DE69302283T2

DE69302283T2 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69302283T2
Application number: DE69302283T
Authority: DE
Inventors: Kostadin Asenov Goleminov; Kostadin Kostadinov Goleminov
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-09-16
Filing date: 1993-01-14
Publication date: 1996-08-29
Anticipated expiration: 2013-01-15
Also published as: DE69302283D1; AU3487793A; BG60483B2; EP0662192A1; EP0662192B1; WO1994007012A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor, der als Benzin- oder Dieselmotor mit Aufladung bei allen Arten von Transportmitteln, wie zum Beispiel Motorfahrzeuge, Motorräder, Motorboote, Rennwagen, Transportwagen, Leichtbauflugzeugen, und auch bei Wasserpumpen, Generatoren, Handwerkzeugen, mehrstufigen Kolbenkompressoren und anderen Anwendung finden kann.
Aus der GB-A-2 149 006 ist ein Verbrennungsmotor bekannt, der einen Körper aufweist, in dessen oberen hohlen Teil ein innerer Zylinderraum ausgebildet ist, währenddessen sein unterer Teil als Kurbelwellengehäuse ausgebildet ist, wobei die Kurbelwelle einen Kurbelzapfen und einen Pleuel aufweist, der an seinem unteren Ende auf der Kurbelwelle befestigt ist.
Am oberen Ende des Pleuels ist ein Kompressionskolben gehalten, der sich im unteren Raum des zylindrischen Raumes befindet, währenddessen im oberen Teil des zylindrischen Raumes sich der Arbeitskolben befindet, der durch eine Leitung mit dem Kompressorkolben verbunden ist. Im Bereiche zwischen dem Kompressorkolben und dem Arbeitskolben sind zwei horizontale Ventilplatten ausgebildet, die eine durch die Drosselklappe mit dem Einsaugkanal verbundene Leitung bilden.
Jede der Ventilplatten hat einen Einlaß- und einen Auslaßkanal, die symmetrisch auf beiden Seiten der Rohrleitung zwischen den Kolben angeordnet sind. Der Auslaßkanal der einen Ventilplatte und der Einlaßkanal der anderen Ventilpiatte sind durch eine Leitung und eine Zwischenkammer mit einem Einlaßventil im obersten Teil des zylindrischen Raumes verbunden. Neben dem Einlaßventil ist ein Auslaßventil angeordnet, dessen Öffnung auch mittels der Leitung verbunden ist.
Die Nachteile des bekannten Motors bestehen in folgendem:
komplizierte Konstruktion mit großen Außenabmessungen, die zu einer großen Trägheit der beweglichen Elemente führt, wobei diese Trägheit teilweise ausgeglichen ist; komplizierte Gasverteilungsmechanismus und Ventilsystem, die lamelare (blättchenförmige) und (konische) Kegelsitzventile verwenden; lange und kompliziert Zu- und Auslaßleitungen, die zu einem Anstieg des Widerstandes des Luft-Kraftstoffgemisches bzw. des Abgases führen; eine niedrige spezifische Leistung pro Arbeisvolumen - und Gewichtseinheit, wobei zu berücksichtigen ist, daß der Motor als Viertaktverbrennungsmotor betrieben wird; dazu kommt noch eine verschlechterte Schmierung des oberen Teils des inneren zylindrischen Raumes und des Arbeitskolbens.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen solchen Verbrennungsmotor zu schaffen, der eine vereinfachte Konstruktion mit reduzierten Außenabmessungen sowie vereinfachten Gas-Verteilungsmechanismus aufweist, bei welchem kurze und direkte Zu- und Auslaßwege der Leitungen verwendet werden, wobei der Verbrennungsmotor eine erhöhte spezifische Leistung pro Volumen- und Gewichtseinheit, sowie eine normale Schmierung des oberen Teils des inneren zylindrischen Raumes und des Arbeitskolbens gewährleistet.
Diese Aufgabe wird durch einen Verbrennungsmotor gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.
Entsprechend einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Motors, befindet sich die Durchlaß- (bzw. Überström-)öffnung unterhalb der Kolbenringe am oberen Ende des Arbeitskolbens und entsprechend einer zweiten Ausführungsform ist die Durchlaßöffnung oberhalb der Kolbenringe am oberen Ende des Arbeitskolbens, wobei die Einlaßöffnung und die Auslaßöffnung des Motorblocks mit dem Einlaßventil bzw. dem Auslaßventil verbunden sind.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors sind wie folgt: Er funktioniert als ein Zweitaktmotor, wobei es nicht notwendig ist, zum Schmieren des inneren Zylinderraumes dem Kraftstoff Öl beizumengen; ein Ventilsystem und ein Gasverteilungsmechanismus sind nicht notwendig; der Motor ermöglicht eine drei- bis sechsfache Steigerung der spezifischen Leistung pro Volumen - und Gewichtseinheit; während des Kolbenbetriebs kommt eine Gegenhubbewegung zur Anwendung, die von Vorteil für eine Entlastung des dynamischen Ausgleichs der sich bewegenden Teile und auch von Vorteil für eine Gleichstromdurchspülung und Aufladung der Verbrennungskammer ist.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert:
Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht des Motors im oberen Totpunkt des Arbeitszylinders.
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht des Motors in einem Zustand, in dem der Arbeitszylinder sich im Expansions/Kompressionszustand des Kraftstoff-Luftgemisches befindet.
Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht des Motors im unteren Totpunkt.
Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht des Motors, die die Anwendung eines Einlaß- und Auslaßventils darstellt.
Wie die Figuren 1, 2 und 3 zeigen, besteht ein erfindungsgemäßer Verbrennungsmotor aus einem Motorblock (1) mit einem darin ausgebildeten hohlen Zylinderraum, wobei der Zylinderraum einen oberen Zylinder und einen unteren Zylinder mit einem größeren Durchmesser als der obere Zylinder aufweist, das untere Ende des Motorblocks als Gehäuse (11) ausgebildet ist, in welchem Gehäuse eine Kurbelwelle (5) untergebracht ist, die Kurbelwelle die breiten Enden von drei Pleuelstangen (3, 4, 6) von voneinander auf der Kurbelwelle beabstandenden Pleuel abstützt, die zwei äußeren Pleuelstangen (3, 4) auf Kurbelexzentern (15, 16), die sich axial auf einer Linie befinden, gelagert sind, die mittlere Pleuelstange (6) auf einem Exzenter (14) gelagert ist, der diametral entgegengesetzt zu der anderen Exzentern (15, 16) in bezug auf die Kurbelwellenachse vorgesehen ist, die schmalen Enden der zwei äußeren Verbindungsstangen mit einem hohlen Arbeitskolben (2) verbunden sind, der einen oberen Abschnitt (13), dessen äußere Durchmesser dem oberen Zylinder angepaßt ist, und einen unteren Abschnitt (12), dessen äußere Durchmesser dem unteren Zylinder angepaßt ist, aufweist, der obere Abschnitt und der untere Abschnitt des Arbeitskolbens in der Nähe ihrer oberen Enden Kolbenringe (17) aufweisen, der hohle Innenraum des Arbeitskolbens (2) einen oberen inneren zylindrischen Raum, der sich innerhalb des oberen Abschnitts des Arbeitskolbens (13) befindet, sowie einen unteren inneren zylindrischen Raum, der sich innerhalb des unteren Abschnitts des Arbeitskolbens (12) befindet und einen Durchmesser größer als der obere innere zylindrische Raum hat, aufweist, der Motorblock (1) einen Einlaßkanal (8) in Verbindung mit dem oberen Zylinder sowie einen Auslaßkanal (9) und eine Zündkerze (10) in Verbindung mit dem unteren Zylinder hat, der obere Abschnitt des Arbeitskolbens (13) einen Überströmkanal (19, 22) hat, der geeignet ist, den oberen inneren Zylinderraum mit dem Einlaßkanal (8) am oberen Totpunkt und mit dem unteren Zylinder am unteren Totpunkt zu verbinden, der Auslaßkanal (9) des Motorblocks (1) so angeordnet ist, um vom oberen Ende des unteren Abschnitts des Arbeitskolbens (12) im unteren Totpunkt nicht verdeckt zu werden, das schmale Ende der mittleren Pleuelstange (6) mit einem Verdichterkolben (7) verbunden ist, dessen äußere Durchmesser dem unteren inneren Zylinderraum des Arbeitskolbens (2) entspricht.
Wie es in der Fig. 4 gezeigt ist, befindet sich der Kanal (22) in der Nähe des Einlaßventils (20) und das Auslaßventil (21) ist nach dem Auslaßkanal (9) angeordnet.
Der Motor funktioniert wie folgt:
Wie die Fig. 1 zeigt, befindet sich der Arbeitskolben (2) des Motors im oberen Totpunkt, währenddessen der Verdichterkolben (7) sich am unteren Totpunkt befindet, und dank des im inneren Raum des Arbeitskolbens (2) entstandenen Vakuums erfolgt ein Ansaugen des Kraftstoff-Luftgemisches durch den Einlaßkanal (8) (oder durch das Einlaßventil (20), wie es in Fig. 4 gezeigt ist) des Körpers 1 und durch den Kanal (19) (oder durch den Kanal (22) wie es in der Fig. 4 gezeigt ist) des Arbeitskolbens (2). Das ganze Kraftstoff-Luftgemisch wird im Ergebnis der Verschiebung des Arbeitskolbens (2) in Richtung zum unteren Totpunkt und der entsprechenden Verschiebung des Verdichterkolbens (7) zum oberen Totpunkt komprimiert, so wie es in der Fig. 2 gezeigt ist. Wenn der Arbeitskolben (2) den unteren Totpunkt und der Verdichterkolben (7) den oberen Totpunkt erreichen, so wie es in Fig. 3 gezeigt ist, fließt das komprimierte Kraftstoff-Luftgemisch durch den Kanal (19) (oder durch den Kanal (22), wie es in der Fig. 4 gezeigt ist) des Arbeitskolbens (2) in den zwischen dem oberen Abschnitt des Körpers 1 und dem Arbeitskolben (2) ausgebildeten Raum. Das in der Verbrennungskammer des Motors gelangte Kraftstoff- Luftgemisch wird durch die Verschiebung des Arbeitskolbens (2) zum oberen Totpunkt komprimiert und beim Erreichen des letzteren, so wie es in Fig. 1 gezeigt ist, wird das Gemisch während des Arbeitshubes gezündet. Beim Erreichen der Öffnung des Auslaßkanals (9), so wie es in Fig. 3 gezeigt ist (oder des Ventils (21), so wie es in Fig. 4 gezeigt ist), durch den Arbeitskolben (2), strömen die Verbrennungsgase durch den Auslaßkanal (9) aus, und im nächsten Moment wird die Verbrennungskammer des Motors mit dem frischen Kraftstoff- Luftgemisch gefühlt, das durch den Kanal (19) (oder durch den in Fig. 4 gezeigten Kanal (22)) des Arbeitskolbens (2) eintritt. In diesem Moment wird eine Einlaufströmung und eine hochleistungsfähige Wirbelstrom-Durchspülung der Verbrennungskammer erreicht, woraufhin der oben beschriebene Arbeitsvorgang während des Motorbetriebs mehrfach zyklisch wiederholt wird.
Die hohe Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Motors wird dank der Abstimmung einer großen Anzahl von konstruktiven und physikalischen Faktoren erreicht, wie z. B.: die Verkürzung der Länge der Ansaugstrecke; das Fehlen von ungenutzten konstruktiven Räumen und der Doppelraum, der sich aus der gegenseitigen Bewegung des Arbeitskolbens (2) und des Verdichterkolbens (7) ergibt, wodurch das Erreichen einer besonders vorteilhaften Aufladung des Motors mit dem Kraftstoff-Luftgemisch ermöglicht wird. Die unter Druck erfolgende Hochgeschwindigkeitseinleitung des Kraftstoff- Luftgemisches durch den kleinen Kanal (19) (oder durch den Kanal (22), wie es in Fig. 4 gezeigt ist) des Arbeitskolbens (2) bedingt eine zusätzliche Homogenisierung, Atomisierung und Verdampfung des Gemisches. Dies alles erlaubt, ein wirtschaftlichen und ökologisch sauberen Verbrennungsprozeß zu erreichen.
Die Gleichstrom- und Wirbelstrombewegung des Kraftstoff- Luftgemisches ermöglicht eine vollständige Spülung der Verbrennungsgase und gleichzeitig eine Kühlung der Zündkerze sowie ihre sichere Kontaktierung mit dem Verbrennungsgemisch. Das Fehlen von Ventilen, Federn, Nockenwellen, die Verwendung des klassischen Zweitaktbetriebsprinzips, die Aufladung mit dem Kraftstoff-Luftgemisch, sowie die obengenannten Vorteile, die in bekannten ähnlichen Motoren zu vermissen sind, ermöglichen das Erreichen einer extrem hohen Leistung pro Einheit des Verdrängungsvolumens und Effektivität bei gleichbleibenden übrigen Parametern, wie zum Beispiel Volumen, Gewicht, Verwendung von Turboverdichtern, Computersteuerung, Kraftstoffeinspritzung u.s.w.
Die vollständige mechanische Trennung der Räume oberhalb der Kolben, der Einlaßkanal (8) und der Auslaßkanal (9) des Gehäuses (11), in dem die Kurbelwelle (5) und die drei Pleuelstangen (3, 4 und 6) untergebracht sind, ermöglichen eine verstärkte Schmierung des Motors, in dem ein mit Öl gefülltes Gehäuse (11), sowie eine Ölpumpe, die in den Figuren nicht gezeigt ist, für die Schmierung der beweglichen Teile verwendet werden, so wie das bei den klassischen Viertaktmotoren der Fall ist. Dadurch wird eine Verbesserung der Dichtheit des Arbeitskolbens (2) und des Verdichterkolbens (7), eine Geräuschminderung des Motors und eine zusätzliche Kühlung des Arbeitskolbens (2) durch das Öl ermöglicht, das durch das von außen eingesaugte, frische Kraftstoff-Füllgemisch gekühlt wird.
Die Fähigkeit des erfindungsgemäßen Motors, als ein Zweitaktmotor mit einer reinen Kraftstoff-Luftmischung ohne die notwendige Beimengung von Öl zu funktionieren, schafft die Voraussetzungen für eine hohe ökologische Effizienz bei niedrigen Kosten.

Claims

1. Verbrennungsmotor mit

einem Motorblock (1) mit einem darin ausgebildeten hohlen Zylinderraum, der einen oberen Zylinder, sowie einen unteren Zylinder mit einem Durchmesser, der größer als der Durchmesser des oberen Zylinders ist, aufweist,

das untere Ende des Motorblocks als ein eine Kurbelwelle (5) aufnehmendes Gehäuse (11) ausgebildet ist,

- die breiten Enden von drei Pleuelstangen (3, 4, 6) auf entlang der Kurbelwelle voneinander beabstandeten Kurbelzapfen gelagert sind,

- zwei äußere Pleuelstangen (3, 4) auf Exzentern (15, 16) der Kurbelwelle gelagert sind, die in einer Linie miteinander axial ausgerichtet sind, die mittlere Pleuelstange (6) auf einem Exzenter (14) der Kurbelwelle gelagert ist, der diametral entgegengesetzt der anderen Exzenter (15, 16) mit Bezug auf die Kurbelwellenachse angeordnet ist,

- die schmalen Enden der zwei äußeren Pleuelstangen mit einem hohlen Arbeitskolben (2) verbunden sind, der einen oberen Abschnitt (13), dessen äußerer Durchmesser passend zum oberen Zylinder ist, sowie einen unteren Abschnitt, dessen äußerer Durchmesser passend zum unteren Zylinder ist, aufweist, wobei der obere und untere Abschnitt des Arbeitskolbens in der Nähe ihrer oberen Enden Kolbenringe (17) haben,

- der hohle Innenraum des Arbeitskolbens (2) einen innerhalb des oberen Abschnitts des Arbeitskolbens (13) befindlichen oberen inneren Zylinderraum, sowie einen innerhalb des unteren Abschnitts des Arbeitskolbens (12) befindlichen unteren inneren Zylinderraum, dessen Durchmesser größer als der obere innere Zylinderraum ist, aufweist,

- der Zylinderblock (1) einen Einlaßkanal (8) in Verbindung mit dem oberen Zylinder, sowie einen Auslaßkanal (9) und eine Zündkerze (10) in Verbindung mit dem unteren Zylinder aufweist,

- der obere Abschnitt des Arbeitskolbens (13) einen Überströmkanal (19, 22) aufweist, der dazu geeignet ist, den oberen inneren Zylinderraum im oberen Totpunkt mit dem Einlaßkanal (8) und im unteren Totpunkt mit dem unteren Zylinder zu verbinden,

- der Auslaßkanal (9) des Motorblocks (1) so angeordnet ist, daß er am unteren Totpunkt durch das obere Ende des unteren Abschnitts des Arbeitskolbens (12) nicht abgedeckt wird,

- das schmale Ende der mittleren Pleuelstange (6) mit einem Verdichterkolben (7) verbunden ist, dessen äußere Durchmesser passend zum unteren inneren Zylinderraum des Arbeitskolbens (2) ist.

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, bei dem sich der Überströmkanal (19) unterhalb der Kolbenringe (17) am oberen Ende des Arbeitskolbens (13) befindet.

3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, bei dem der Überströmkanal (22) oberhalb der Kolbenringe (17) am oberen Ende des Arbeitskolbens (13) angeordnet ist, wobei der Einlaßkanal (8) und der Auslaßkanal (9) des Motorblocks (1) mit einem Einlaßventil (20) bzw. einem Auslaßventil (21) verbunden sind.