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Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor gemäß dem unabhängigen Anspruch.
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Es sind bereits Verbrennungsmotoren zur Übertragung einer mechanischen Kraft über ein Pleuel auf eine Kurbelwelle bekannt. Diese Verbrennungsmotoren kommen beispielsweise in Kraftfahrzeugen zum Einsatz, um durch die Verbrennung von Kraftstoff in einer Brennkammer chemische Energie in eine mechanische Antriebskraft umzuwandeln.
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Konventionelle Zweitaktmotoren umfassen einen einzelnen Zylinder und einen innerhalb des einen Zylinders beweglich angeordneten Kolben, wobei der Kolben derart im Zylinder angeordnet ist, dass zwischen dem Kolben und dem Zylinder genau eine Brennkammer ausgebildet ist und welcher Kolben mit einem innerhalb des Zylinders angeordneten Pleuel beweglich verbunden ist, wobei ferner der konventionelle Zweitaktmotor nach einem sich wiederholendem Kreisprozess bestehend aus zwei Arbeitstakten arbeitet. Da die vom Motor aufgebrachte Kraft mit der Menge an verbranntem Kraftstoff steigt, diese Menge an verbranntem Kraftstoff jedoch durch die Ausformung der Brennkammer vorgegeben ist und weiterhin ein konventioneller Zweitaktmotor lediglich eine Brennkammer umfasst, ergibt sich bei Zweitaktmotoren aus dem Stand der Technik das Problem einer unzureichenden Kraftaufbringung pro Kreisprozess.
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Konventionelle Viertaktmotoren umfassen wie der konventionelle Zweitaktmotor ebenfalls einen einzelnen Zylinder und einen innerhalb des einen Zylinders beweglich angeordneten Kolben, welcher Kolben derart im Zylinder angeordnet ist, dass zwischen dem Kolben und dem Zylinder genau eine Brennkammer ausgebildet ist und welcher Kolben mit einem innerhalb des Zylinders angeordneten Pleuel beweglich verbunden ist, wobei der konventionelle Viertaktmotor ferner nach einem sich wiederholendem Kreisprozess bestehend aus vier Arbeitstakten arbeitet. Jedoch umfassen die aus dem Stand der Technik bekannten Viertaktmotoren lediglich eine Brennkammer pro Zylinder, so dass sich hier das Problem einer geringen Kraftaufbringung pro Kreisprozess ergibt.
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Konventionelle Sternmotoren umfassen mehrere radial zur Kurbelwelle angeordnete Viertaktmotoren, welche die Kurbelwelle so durch einen an der Kurbelwelle angeordneten Exzenter antreiben. Da Sternmotoren aus dem Stand der Technik auf konventionellen Viertaktmotoren beruhen, folgt das Problem der unzureichenden Kraftaufbringung pro Kreisprozess auch für Sternmotoren aus dem Stand der Technik, auch wenn es hier grundsätzlich viele Brennkammern gibt.
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Als technologischer Hintergrund sind aus dem Stand der Technik bekannt, die
DE 1451924 A , die
DD 59975 A1 und die
US 1835138 .
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Ferner ist aus der
DE 19921163 A1 ein Doppelkammer-Motor bekannt, der einen Kolben mit zwei Kolbenböden realisiert. Der Kolben bewegt sich im Zylinder mit Doppelbrennkammer und beidseitigem Zylinderkopf. Der Pleuel ist dabei außerhalb des Zylinders geführt. Die Ventile werden über getrennt laufende Nockenwellen betätigt. Aufgrund der vielen Nockenwellen lässt sich der gezeigte Doppelkammermotor schwer einstellen und ist wenig zuverlässig. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, der die Nachteile aus dem Stand der Technik überwindet und insbesondere eine zuverlässige Ventileinrichtung bereitstellt.
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Diese Aufgabe wird durch einen Verbrennungsmotor zur Übertragung einer mechanischen Kraft über ein Pleuel auf eine Kurbelwelle gemäß Anspruch 1 gelöst. Der Gegenstand der Unteransprüche betrifft jeweils vorteilhafte Aspekte der Erfindung.
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Die Erfindung umfasst einen Verbrennungsmotor, welcher Verbrennungsmotor einen Zylinder und einen innerhalb des einen Zylinders beweglich angeordneten Kolben zur Übertragung einer Kraft über ein Pleuel auf eine Kurbelwelle umfasst. Der Kolben ist derart im Zylinder angeordnet, dass zwischen dem Kolben und dem Zylinder auf gegenüberliegenden Seiten des Kolbens jeweils eine Brennkammer ausgebildet ist. Indem zwei Brennkammern gebildet werden, ermöglicht der Verbrennungsmotor prinzipiell eine doppelte Krafterzeugung indem ein Kolben als Druckkolben, hinsichtlich der Kraftübertragung auf den mittleren Hauptexzenter hinsichtlich des Aufbaues und der Funktion eines Sternmotors und der andere als Zugkolben dient.
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Dabei umfasst jede Brennkammer mindestens ein Einlassventil und mindestens ein Auslassventil. Die Einlassventile und Auslassventile sind jeweils senkrecht zur Bewegungsrichtung des Kolbens ausgerichtet. Jedes Einlassventil und jedes Auslassventil hat ein Drehventil für getrennte Anschlussleitungen. Drehventile erlauben eine baulich einfache Synchronisation der Ventile untereinander. Jedes der Drehventile ist jeweils derart in dem Zylinder angeordnet, dass durch jeweils eine Ventilregeleinheit für beide Gaseinlässe und Gasauslässe in den beiden Brennkammern geregelt wird, wobei die beiden Ventilregeleinheiten Exzenter, die an einer Steuerungsscheibe angeordnet sind, darstellen. Diese Exzenter werden durch Steuerungsbolzen bewegt, die an, direkt an der Kolbenstange befestigten Flachkulissen, anliegen und so eine optimale Eistellung der Steuerzeiten ermöglichen.
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Die Erfindung umfasst auch einen Verbrennungsmotor, welcher Verbrennungsmotor zwei Zylinder und jeweils einen innerhalb dieser Zylinder angeordneten Kolben zur Übertragung einer richtungswechselnden Kraft auf der gleichen Kraftachse über zwei außerhalb der Kolben (-Mittelstück,-Zylindereinheit) liegende Kraftabnahmepunkte bzw. exzentrische Pleuellager. Dieser ist bevorzugt im Aufbau eines Drei-Zylinder-Sternmotors mit bevorzugt einem Winkel von 120 Grad angeordneten Kolbenzylindereinheiten aufgebaut. Vorteilhaft ist auch die Teilung um mindestens ein Grad zu ändern um eine zum Beispiel 119-119-122 Grad Teilung zu erhalten. Die Zylindereinheit umfasst zwei Zylinder mit jeweils einem Kolben und jeweils einer Brennkammer und sind so angeordnet, dass sie auf gleicher Kraftwirkungsachse liegen. Die zwei Kolben sind mit einem Kolbenverbindungsbolzen fest verbunden, dass dieser eine „Verlängerung“ der beiden Kolben, die dann als Einheit bzw. als ein doppelt wirkender Kolben wirken und weiterhin die Möglichkeit im Aufbau mit einem Zwischenstück gewährleistet, das dann die Möglichkeit als Befestigung der gegenüberliegenden Zylinder dient.
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Gemäß einem vorteilhaften Aspekt umfasst der Zylinder zwei längliche Aussparungen, die eine Größe und Form haben, damit der Kolben mit einem Pleuel durch die Aussparung verbunden werden kann. Die länglichen Aussparungen sind in einer bevorzugten Ausgestaltung 3-20 cm lang und 0,5-2 cm breit. Gemäß einem alternativen vorteilhaften Aspekt bildet ein Zwischenstück eine Verlängerung des Zylinders, welches die Aussparungen umfasst. In einer weiteren vorteilhaften Ausführung sind diese Aussparungen durch Abdeckplatten abgedichtet und mittig mit der Kolbenstange verbunden. Diese mehr als der eineinhalbfachen Breite der Aussparungen, laufen in einfachen Passnuten gelagert mit der Arbeitsbewegung der beiden kooperierenden Kolben, die als ein doppeltwirkender Kolben fungieren, mit.
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Weiterhin können Pleuelstangen durch Exzenterlager mit der Kurbelwelle verbunden sein. In einer weiteren vorteilhafteren Ausführung ist die Ausrichtung der Exzenterrichtung kontrovers, bzw. zueinander um 180 Grad gedreht, so dass ein Unterschied hinsichtlich der Länge der gegenüberliegenden Pleuel auftritt. Hervorzuheben ist, dass dies bei Sternmotoren möglich ist, bei denen keine Drehung der Hauptkurbelwelle im eigentlichen Sinne vorliegt, sondern der Pleuelverband nur eine regelmäßiggleichmäßig-exzentrische Verschiebung bei Ablauf eines vollen Arbeitsganges durchläuft.
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Dabei ist besonders vorteilhaft, dass die Aussparungen eine Länge aufweisen, die länger ist als der Kolbenhub, damit die Länge der Aussparung die ungehinderte Bewegung, des mit dem Kolben verbundenen Pleuel, auf der gesamten Länge des Kolbenhubs ermöglicht.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung des Verbrennungsmotors ist die Höhe des Kolbens mindestens die zweifache Länge des Kolbenhubs. Es muss eine Differenz zwischen Kolbenhub und länglicher Ausdehnung der Aussparungen vorhanden sein, damit kein Brenngemisch seitlich aus der Aussparung entweicht.
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Bevorzugt ist weiterhin eine Ausführung des Verbrennungsmotors, bei dem die Aussparungen diametral am Zylinder angeordnet sind. Die gegenüberliegende Anordnung der Aussparung ermöglicht eine Befestigung des Kolbens bei der symmetrische Kräfte auftreten, um einseitige Abnutzungen zu verhindern.
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Gemäß einem vorteilhaften Aspekt sind die Aussparungen mittig zwischen den Enden der Brennkammern angeordnet. Damit ergibt sich ein symmetrischer Aufbau des Verbrennungsmotors.
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Gemäß einem weiterhin bevorzugten Aspekt umfasst die Erfindung ein Sternmotor mit mindestens drei Verbrennungsmotoren.
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Besonders bevorzugt ist, dass der Sternmotor genau drei Verbrennungsmotoren umfasst, die in einer senkrecht einer Drehachse (A-A) stehenden Ebene in gleichmäßigen Winkelabständen radial um diese Drehachse (A-A) angeordnet sind.
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Es ist zudem bevorzugt, dass der Sternmotor ein rohrförmiges Gaszulaufsystem und ein rohrförmiges Gasauslaufsystem umfasst, welches Gaszulaufsystem kreisförmig bezüglich der Drehachse (A-A) so angeordnet ist, dass es die Gaseinlässe untereinander gasdurchlässig verbindet, und wobei das Gasauslaufsystem kreisförmig bezüglich der Drehachse (A-A) so angeordnet ist, dass es die Gasauslässe gasdurchlässig untereinander verbindet.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Beispiels in Verbindung mit Zeichnung detailliert beschrieben.
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Darin zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführung des Verbrennungsmotors zur Übertragung einer mechanischen Kraft über ein Pleuel auf eine Kurbelwelle. Dabei ist bei dieser schematischen Darstellung der Zylinder zur besseren Übersicht zeichnerisch aufgetrennt dargestellt;
- 2 eine Darstellung eines Schnittes durch den Verbrennungsmotor aus 1;
- 3 eine Darstellung einer vorteilhaften Variante des Sternmotors, bestehend aus drei radial zur Drehachse der Kurbelwelle angeordneter Verbrennungsmotoren aus 1; und
- 3a der Sternmotor aus 3 im Sandwichaufbau.
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Der in 1 beispielhaft dargestellte Verbrennungsmotor 100 zur Übertragung einer mechanischen Kraft über ein Pleuel 114 bzw. 117 auf eine Kurbelwelle (nicht dargestellt) umfasst einen Zylinder 111 (in 1 aufgeschnitten dargestellt, damit der innenliegende Kolben zu sehen ist, wobei die geschweifte mit X bezeichnete Klammer die im Betrieb zusammengefügten Teile angibt) und einen innerhalb des einen Zylinders 111 beweglich angeordneten Kolben 101, wobei der Kolben 101 derart im Zylinder 111 angeordnet ist, dass zwischen dem Kolben 101 und dem Zylinder 111 auf gegenüberliegenden Seiten des Kolbens 101 jeweils eine Brennkammer (siehe 2) ausgebildet ist.
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Der Verbrennungsmotor 100 hat zwei längliche, diametral am Zylinder 111 angeordnete Aussparungen 112 und 122, deren Mittelpunkte mittig zwischen den Enden der Brennkammern angeordnet sind, und die in einer bevorzugten Ausgestaltung eine Größe und Form besitzen, damit der Kolben 101 mit einem Pleuel 114 bzw. 117 durch die Aussparung 112 bzw. 122 verbunden werden kann.
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Der Verbrennungsmotors 100 hat zwei Pleuel 114 und 117 zur Übertragung einer Kraft auf eine Kurbelwelle, welche Pleuel 114 und 117 jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Kolbens 101 außerhalb des Zylinders 111 beweglich über jeweils ein Eckteil 120 bzw. 121 angeordnet sind.
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Jede Brennkammer hat mindestens ein Einlassventil (siehe 2) und mindestens ein Auslassventil (siehe 2), wobei jedes Einlassventil und jedes Auslassventil ein Drehventil 107, 108, 115 bzw. 116 für getrennte Anschlussleitungen 106, 110, 113 bzw. 118 ist. Diese Drehventile 107, 108, 115 bzw. 116 sind im vorliegenden Beispiel derart im Zylinder 111 angeordnet, dass durch eine Ventilregeleinheit der Gaseinlass und der Gasauslass in die beiden Brennkammern geregelt wird, wobei die Ventilregeleinheit in einer vorteilhaften Ausführung ein an einer Steuerungsscheibe 104 angeordneter Exzenter 102 ist.
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In 2 ist eine Darstellung eines Schnittes durch den Verbrennungsmotor 100 aus 1. Auch hier ist der Zylinder aufgeschnitten dargestellt, damit die Darstellung zu 1 korrespondiert. Die Bezugszeichen korrespondieren zu denen in 1 und werden hier nicht wiederholt erläutert.
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Über die Darstellung einer Variante des Verbrennungsmotors 100 aus 1 hinaus, zeigt 2 den Zylinder 111 und einen innerhalb des einen Zylinders 111 beweglich angeordneten Kolben 101, wobei der Kolben 101 derart im Zylinder 111 angeordnet ist, dass zwischen dem Kolben 101 und dem Zylinder 111 auf gegenüberliegenden Seiten des Kolbens 101 jeweils eine Brennkammer 201 bzw. 202 ausgebildet ist.
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An jeder Brennkammer 201 und 202 sind Einlassventile 206 bzw. 205 und Auslassventile 207 bzw. 204 angeordnet.
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In 3 ist ein Sternmotor 300 dargestellt, welcher Sternmotor 300 mit drei Verbrennungsmotoren 100 hat. Die drei Verbrennungsmotoren 100 sind in einer senkrecht zur Drehachse (A-A) der Kurbelwelle 307 stehenden Ebene in gleichmäßigen Winkelabständen radial um diese Drehachse (A-A) angeordnet.
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Die Kurbelwelle 307 steht mit jeweils zwei Pleuel 114, 117 mit jedem Verbrennungsmotor in Verbindung.
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3 zeigt außerdem nach einer vorteilhaften Ausführung noch einen Sternmotor 300, welcher ein rohrförmiges Gaszulaufsystem 301, 302 und 303 und ein rohrförmiges Gasauslaufsystem 304, 305 und 306 umfasst, welches Gaszulaufsystem 301, 302 und 303 in einer bevorzugten Anordnung kreisförmig bezüglich der Drehachse (A-A) der Kurbelwelle so angeordnet ist, dass es die Gaseinlässe 106 und 118 der drei Verbrennungsmotoren untereinander gasdurchlässig verbindet, und wobei das Gasauslaufsystem 304, 305 und 306 in einer vorteilhaften Anordnung kreisförmig bezüglich der Drehachse (A-A) der Kurbelwelle so angeordnet ist, dass es die Gasauslässe 110 und 113 der drei Verbrennungsmotoren untereinander verbindet.
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3A zeigt einen Sternmotor in Sandwich-Anordnung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1451924 A [0006]
- DD 59975 A1 [0006]
- US 1835138 [0006]
- DE 19921163 A1 [0007]
