DE102007005228A1

DE102007005228A1 - Motor mit einen im Querschnitt rechteckigen Kolben

Info

Publication number: DE102007005228A1
Application number: DE102007005228A
Authority: DE
Inventors: Grini Miskarov
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-08-25
Filing date: 2007-01-30
Publication date: 2008-02-28
Anticipated expiration: 2027-01-31
Also published as: DE102007005228B4

Abstract

Es wird ein Verbrennungsmotor mit einem Kolben vorgeschlagen, der einen rechteckigen Querschnitt besitzt. Der Verbrennungsmotor kann als ein Boxermotor aufgebaut werden. Der Kolben mit zwei Arbeitsköpfen ist in dem Kolbengehäuse mit zwei Verbrennungskammern untergebracht. Das Kurbelgetriebe für die Umwandlung der Hubbewegung des Kolbens in die Drehbewegung ist innerhalb des Kolbens untergebracht. Der Motor besitzt einen großen Drehmoment, ein kleines spezifisches Gewicht bezogen auf die Leistungseinheit und eine hohe Lebensdauer. Er ist konstruktiv einfach, kostengünstig in der Herstellung und einfach in der Reparatur.

Description

Die Erfindung kann ihre Anwendung sowohl bei Verbrennungsmotoren als auch bei anderen Kolbenmaschinen finden.
Bekannt sind Verbrennungsmotoren mit Kolben, die einen kreisförmigen Querschnitt besitzen. Die lineare Bewegung des Kolbens wird durch den Kurbelmechanismus in eine Drehbewegung der Welle transformiert. Während der Arbeit solcher Mechanismen erfolgt ein Verschleiß der inneren Oberfläche des Zylinders. Der größte Verschleiß erfolgt dabei in der Bewegungsebene der Kurbelstange, die eine pendelnde Drehbewegung um die Querachse des Zylinders vollzieht. Im Ergebnis erfolgt die Umwandlung des kreisförmigen Querschnitts der inneren Oberfläche des Zylinders in einen ellipseförmigen Querschnitt. Dies führt zur Senkung der Motorleistung, der Wirkungsgrad des Motors fällt und seine Lebensdauer verringert sich. Im größeren Umfang verringert sich der Verschleiß, wenn man das Schema eines Boxermotors nutzt.
Im Zweitakt-Boxermotor DE 196 02 703 und im Viertaktmotor DE 196 17 207 A1 sind die Kolben durch Stangen und Gleitstücke verbunden. Sie vollziehen Pendelbewegungen in koaxialen Zylindern, die an ein gemeinsames Kurbelgehäuse von entgegengesetzten Seiten befestigt sind. Im Motor nach dem Patent DE 940 036 712 wird ein komplizierter doppelter Kurbelmechanismus benutzt. Der Mangel all dieser Lösungswege besteht in der großen Anzahl von Teilen, die in der Herstellung und Wartung kompliziert sind.
Im Verbrennungsmotor mit zwei Boxerzylindern RU 2182240 , die mit Kurbelstangen und einem Gleitstück verbunden sind, vollziehen die Kolben Pendelbewegungen in beiden koaxialen Zylindern. Ein Mangel dieses Motors ist das Vorhandensein eines Gleitstücks, der sich entlang zusätzliche Gleitschienen bewegt.
Es ist auch ein Motor mit zwei Zylinderköpfen und einem Kolben US Pat N. 5402755 bekannt, der in zwei Koaxialzylindern, die an ein gemeinsames Kurbelgehäuse befestigt sind, untergebracht ist. Die Pendelbewegung des Kolbens wird in die Drehbewegung der Welle durch eine Exzenterscheibe umgewandelt.
Die oben genannten Motoren haben Kolben mit einem kreisrunden Querschnitt und können hohe Drehzahlen bei einem geringen Drehmoment erreichen. Um den Drehmoment steigern muss man die Kurbel der Kurbelwelle verlängern. Aber die Länge der Kurbel wird durch das Durchmesser des Kolbens, der den Ausschlagswinkel der Kurbelstange zur vertikalen Achse begrenzt, bestimmt. Die Erhöhung des Durchmessers des Kolbens führt zur Steigerung des Materialverbrauchs und zu größeren Motorabmessungen. Diesen Widerspruch kann man nur durch die Änderung der Querschnittsformen des Zylinders und des Kolbens erreichen.
Das Ziel der Erfindung ist ein Verbrennungsmotor mit einem hohen Drehmoment, einem geringen spezifischen Gewicht je Leistungseinheit und einer großen Lebensdauer. Er soll einfach in der Konstruktion und kostengünstig in der Herstellung, sowie einfach zu reparieren sein. Dies wird dadurch erreicht, dass im Motor ein Zylinder und ein Kolben verwendet werden, die in ihrem Querschnitt eine rechteckige Form aufweisen. Dabei kann ein Einzylindermotor nach dem üblichen Schema hergestellt werden, wie ein Verbrennungsmotor mit einem kreisrunden Zylinder- und Kolbenquerschnitt.
Als Beispiel betrachten wir einen Verbrennungsmotor, der nach dem Schema eines Boxermotors gebaut ist, um diesen mit dem Prototyp zu vergleichen. Der Motor mit einer Zwangszündung des Brenngemisches besitzt einen Kolben mit zwei Zylinderköpfen. Der Kolben bewegt sich in einem Zylinder mit zwei Verbrennungskammern. Der Mechanismus der Umwandlung der Pendelbewegung befindet sich innerhalb des Kolbens.
Der Aufbau des Motors wird in folgenden Figuren dargestellt:
1 – Ansicht des Motors auf seine breite Seite
2 – Ansicht des Motors in der Schnittebene der Linie A-A der 1
3 – Befestigungsart der Dichtungselemente
4 – Erläuterung zur Motorleistung...

1: Zylinder
2: Zündkerze
3: Ventil
4: Lager der Kurbelwelle
5: Kolben
6: Einlassöffnung
7: Auslassöffnung
8: Kolbenbolzen
9: Rille
10: Dichtungselemente
11: Kurbelwelle
12: Kurbelwange
13: Wellenzapfen
14: Kolbenstange

Der Motor besitzt folgende Hauptelemente, dargestellt auf 1, 2, 3:
Der Hohlkörper 1 in Form eines rechteckigen Parallelepipeds beinhaltet in seinen Endflächen zwei Verbrennungskammern, in denen die Zündkerzen 2 und Ventile 3 untergebracht sind.
Auf den breiten Facetten im mittleren Teil des Hohlkörpers befinden sich die Lager der Kurbelwelle 4. Das Verhältnis der Seitenlängen der Endflächen zueinander bewegt sich von 1 zu 1 bis 1 zu 5 und mehr. Die Länge des Hohlkörpers wird durch die Konstruktion des Motors bestimmt.
Der Hohlräumige Kolben 5 mit zwei Arbeitsköpfen an den Endflächen hat eine rechteckigen Querschnitt, der der Form des Hohlkörpers entspricht. Im mittleren Teil des Kolbens befinden sich auf den breiten Facetten große Auslassöffnungen 6 und auf den engen Facetten die kleinen Einlassöffnungen 7. Auf der einen Seite des mittleren Teils ist der Kolbenbolzen 8 untergebracht. In der Näher der Arbeitsköpfe liegen die Rillen 9, in denen abgefederte Verdichtungselemente 10 untergebracht sind.
Die Kurbelwelle 11 beinhaltet Kurbelwangen 12, einen Wellenzapfen 13 und eine Kolbenstange 14.
Der vorgeschlagene Viertaktmotor mit einer Zwangszündung, der einen Hohlkörper anstelle eines Zylinders und einen Kolben mit einem rechteckigen Querschnitt, der den Querschnitt des Hohlkörpers wiederholt, besitzt, kann bestimmte Vorzüge gegenüber einem traditionellen Motor aufweisen.
So kann man im verlängerten Hohlkörperkopf zwei und mehr Einlass- und Auslassventile und mehrere Zündkerzen unterbringen. Dies würde zur Steigerung der Effektivität des Ansaugens des Brenngemisches und des Abführens der Verbrennungsprodukte. Mit einigen Zündkerzen kann man eine gleichmäßige Zündung des Brenngemisches in der gesamten Verbrennungskammer erreichen.
Die flachen parallelen Facetten des Hohlkörpers gestatten, kompakte Blöcke des Motors zu konstruieren. Außerdem gestattet eine solche äußere Form, den Motor als tragendes Element der Konstruktion zu nutzen.
Das Vorhandensein von nur zwei Öffnungen zur Unterbringung von Lagern der Kurbelwelle vereinfacht die Konstruktion. Dabei ist der Motor gut vor der Verschmutzung geschützt.
Einen solchen Motor kann man durch die Bearbeitung von planparallelen Platten. Dabei kann man möglicherweise die Notwendigkeit von Gusarbeiten vermeiden. Dies vereinfacht und verbilligt die Motorherstellung. Die Reparatur könnte auf die Auswechslung der Platten, die in der Arbeitsebene der Kolbenstangen platziert sind und den größten Abrieb unterlegen sind, reduziert werden.
Der flache Kolben gestattet im Motor ein Kurbelgetriebe sowohl mit einem kleinen als auch mit einem großen Hebel anzuwenden. Dabei entsteht die Möglichkeit, einen Motor mit einem großen Drehmoment und mit einer kleinen Drehzahl oder umgekehrt zu entwickeln.
Die vorgeschlagene Konstruktion des Kolbens gestattet in seinem Inneren, die Kolbenstange und die Kurbelwangen der Kurbelwelle unterzubringen und die Einlass- und die Auslassöffnungen in seinem mittleren Teil erlauben eine einfache Montage dieser Teile. Dadurch entsteht die Möglichkeit, die Ausmaße und das Gewicht des Motors zu verringern und dadurch einen kompakten flachen Motor zu schaffen.
Da die Druckkraft der Kurbelstange sich auf zwei Köpfe eines Kolbens und auf zwei entfernte Zylinderabschnitte verteilen, erfährt der Kolben nur sehr geringe Seitenbelastungen. Und da der Arbeitslauf des Kolbens mit dem Kompressionsprozess in der entgegengesetzt liegender Verbrennungskammer übereinstimmt, wächst die Gleichmäßigkeit der Arbeit des Motors und er wird gut ausbalanciert sein. Im Ergebnis wird die Arbeit des Motors durch sehr geringe Vibration begleitet werden.
Da ein Teil des Kurbelgetriebes sich innerhalb des Kolbens befindet, eine zweite Kurbelstange fehlt und die Neigung zum Verschleiß der beweglichen Teile gering ist, können sich die mechanischen Geräusche des Motors wesentlich verringern.
Die Dichte in den Verbrennungskammern wird durch abgefederte Dichtungselemente gewährleistet, die auf allen Kannten des Kolbens angeordnet sind, ähnlich den Kolbenringen bei Motoren mit zylinderförmigen Kolben. Im Unterschied zu Letzteren geht beim Verschleiß dieser Dichtungselemente die Kompression im Motor nicht verloren. Die Dichtungselemente müssen aus hitzebeständigen Stahlplatten hergestellt werden. Sie werden in flachen Rinnen platziert und abgefedert. In dem vierkantigen Gehäuse drücken sie sich an seine innere Fläche und gewährleisten damit die Dichtheit der Verbrennungskammer. In 3 wird die Verbindungsart der Verdichtungselemente auf zwei Facetten des Kolbens angezeigt. Die Form der Verbindung der benachbarten Platten ist derart, dass durch den Abrieb äußerer Kanten die Verbindung ihre Dichtungseigenschaften nicht verliert.
In der 4 wird illustriert, dass der Motor 2 mit einer rechteckigen Form des Querschnitts des Kolbens und des Kolbengehäuses im Vergleich mit dem Motor 1, der einen kreisförmigen Querschnitt des Kolbens und des Zylinders besitzt, eine höhere Leistung besitzt. Dies resultiert aus der Tatsache, dass bei gleich großer Querschnittsfläche das Volumen der Verbrennungskammer im Motor 2 um über 60% größer ist als die Verbrennungskammer im Motor 1.
Die Wärmeübertragung des laufenden Motors nach Außen, die durch die Verbrennungskammerwände erfolgt, ist ihrer äußeren Fläche in etwa proportional. Dies führt zur Vereinfachung des Kühlungssystems Kühlungssystem des Motors.
Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Konstruktion des Motors mit einer vierkantigen Verbrennungskammer liegt darin, dass beim Vorhandensein von entsprechenden Einlass- und Auslassöffnungen im Kolben und im Gehäuse der Motor sowohl mit Zündkerzen als ein Zweitaktmotor als auch ohne Zündkerzen als ein Dieselmotor arbeiten kann. Außerdem kann er als ein Dampfmotor und als ein pneumatischer Motor sowie aus als ein Kompressor oder auch als eine Vakuumpumpe arbeiten

Claims

Der Verbrennungsmotor mit einem Kolben und seinem Gehäuse, einer Kolbenstange, einer Kurbelwelle, mit Verdichtungselementen, mit Zündkerzen und Ventilen dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse und der Kolben einen rechteckigen Querschnitt besitzen und ihre konjugierten Oberflächen planparallel sind.
Der Verbrennungsmotor nach Punkt 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Längenverhältnis der Seiten im Querschnitt des Gehäuses und des Kolbens gleich 1 oder größer sein kann.
Der Verbrennungsmotor nach Punkt 1 dadurch gekennzeichnet, dass in seinem Gehäuse zwei Verbrennungskammern an seinen entgegen gesetzten Enden angebracht sind, in denen Zündkerzen und Ventile untergebracht sind.
Der Verbrennungsmotor nach Punkt 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass im mittleren Teil des Gehäuses Lager der Kurbelwelle untergebracht sind.
Der Verbrennungsmotor nach Punkt 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben zwei Arbeitsköpfe und abgefederte Verdichtungselemente an allen Arbeitskanten besitzt.
Der Verbrennungsmotor nach Punkt 1 und 5 dadurch gekennzeichnet, dass im mittleren Teil des Kolben Einlass- und Auslassöffnungen vorhanden sind.
Der Verbrennungsmotor nach Punkt 1 und 5 dadurch gekennzeichnet, dass Kurbelwangen und die Kurbelstange innerhalb des Kolbens untergebracht sind.
Der Verbrennungsmotor nach Punkt 1, 3 und 7 dadurch gekennzeichnet, dass bei der Unterbringung entsprechender Einlass- und Auslassöffnungen im Kolbengehäuse er als Zweitaktmotor arbeiten kann