DE29813613U1 - Hubkolbenmotor - Google Patents
HubkolbenmotorInfo
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/28—Engines with two or more pistons reciprocating within same cylinder or within essentially coaxial cylinders
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Description
Die Leistung eines Verbrennungsmotors hängt mit von der Fläche des Kolbens ab, auf die der Druck der
explosionsartigen Verbrennung im Zylinder wirkt.
Es ist allgemein bekannt, daß ein Verbrennungsmotor mit dem Druck von Explosionen Kolben antreibt. Die
Bewegung wird im allgemeinen in eine Drehbewegung umgewandelt. In der Form des Verbrennungsraumes und der
Herbeiführung der Explosionen gibt es unterschiedliche, weit verbreitete Ausführungen (Dieselmotor, Ottomotor).
Druck wirkt nach allen Seiten gleich stark. Bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren wird dieser Druck nur an
einer Seite des zylinderförmigen Verbrennungsraumes — am Kolben — genutzt, also nur an einem kleinen Teil der
Umwandung des Verbrennungsraumes.
Aufgabe der Erfindung ist es, Motoren zu schaffen, die an einem Verbrennungsraum mehr als einen Kolben anliegen
haben, der die (Explosions-)Energie ableitet und nutzt. Sq erhöht die Erfindung die Effektivität im Vergleich zu den
nicht so geprägten Motoren.
Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruch
1 gelöst.
Ein Verbrennungsmotor hat bisher Einlaßventil(e) und Auslaßventil(e) und Zünd- oder Glühkerzen an der dem
Kolben gegenüber liegenden Seite. Diese werden nun an der Seitenwand des zylinderförmigen Verbrennungsraumes
plaziert und so die Möglichkeit geschaffen, an der dem Kolben gegenüber liegenden Seite einen weiteren Kolben
einzubauen. Dieser Kolben bewegt auch eine Kurbelwelle. Diese Kurbelwelle liegt parallel zu der des ersten Kolbens
und wird mit der des ersten Kolbens verbunden (mit Hilfe von Zahnrädern oder Zahnriemen oder ähnlich). Dadurch
laufen beide Kolben auch synchron.
Die Erfindung holt eine höhere Energiemenge aus dem Kraftstoff. Zu Beginn des Arbeitstaktes wirkt auf beide
Kolben jeweils der bisherige Druck. Am Ende des Arbeitstaktes wirkt wegen doppelten Hubvolumens und gleich
großem Verbrennungsraum auf beide Kolben jeweils etwas mehr als die Hälfte des bisherigen Drucks. Da es zwei
Kolben sind, wirkt zu Beginn des Arbeitstaktes die doppelte Kraft wie bisher und am Ende des Arbeitstaktes etwas
mehr als die bisherige Kraft, obwohl die gleiche Menge an Kraftstoff verbrannt wird.
Der Energieverbrauch im Auspufftakt, Ansaugtakt und Kompressionstakt ist jeweils um den gleichen Faktor höher,
wie der Energiegewinn im Arbeitstakt. Bei der Energiebilanz läßt sich nun der Faktor ausklammern und in der
Klammer steht immer noch der bisherige Term. Das Vorzeichen ändert sich nicht. Also ist die Leistung des Motors
mit zwei Kolben je Verbrennungsraum um genau jenen Faktor größer.
Wenn beide Kurbelwellen mittels Zahnrädern verbunden werden, spart man sich "zusätzliche" Zahnräder um mittels
einer Zahnradpumpe den Öldruck zu erzeugen. Auch können diese Zahnräder bei ausreichender Größe die Funktion
eines Schwungrades übernehmen. So werden außer dem neuen Kolben und der neuen Kurbelwelle keine "neuen"
beweglichen Teile im Motor eingeführt.
Da beide Kurbelwellen z.B. mittels Zahnrädern verbunden sind und das Gesamtdrehmoment an nur einer Welle
abgegriffen werden kann, wird die zusätzliche Leistung nur unverhältnismäßig wenig durch weitere Wellenlager und
Getriebe absorbiert. Beim Auto würde das bedeuten, daß das Drehmoment, das "auf die Straße gebracht wird"
prozentual höher ist als die reine Mehrleistung des Motors.
Bisher habe ich die Erfindung anhand eines Viertraktmotors erklärt. Es versteht sich von selbst, daß dieses Prinzip
auch für einen Zweitaktmotor gilt. Dabei ist es egal, ob es sich um einen Dieselmotor oder einen Ottomotor handelt.
Es ist auch denkbar, daß ein Motor mehr als nur zwei Kolben pro Verbrennungsraum hat. Je größer die Anzahl der
arbeitenden Kolben oder je größer das Verhältnis der beweglichen Fläche zur festen Ummantelung des
Verbrennungsraumes ist, um so größer ist die Menge Energie, die aus der gleichen Menge Sprit geholt werden kann.
Bei Grenzwertbildung kann mit unendlich vielen Kolben, die die gesamte Oberfläche des Verbrennungsraumes
abdecken, die gesamte Energie des Treibstoffes verwertet werden. Man könnte sich den Motor dann als pulsierende
Kugel vorstellen. Allerdings wird das wegen der unendlich vielen Kurbelwellen nicht realisierbar sein.
Bei mehr als zwei Kolben je Verbrennungsraum läuft die weitere Kurbelwelle "windschief an der Kurbelwelle
vorbei, an der die Kraft abgegriffen wird. Diese muß dann mit Zahnriemen oder schräg verzahnten Zahnrädern o. ä.
verbunden werden. Bei mehreren Kolben je Verbrennungsraum können je zwei (einander nicht genau gegenüber
liegende) Kolben gemeinsam eine Kurbelwelle erhalten. Die jeweilige Anbindung ist dann so, wie bei dem Beispiel
mit drei Kurbelwellen beschrieben.
Es gibt den Faustwert, daß ein bisheriger Verbrennungsmotor mit Hubkolben 40% der Energie verwertet. Ein
zusätzlicher Kolben würde dann 40% der nicht verwerteten Energie verwerten, also (40*60%)%=(40*0,6)%=24%.
Somit käme ein Motor mit zwei Kolben je Verbrennungsraum (bei doppelt so hohem Verhältnis von Kolbenfläche
zur festen Oberfläche des Verbrennungsraumes) nach dieser Faustregel auf 64% verwerteter Energie, ein Motor mit
je drei Kolben auf 78,4%, ein Motor mit je vier Kolben auf 87,04% und so weiter. Die pro zusätzlichem Kolben mehr
verwertete Energie wird immer geringer. Irgendwann wird der zusätzliche Energiegewinn mit einem zusätzlichen
Kolben durch die zusätzlich entstehende Reibung komplett aufgehoben.
Es ist für die Erfindung unerheblich, ob die Kolben symmetrisch oder gleichmäßig an den Verbrennungsraum
angrenzen. Genauso ist die Form des Verbrennungsraumes nicht gezwungenermaßen zylinderförmig oder rund.
Auch kann die Form der Kolbenfläche variieren. Wenn man einen tetraederförmigen Verbrennungsraum wählt,
kann man an den Spitzen die Zünd- oder Glühkerzen und die Ein- und Auslaßventile plazieren und zur Nutzung
einer größtmöglichen Kolbenfläche sechseckige Kolben einsetzen. Auch andere Variationsmöglichkeiten wie z.B.
Form der Ventile oder Kühlrippen sind für das Prinzip der Erfindung unerheblich.
Bei gleichem Kraftstoffverbrauch steigt die Leistung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruch I im Vergleich zu einem herkömmlichen Motor, was für den Motorsport
interessant ist.
Bei gleicher Leistung sinkt bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Anspruch I wegen der notwendigerweise kleineren Bauweise der Kraftstoff-Verbrauch im Vergleich zu einem
herkömmlichen Motor, was den Motor wirtschaftlicher arbeiten läßt. Auch wird so die Umwelt deutlich entlastet.
Es kann auch Hubkolbenmotoren geben, die die Kraft nicht direkt oder gar nicht in eine Drehbewegung umsetzen.
Auch diese können nach dem Prinzip der Erfindung funktionieren. Da wäre es dann denkbar, daß die
Kraftbündelung über zwei (evtl. parallele) Zahnstangen oder ähnliches realisiert wird, zwischen denen ein Zahnrad
läuft.
Auch kann es Hubkolbenmotoren geben, die nicht mit Verbrennungen arbeiten, wie z. B. bei der Dampfmaschine
oder dem Stirlingmotor. Auch hier können mehrere Kolben von dem zentralen, dem Verbrennungsraum beim
Verbrennungsmotor entsprechenden, "Arbeitsraum" ausgehen.
Austauschblatt Beispielbeschreibung G 2*9ß·&Idigr;3*$ 13 9* $&oacgr;Φ 3(|.O7. J99% *.. *
Beispielbeschreibung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigt:
Es zeigt:
Figur 1: Einen zylinderförmigen Verbrennungsraum eines Viertaktmotors mit zwei Kolben, die zylinderförmig sind
und einander gegenüber liegen.
Legende zu Figur 1:
1.1, 1.2 Kolbenfuhrungen, hier zylinderförmig (hier im Schnitt gezeichnet)
2 (gemeinsamer) Verbrennungsraum, hier ebenfalls zylinderförmig
3 Glühkerzen oder Zündkerzen (bei Diesel- oder Ottomotor)
4 Einlaß-und Auslaßventile
5.1, 5.2 Kolben (runder Querschnitt) mit Pleuelstangen (5. La, 5.2.a)
6.1, 6.2 Kurbelwellen
7.1, 7.2 Zahnräder, die die Kurbelwellen miteinander verbinden
8 Eingriff der Zahnräder ineinander
9 Weiterleitung der Drehbewegung an ein Getriebe usw.
Es handelt sich wie bei einem herkömmlichen Verbrennungsmotor um einen durchgehenden Zylinder, der jedoch
zwei Kolbenfuhrungen (1.1, 1.2) hat. In seiner Mitte befindet sich der (Verbrennungs- oder) Arbeitsraum (2), in den
das Luf-Brennstoff-Gemisch eingeleitet wird, dort verdichtet wird, zur Explosion gebracht wird und aus dem das Gas
"ausgepufft" wird. Von außerhalb des Zylinders ragen bei (3) in den Zylinder hinein: Glühkerzen (bei Dieselmotor)
oder Zündkerzen (bei Ottomotor). Ebenfalls in den Brennraum führen die Einlaß- und Auslaßventile (4). Die
Explosion des Aerosols im (Verbrennungs- oder) Arbeitsraum treibt — im Gegensatz zu einem herkömmlichen
Motor nicht nur einen Kolben, sondern — zwei Kolben (5.1, 5.2) an. Diese Kolben bringen über die Pleuelstangen
(5. La, 5.2.a)je eine Kurbelwelle (6.1, 6.2) in Rotation. Auf diesen Kurbeln sitzen zwei Zahnräder (7.1, 7.2), die den
Gleichlauf beider Kolben und die Kraflbündelung bewirken. Bei (8) greifen die Zahnräder (7.1, 7.2) ineinander. Bei
(9) wird die Kraft beider Kolben von einer Kurbelwelle weitergeleitet.
Claims (7)
1. Hubkolbenmotor mit einem vorbestimmten (Verbrennungs- oder) Arbeitsraum (2), dem ein erster Kolben (5.1)
zugeordnet ist, der an einer Stelle in diesen eingreift, mit einem Einlaßventil(4), einem Auslaßventil (4) (und —bei
Verbrennungsmotoren — einer Zünd- oder Glühkerze (3) ), die an dem (Verbrennungs- oder) Arbeitsraum(2)
angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedem (Verbrennungs- oder) Arbeitsraum(2) ein zweiter Kolben (5.2) zugeordnet ist, der an einer anderen Stelle
des (Verbrennungs- oder) Arbeitsraum(2) eingreift, wobei jedes Einlaß- und Auslaßventil (4) und jede Zünd- oder
Glühkerze (3) an einer weiteren Stelle des (Verbrennungs- oder) Arbeitsraum(2) angeordnet ist.
2. Hubkolbenmotor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben (5.2) mit einer Pleuelstange () an eine zweite Kurbelwelle (6.2) angreift.
3. Hubkolbenmotor nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß an der ersten Kurbelwelle (6.1) ein erstes Übertragungselement (7.1) angeordnet ist, das mit einem zweiten
Übertragungselement (7:2) der zweiten Kurbelwelle (6.2) zusammenwirkt.
4. Hubkolbenmotor nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehung der ersten Kurbelwelle (6.1) mit einer Drehung der zweiten Kurbelwelle (6.2) synchronisiert ist.
5. Hubkolbenmotor nach Anspruchs,
dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kurbelwelle (6.2) parallel zu einer dem ersten Kolben (5.1) zugeordneten Kurbelwelle (6.1) liegt.
6. Hubkolbenmotor nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß jede Kolbenführung (1) zylinderförmig ist und einen polygonalen Verbrennungsraum aufweist.
7. Hubkolbenmotor nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kolben eine sechseckige Querschnittsfläche aufweist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE29813613U DE29813613U1 (de) | 1998-07-30 | 1998-07-30 | Hubkolbenmotor |
Applications Claiming Priority (1)
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DE29813613U DE29813613U1 (de) | 1998-07-30 | 1998-07-30 | Hubkolbenmotor |
Publications (1)
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DE29813613U1 true DE29813613U1 (de) | 1998-11-26 |
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Country Status (1)
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R086 | Non-binding declaration of licensing interest | ||
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