DE102004057354A1

DE102004057354A1 - Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102004057354A1
Application number: DE200410057354
Authority: DE
Inventors: Viktor Penaz
Original assignee: Individual
Current assignee: PENAZ, VIKTOR, DE; VIKTOR PENAZ, DE
Priority date: 2004-11-27
Filing date: 2004-11-27
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2024-11-28
Also published as: DE102004057354B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder (1) und einem in dem Zylinder (1) angeordneten Kolben (2). Der Zylinder (1) ist zu beiden Seiten des Kolbens (2) geschlossen, und die zu beiden Seiten des Kolbens (2) befindlichen Räume sind als Verdichtungs- und Arbeitsräume (4, 5) ausgebildet. Der Kolben (2) ist mit einer Kolbenstange (3) verbunden, die einen Verdichtungs- und Arbeitsraum (4 oder 5) durchsetzt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder, in dem ein Kolben angeordnet ist.

Bei den bekannten Verbrennungsmotoren ist der Zylinder nur an einer Seite durch einen Zylinderdeckel geschlossen, so daß zwischen dem Zylinderdeckel und dem Kolben ein zeitweise geschlossener Verdichtungs- und Arbeitsraum entsteht mit eine Einlaß für Luft oder für ein Kraftstoff-Luft-Gemisch und mit einem Auslaß für verbrannte Gase. Auf der anderen Seite des Kolbens ist ein Pleuel angelenkt, der die Längsbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung einer Kurbelwelle umsetzt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine möglichst kompakten Verbrennungsmotor mit einem verbesserten Verhältnis von Leistung zu Gewicht des Motors zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Zylinder zu beiden Seiten des Kolbens geschlossen ist und daß im Zylinder die Räume zu beiden Seiten des Kolbens als Verdichtungs- und Arbeitsräume ausgebildet sind und der Kolben mit einer Kolbenstange verbunden ist, die einen der beiden Verdichtungs- und Arbeitsräume durchsetzt.

Auf diese Weise werden die Räume zu beiden Seiten des Kolbens als Arbeitsräume genutzt. Auf einen Kolben wirkt pro Umdrehung die doppelte Anzahl von Arbeitstakten im Vergleich zu einem konventionellen Motor, bei dem nur auf der Kolbenoberseite jedes Kolbens ein Arbeitsraum angeordnet ist. Hierdurch steigert sich die Leistung des Motors bei nur unwesentlicher Zunahme des Bauraums oder des Gewichts.

Vorzugsweise ist der Zylinder an seinen beiden Enden durch einen ersten Zylinderdeckel und einen zweiten Zylinderdeckel verschlossen, und in einem der Zylinderdeckel ist die Kolbenstange geführt.

Der Zylinder ist beidseitig durch einen Gehäusedeckel verschlossen, und die starr mit dem Kolben verbundene Kolbenstange ist dicht durch einen Gehäusedeckel herausgeführt. Die Abdichtung der Kolbenstange gegenüber dem Gehäusedeckel erfolgt über im Gehäusedeckel angeordnete Dichtringe.

Jeder der zu beiden Seiten des Kolbens befindliche Verdichtungs- und Arbeitsräume kann im Viertaktverfahren oder im Zweitaktverfahren arbeiten. Jeder Verdichtungs- und Arbeitsraum ist mit einem verschließbaren Einlaß und einem verschließbaren Auslaß versehen. Ferner kann der Verbrennungsmotor als Vergasermotor oder als Einspritzmotor arbeiten und mit Benzin, Dieselöl oder Gas betrieben werden. Deshalb können beide Verdichtungs- und Arbeitsräume des Zylinders mit Zündkerzen oder Einspritzdüsen ausgerüstet werden.

Arbeiten die Räume zu beiden Seiten des Kolbens im Zweitaktverfahren, kann die Frischluft in einem Verdichter vorverdichtet werden und über Überströmkanäle den beiden Verdichtungs- und Arbeitsräumen zugeführt werden. Dabei ist zweckmäßigerweise der Verdichter ein Kolbenverdichter, dessen Kolben über die Kolbenstange mit dem Kolben des Verbrennungsmotors verbunden ist.

In der folgenden Beschreibung werden zwei Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:
1 eine schematische Schnittansicht des Verbrennungsmotors nach der Erfindung, bei dem auf einer Seite des Kolbens im ersten Verdichtungs- und Arbeitsraum der Arbeitstakt und auf der anderen Seite des Kolbens im zweiten Verdichtungs- und Arbeitsraum ein Verdichtungstakt stattfindet;
2 eine Ansicht entsprechend 1, bei der der Kolben einen Wendepunkt erreicht hat und der Arbeitstakt und der Verdichtungstakt beendet sind;
3 eine Ansicht entsprechend 1, bei der im ersten Verdichtungs- und Arbeitsraum der Ansaugtakt und im zweiten Verdichtungs- und Arbeitsraum der Ausströmtakt stattfindet;
4 eine Ansicht entsprechend 1, bei der im ersten Verdichtungs- und Arbeitsraum die Verdichtung und im zweiten Verdichtungs- und Arbeitsraum der Ansaugtakt stattfindet;
5 eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit Verdichter, bei der der Kolben des Motors und des Verdichters im oberen Totpunkt stehen;
6 eine Ansicht entsprechend 5, bei der die Kolben in der Mittelstellung des Hubes stehen;
7 eine Ansicht entsprechend 5, bei der die Kolben im unteren Totpunkt stehen;
8 eine Ansicht entsprechend 5, bei der die Kolben oberhalb der Mittelstellung nach oben gehen.
Der in den 1 bis 4 schematisch dargestellte Verbrennungsmotor weist einen Zylinder 1 auf, in dem ein Kolben 2 auf und ab verschiebbar geführt ist. Der Kolben 2 ist mit einer Kolbenstange 3 verbunden, welche die lineare Bewegung des Kolbens 2 über einen Kreuzkopf 14 und einen Pleuel 15 in eine Drehbewegung einer Kurbelwelle 16 umsetzt. Der Zylinder 1 weist zu beiden Seiten des Kolbens 2 einen ersten Verdichtungs- und Arbeitsraum 4 und einen zweiten Verdichtungs- und Arbeitsraum 5 auf. Diese Verdichtungs- und Arbeitsräume 4, 5 sind durch einen ersten Zylinderdeckel 6 und einen zweiten Zylinderdeckel 7 geschlossen. Zum Ladungswechsel sind im ersten Zylinderdeckel 6 ein Einlaß 8 mit einem Einlaßventil 8' und ein Auslaß 9 mit einem Auslaßventil 9' und im zweiten Zylinderdeckel 7 ein Einlaß 10 mit einem Einlaßventil 10' und ein Auslaß 11 mit einem Auslaßventil 11' angeordnet. Ferner sind in beiden Zylinderdeckeln 6, 7 je nach Betriebsart Einspritzdüsen 12, 13 für den Kraftstoff und bzw. oder Zündkerzen angeordnet.
Der in den 1 bis 4 dargestellte Verbrennungsmotor arbeitet im Viertaktverfahren.
In 1 sind im ersten und zweiten Verdichtungs- und Arbeitsraum 4, 5 die Einlaßventile 8', 10' und die Auslaßventile 9', 11' geschlossen, und im ersten Verdichtungs- und Arbeitsraum 4 verbrennt das dort vorhandene und verdichtete Brennstoff-Luftgemisch, während auf der anderen Seite des Kolbens 2 im zweiten Verdichtungs- und Arbeitsraum 5 die angesaugte Luft verdichtet wird.
Gemäß 2 öffnet sich am Ende des im ersten Verdichtungs- und Arbeitsraum 4 stattgefundenen Arbeitstaktes das Auslaßventil 9', so daß das verbrannte, unter Druck stehende Gas ausströmen kann. Der Kolben 2 erreicht den ersten Wendepunkt. Im zweiten Verdichtungs- und Arbeitsraum 5 sind das Einlaßventil 10' und das Auslaßventil 11' geschlossen, und das verdichtete Kraftstoff-Luftgemisch wird von einer Zündkerze 12 gezündet, so daß nun der Arbeitstakt im zweiten Verdichtungs- und Arbeitsraum stattfindet und im ersten Verdichtungs- und Arbeitsraum 4 die verbrannten Gase vom Kolben 1 durch das geöffnete Auslaßventil 9' herausgedrückt werden.
In 3 sind im ersten Verdichtungs- und Arbeitsraum das Einlaßventil 8' und das Auslaßventil 9' geschlossen, und der nach oben gehende Kolben 2 verdichtet die vorher angesaugte Frischluft, während auf der anderen Seite des Kolbens 2 im zweiten Verdichtungs- und Arbeitsraum 5 das Einlaßventil 10' geöffnet ist, so daß Frischluft in den zweiten Verdichtungs- und Arbeitsraum 5 angesaugt wird und einströmt.
Wenn gemäß 4 der Kolben 2 den zweiten Wendepunkt passiert hat, öffnet im ersten Verdichtungs- und Arbeitsraum 4 das Einlaßventil 8', so daß Frischluft vom Kolben 1 angesaugt wird, während im zweiten Verdichtungs-und Arbeitsraum 4 das Auslaßventil 11' geöffnet ist und der Kolben 2 die verbrannten Gase aus dem zweiten Verdichtungs- und Arbeitsraum 5 durch den geöffneten Auslaß 11 herausdrückt.
Der aus den 5 bis 8 ersichtliche Verbrennungsmotor mit angeschlossenem Verdichter arbeitet oberhalb und unterhalb des Kolbens 2 im Zweitaktverfah ren. Im Zylinder 1 ist oberhalb des Kolbens 2 ein im Volumen veränderbarer Verdichtungs- und Arbeitsraum 4 und unterhalb des Kolbens 2 ein im Volumen veränderbarer Verdichtungs- und Arbeitsraum 5. Beide Verdichtungs- und Arbeitsräume 4, 5 sind mit Lufteinlässen 8 ausgerüstet, die von einem Ventil 8' oder einem Schieber geöffnet oder geschlossen werden können. In der Mitte des Kolbenhubes befindet sich in der Wand des Zylinders 1 eine Auslaßöffnung 19, die vom Kolben 2 oder aber auch durch ein Ventil oder einen Schieber geöffnet oder geschlossen wird.
Koaxial zum Zylinder 1 ist ein Zylinder 21 eines Verdichters 20 angeordnet, dessen Kolben 22 über die Kolbenstange 3 mit dem Kolben 2 des Motors verbunden ist. Oberhalb und unterhalb des Kolbens 22 des Verdichters sind in Nähe der Zylinderdeckel des Verdichters 20 Lufteinlässe 26 und 28 sowie Auslässe 27 und 29 angeordnet, die ebenfalls von Ventilen oder dergleichen geöffnet und geschlossen werden können. In den Einlässen 26 und 28 sind zweckmäßigerweise Rückschlagventile angeordnet.
In 5 steht der Kolben 2 des Motors und der Kolben 22 des Verdichters 20 im oberen Totpunkt. Im Verdichtungs- und Arbeitsraum 4 oberhalb des Kolben 2 befindet sich hochverdichtetes Kraftstoff-Luft-Gemisch, das nun gezündet wird. Einlaß 8 und Auslaß 19 sind geschlossen.
Im Verdichtungs- und Arbeitsraum 5 unterhalb des Kolbens 2 sind Einlaß 9 und Auslaß 19 offen, und ferner ist das zum Überströmkanal 30 führende Überströmventil 27' des Verdichters 20 am Ende des Überströmens der vorverdichteten Luft noch offen. Aus dem unteren Verdichtungs- und Arbeitsraum 5 werden die letzten Reste der verbrannten Gase von der einströmenden Luft herausgedrückt.
In 6 sind die Einlaßventile 8', 9' zu den Verdichtungs- und Arbeitsräumen 4, 5 geschlossen. Der Arbeitstakt im Raum 4 oberhalb des Kolbens 2 ist im wesentlichen beendet, und im Raum 5 unterhalb des Kolbens 2 beginnt die weitere Verdichtung der übergeströmten Luft.
Im Verdichter 20 saugt der nach unten gehende Kolben 22 durch den geöffneten Einlaß 26 Luft in den Ansaug- und Vorverdichtungsraum 24 an, wäh rend unterhalb des Kolbens 22 im Ansaug- und Vorverdichtungsraum 25 die Luft bei geschlossenem Einlaß 28 und Auslaß 29 vorverdichtet wird.
In 7 haben die Kolben 2 und 22 den unteren Totpunkt erreicht. Im oberen Verdichtungs- und Arbeitsraum 4 ist das Einlaßventil 8' am Ende des Überströmvorgangs der im Raum 25 vorverdichteten Luft sowie im Auslaß 29 des Verdichters 20 das zum Überströmkanal 30 führende Überströmventil 29' noch offen. Im Raum 4 oberhalb des Kolbens 2 ist das Abströmen der verbrannten Gase und das Einströmen der vorverdichteten Luft beendet und im Raum 5 beginnt der Arbeitstakt.
In 8 ist bei hochgehenden Kolben 2 und 22 der Arbeitstakt im Raum 5 unterhalb des Kolbens 2 beendet und der Kolben 2 öffnet die Auslaßöffnung 19. Gleichzeitig wird oberhalb des Kolbens 2 die vorverdichtete Luft weiter verdichtet. Aus dem Raum 24 oberhalb des Kolbens 22 des Verdichters 20 strömt vorverdichtete Luft über das geöffnete Überströmventil 27' und das geöffneten Einlaßventil 10 in den Verdichtungs- und Arbeitsraum 5 des Motors und verdrängt dort die verbrannten Gase.

1: Zylinder
2: Kolben
3: Kolbenstange
4: erster Verdichtungs- und Arbeitsraum
5: zweiter Verdichtungs- und Arbeitsraum
6: erster Zylinderdeckel
7: zweiter Zylinderdeckel
8: Einlaß
8': Einlaßventil
9: Auslaß
9': Auslaßventil
10: Einlaß
10': Einlaßventil
11: Auslaß
11': Auslaßventil
12: Einspritzdüse oder Zündkerze
13: Einspritzdüse oder Zündkerze
14: Kreuzkopf
15: Pleuel
16: Kurbelwelle
19: Auslaßöffnung
20: Verdichter
21: Zylinder
22: Kolben
24: erster Ansaug- und Vorverdichterraum
25: zweiter Ansaug- und Vorverdichterraum
26: Einlaß
27: Auslaß
27': erstes Überströmventil
28: Einlaß
29: Auslaß
29': zweites Überströmventil
30: Überströmkanal

Claims

Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder (1) und einem darin geführten Kolben (2), dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (1) zu beiden Seiten des Kolbens (2) geschlossen ist und daß im Zylinder (1) die Räume zu beiden Seiten des Kolbens (2) als Verdichtungs- und Arbeitsräume (4, 5) ausgebildet sind und der Kolben (2) mit einer Kolbenstange (3) verbunden ist, die einen der beiden Verdichtungs- und Arbeitsräume (4, 5) durchsetzt.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (1) durch einen ersten Zylinderdeckel (6) und einen zweiten Zylinderdeckel (7) geschlossen ist und daß die Kolbenstange (3) in einem der Zylinderdeckel (6, 7) geführt ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (3) konzentrisch und starr mit dem Kolben (2) verbunden ist.
Verbrennungsmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verdichtungs- und Arbeitsraum (4, 5) des Zylinders (1) mit einem verschließbaren Einlaß (8, 10) und einem verschließbaren Auslaß (9, 11) sowie mit Einspritzdüsen (12, 13) und bzw. oder mit Zündkerzen versehen ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Auslässe (8, 9, 10, 11) sowie die Einspritzdüsen (12, 13) und/oder die Zündkerzen in den Zylinderdeckeln (6, 7) angeordnet sind.
Verbrennungsmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verdichtungs- und Arbeitsräume (4, 5) und deren Steuerungsorgane im Viertaktverfahren arbeiten.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verdichtungs- und Arbeitsräume (4, 5) und deren Steuerungsorgane im Zweitaktverfahren arbeiten.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wand des Zylinders (1) etwa in der Hälfte des Kolbenhubes eine vom Kolben (2) gesteuerte, beiden Verdichtungs- und Arbeitsräumen (4, 5) zugeordnete Auslaßöffnung (19) angeordnet ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß den Verdichtungs- und Arbeitsräumen (4, 5) vorverdichtete Luft aus einem Verdichter (20) zugeführt wird.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter ein Kolbenverdichter (20) ist, dessen Kolben (22) mit dem Kolben (2) des Motors verbunden ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (22) des Verdichters (20) auf der mit dem Kolben (2) des Motors verbundenen Kolbenstange (3) angeordnet ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenverdichter (20) zu beiden Seiten seines Kolbens (22) Ansaug- und Vorverdichtungsräume (24, 25) aufweist, die über mindestens einen Überströmkanal (30) mit den Einlässen (8 und 10) der beiden Verdichtungs- und Arbeitsräume (4, 5) des Motors verbunden sind.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in den Einlässen (26, 27) der beiden Ansaug- und Vorverdichtungsräume (24, 25) Rückschlagventile angeordnet sind.