbrennungsraum 30.1 auf einer Seite begrenzende Kolben 20 sich im Zylinder 10 von einem ersten Totpunkt 34 zu einem zweiten Totpunkt 36 hin bewegt, wobei die beiden Kolben 20 fest miteinander und fest mit einem Antriebselement 38 verbunden sind, sodass Kraftübertragung stattfindet.
Der Zylinder 10 weist eine Zylinderwand 14 auf, welche zumindest in einem mittleren Bereich 16 als Führung für den Kolben 20 dient. Die Zylinderwand 14 weist in dem mittleren Bereich 16 zwei gegenüberliegende längliche Öffnungen 18, auf die in der Seitenansicht nach 9 mit darin geführtem Antriebselement 38 als ein Langloch zu erkennen ist. Die Öffnung 18 erstreckt sich in Bewegungsrichtung der Kolben 20 über die vollständige Bewegungsstrecke der Kolben 20. Das mit dem Kolben 20 verbundene Antriebselement 38 tritt durch die länglichen Öffnungen 18 hindurch, um an ein Kraftübertragungssystem angeschlossen zu werden, beispielsweise an eine Vorrichtung zur Umwandlung der hin- und hergehenden Kolbenbewegung in eine Drehbewegung nach EP 1 612 369 B1 .
Der Kolben 20 trennt den Verbrennungsraum 30 gegenüber einem dem Verbrennungsraum 30 abgewandten Druckraum 40 variabler Größe ab, wobei sich im dargestellten Fall mittels der Bewegung des Kolbens 20 das Volumen der Verbrennungsräume 30; 30.1, 30.2 exakt um dasselbe Differenzvolumen ändert, um welches der Druckraum 40 wächst bzw. abnimmt.
Ein zweites Ventil 22 verschließt und öffnet den Verbrennungsraum 30, wobei das zweite Ventil 22 im dargestellten Ausführungsbeispiel derart in dem Kolben 20 angeordnet ist, dass es mittels einer passiven Ventilsteuerung, nämlich zumindest anteilig pneumatisch per Innendruckabgleich, je nach Position des Kolbens 20 selbständig eine Öffnung durch den Kolben 20 hindurch in den Verbrennungsraum 30 freigibt.
Der Kolben 20 ist gegenüber dem Zylinder 10 im Bereich des Verbrennungsraums 30 und an einem dem Verbrennungsraum 30 abgewandten kalten Ende 24, also oberhalb und unterhalb der Öffnung 38 abgedichtet im Zylinder 10 geführt, sodass zwischen dem Verbrennungsraum 30 und dem kalten Ende 24 ein abgedichteter Bereich bereitsteht, der zumindest in einer Dimension so groß ist wie die Strecke der Kolbenbewegung im Zylinder 10.
Der Verbrennungsmotor weist gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein drittes Ventil 42, auf einer kalten, dem Verbrennungsraum 30 abgewandten Seite der Kolben den Druckraum 40 unten abdichtend auf, vorliegend ein passiv gesteuertes Ventil.
Sämtliche im Ausführungsbeispiel dargestellt Ventile sind vereinfacht dargestellt und funktionieren im Fall einer vertikalen Anordnung der Zylinder zusätzlich zum Druck auch wegen eines Schwerkrafteinflusses. Eine Steuerung nach einem erfindungsgemäßen Verfahren berücksichtigt auch die Massen der Ventile. Die Massenträgheit und die hierdurch ggf. beeinflussten Schließzeitpunkte und -sicherheiten werden berücksichtigt. Ebenso ist in vorteilhaften Ausführungsformen, nicht näher dargestellt, im Rahmen der Erfindung ein Einbau eines Federelements in die Ventilanordnung gelungen, sodass der Einfluss der Massenträgheit vermindert werden konnte und/oder der Ventilschluss länger als von alleine gegeben gesichert bleibt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die zwei Zylinder 10 und Kolben 20 als Paar, bevorzugt als Kolbenhemdanordnung, mit parallelen Bewegungsachsen zum Erreichen synchroner Bewegungsprofile ausgebildet.
Das Verbrennungsverfahren, welches einen erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor nutzt, beginnt in einer Stellung nach 1 mit beiden Kolben in einem oberen Totpunkt und mit geschlossenen Ventilen. Wird in einem der Verbrennungsräume, nach 1 im rechten Verbrennungsraum 30.1, nun gezündet bewegen sich zwangsweise beide Kolben 20 nach unten, Kopplung mittels einer Verbindungsstange 38. Die gekoppelten Kolben 20 sind mithin parallel in den Zylindern 10 geführt, sodass sich beide Verbrennungsräume 30 vergrößern, vgl. 2. Das Kolbenventil des bisher kalten Verbrennungsraumes 30.2 öffnet sich dabei, sodass Luft und/oder Verbrennungsgas zumindest anteilig durch das Kolbenventil in den Verbrennungsraum 30.2 hineinströmen kann und kein entstehender Unterdruck die mittels der Verbrennung verursachte Abwärtsbewegung bremst. Erreichen die beiden Kolben 20 schließlich einen unteren Totpunkt, vgl. 3, werden die Kolbenventile des bisher kalten Verbrennungsraumes 30.2 geschlossen.
War am Anfang (1) unterhalb der Kolben der Druckraum 40 mit einem Bodenventil 42 geöffnet und zu beiden Kolben hin offen ausgestaltet, schließt sich das Bodenventil 42 während der Kolbenbewegung immer mehr, bis es bereits geschlossen ist, bevor die Kolben 20 den unteren Totpunkt (3) erreichen. Demzufolge wird die Luft auf der kalten Kolbenseite noch komprimiert während in dem einen der beiden Zylinder die Verbrennung stattfindet, sodass wegen der noch offenen Kolbenventile des kalten Verbrennungsraumes auch die darin während der Abwärtsbewegung gesammelte Luft komprimiert wird. Am unteren Totpunkt sind sämtliche Ventile geschlossen.
Mit dem beispielsweise mittels Schwungmasse verursachten Einsetzen der Aufwärtsbewegung der Kolben 20, vgl. 4, strömt unten auf der kalten Kolbenseite bei geöffnetem Bodenventil 42 zumindest Luft ein und die Verbrennungsabgase entweichen durch das Zylinderventil 12 desjenigen Zylinders, in welchem die Verbrennung (1) stattgefunden hatte. Beim Erreichen des oberen Totpunktes (5) schließt sich langsam das Zylinderventil 12 des ehemaligen Verbrennungsraumes. Die Luft im neuen Verbrennungsraum 30.2 des vorher kalten Zylinders ist nun maximal komprimiert, wenn im oberen Totpunkt darin die Verbrennung zündet. Währenddessen bleibt das Bodenventil noch offen. Kurz nach Verlassen des oberen Totpunkts, wegen der sich ausdehnenden Luft im neuen Verbrennungsraum, öffnen sich im nun kalten Verbrennungsraum des ersten Zylinders die Kolbenventile 22, sodass dort frische Verbrennungsluft in den nun nicht aktiven ersten Verbrennungsraum 30.1 einströmen kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1612369 B1 [0009]

Claims

Verbrennungsmotor (1) mit zumindest zwei Zylindern (10), zumindest zwei Kolben (20), dazwischen angeordnet zumindest jeweils einem Verbrennungsraum (30) mit jeweils zumindest einem Ventil (12, 22) zur gesteuerten Öffnung des Verbrennungsraums (30), wobei im jeweiligen Zylinder (10) in dem Verbrennungsraum (30) mittels des Kolbens (20) variabler Größe eine Verbrennung zündbar ist, wegen welcher Verbrennung der den Verbrennungsraum (30) auf einer Seite begrenzende Kolben (20) sich im Zylinder (10) von einem ersten Totpunkt (34) zu einem zweiten Totpunkt (36) hin bewegbar ist, wobei der Kolben (20) mit einem Antriebselement (38) verbunden ist.
Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (10) eine Zylinderwand (14) aufweist, welche zumindest in einem mittleren Bereich als Führung für den Kolben (20) dient, und dass die Zylinderwand (14) in dem mittleren Bereich (16) zwei gegenüberliegende längliche Öffnungen (18) aufweist, welche sich über die vollständige Bewegungsstrecke des Kolbens (20) erstrecken, und dass das mit dem Kolben (20) verbundene Antriebselement (38) durch die länglichen Öffnungen tritt.
Verbrennungsmotor (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (20) den Verbrennungsraum (30) gegenüber einem dem Verbrennungsraum (30) abgewandten Druckraum (40) variabler Größe abtrennt, wobei sich besonders bevorzugt mittels der Bewegung des Kolbens (20) das Volumen des Verbrennungsraums (30) exakt um dasselbe Differenzvolumen ändert, um welches der Druckraum (40) wächst bzw. abnimmt.
Verbrennungsmotor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zweites Ventil (22) den Verbrennungsraum (30) verschließt und öffnet, wobei das zweite Ventil (22) bevorzugt derart in dem Kolben (20) angeordnet ist, dass es mittels einer passiven Ventilsteuerung, besonders bevorzugt pneumatisch per Innendruckabgleich, je nach Position des Kolbens (20) selbständig eine Öffnung durch den Kolben (20) hindurch in den Verbrennungsraum (30) freigibt.
Verbrennungsmotor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (20) gegenüber dem Zylinder (10) im Bereich des Verbrennungsraums (30) und an einem dem Verbrennungsraum (30) abgewandten kalten Ende (24) abgedichtet im Zylinder (10) geführt ist, sodass zwischen dem Verbrennungsraum (30) und dem kalten Ende (24) ein abgedichteter Bereich bereitsteht, der zumindest in einer Dimension so groß ist wie die Strecke der Kolbenbewegung im Zylinder (10).
Verbrennungsmotor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein drittes Ventil, nämlich ein Druckraumventil (42), auf einer kalten, dem Verbrennungsraum (30) abgewandten Seite der Kolben im Zylinder (10) oder zumindest den Druckraum (40) abdichtend angeordnet ist, besonders bevorzugt ein passiv gesteuertes Ventil.
Verbrennungsmotor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Zylinder (10) und Kolben (20) als Paar, bevorzugt als Kolbenhemdanordnung, mit parallelen Bewegungsachsen zum Erreichen synchroner Bewegungsprofile ausgebildet sind, besonders bevorzugt in einer Mehrfachpaaranordnung.
Krafterzeugungs- und übertragungsgruppe, bestehend aus einem Verbrennungsmotor (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche und einer Vorrichtung zur Umwandlung der hin- und hergehenden Kolbenbewegung in eine Drehbewegung nach EP 1 612 369 B1.
Verbrennungsverfahren, insbesondere mittels eines Verbrennungsmotors (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, jedenfalls mittels zweier Zylinder (10), zweier Kolben (20), zumindest einem Verbrennungsraum (30) an einem Verbrennungsende und zumindest einem Druckraum (40) an einem kalten Ende (24), aufweisend die zumindest teilweise aufeinander folgenden Verfahrensschritte: – Zünden einer Verbrennung im geschlossenen Verbrennungsraum (30) eines der beiden Zylinder (10) bei Kolbenstellung in einem oberen Totpunkt (34) im Zylinder (10), – Schließen des Druckraumventils (42), – Öffnen eines Zwischenventils (26) zwischen dem während der Verbrennung im ersten Zylinder ungenutzten Verbrennungsraum (30) des zweiten Zylinders (10) und dem geschlossenen Druckraum (40) bis zum Erreichen eines unteren Totpunkts (36) der beiden Kolben (20) in den Zylindern (10), dort Schließen aller Verbrennungsräume (30; 30.1, 30.2), – Öffnen eines Verbrennungsraumventils (12) zum Durchlass der Verbrennungsluft der abgeschlossenen Verbrennung und beispielsweise mittels Schwungmasse verursachter Bewegung der Kolben (20) Richtung oberer Totpunkt (34) – Öffnen eines Druckraumventils (42) zum Einlass frischer Luft in den Druckraum bis zum Erreichen des oberen Totpunkts (34) bei dort geschlossenen Verbrennungsraumventilen und Zwischenventilen, – Zünden einer weiteren Verbrennung im bisher ungenutzten Verbrennungsraum des zweiten Zylinders, – Schließen des Druckraumventils, – Öffnen des Zwischenventils im ersten jetzt unbefeuerten Zylinder zum Vorkomprimieren der Verbrennungsluft für die nächste Verbrennung im momentan ungenutzten Verbrennungsraum, – Schließen aller Verbrennungsraumventile beim Erreichen des unteren Totpunkts und anschließendes Öffnen des Verbrennunsraumventils zum Ablassen der Verbennungsluft aus dem nun nicht mehr befeuerten zweiten Zylinder, – Öffnen des Druckraumventils bis zum erneuten Erreichen des oberen Totpunkts, – und so fort.