DE10045107C2 - Double piston engine - Google Patents

Double piston engine

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Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Kompressormotor mit variabler Verdichtung. DOLLAR A Die Variabilität ist dadurch gegeben, indem ein zweiter, im Zylinderkopf sitzender Kolben nach oben hin ausweicht. Hierdurch wird bei größerer Drehzahl, bei der üblicherweise der Ladedruck steigt, die Verdichtung gleichgehalten. Dies führt zu einer höheren Leistung des Motors.The present invention relates to a compressor motor with variable compression. DOLLAR A The variability is given by the fact that a second piston located in the cylinder head moves upwards. As a result, the compression is kept the same at higher speeds, at which the boost pressure usually rises. This leads to higher engine performance.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung beschreibt einen Kompressor betriebenen Ottomotor mit variablem Brennraum. Dies ist neu, denn die bisherigen Motoren hatten alle eine mehr oder weniger tiefe Ausbuchtung im Zylinderkopf, und zwar kugelförmig oder bei seitengesteuerten Motoren länglich, die nicht verändert werden konnte. Dadurch stand die Verdichtung in unveränderlicher Form fest. Dert Doppelkolbenmotor DKD behebt diesen Nachteil. Er weicht von der bisherigen Lösung vollkommen ab.The invention describes a compressor operated Gasoline engine with variable combustion chamber. This is new because that previous engines all had a more or less deep Bulge in the cylinder head, spherical or at elongated side-controlled engines that have not changed could be. As a result, the compression was in unchangeable form. The double piston engine DKD fixes this disadvantage. It differs from the previous solution completely off.

Der schwedische Ingenieur Gillbrand experimentiert mit einem Motor, wobei er einen ähnlichen Grundgedanken verfolgt. Im Gegensatz zu mir verändert er den ganzen Zylinderkopf durch Neigung, einschließlich der Zylinder, des Kompressors und der Auspuffanlage. Da dieser Block gegenüber der Ölwanne abgedichtet werden muß, entsteht die Gefahr, daß die Dichtung spröde bzw. Verschleiß anfällig wird. Die seitliche Verlagerung beträchtlicher Massen kostet außerdem viel Energie, die vom Motor aufgebraucht werden muß und beim Antrieb fehlt.The Swedish engineer Gillbrand experimented with an engine, being a similar one Basic ideas pursued. Unlike me, he changes that whole cylinder head by inclination, including the Cylinder, the compressor and the exhaust system. Because of this Block must be sealed against the oil pan, arises the risk that the seal becomes brittle or susceptible to wear becomes. The lateral displacement of considerable masses costs also a lot of energy that must be used up by the engine and the drive is missing.

Beim Doppelkolbenmotor wird der ganze Fragenkomplex zweckdienlicher und einfacher gelöst.With the double-piston engine, the whole question becomes complex More convenient and easier solution.

Es besteht kein Unterschied, ob der Zylinderkopf einseitig angehoben wird oder die Steuerkolben durch die Nockenwelle gleichmäßig nach oben gerückt werden. Das muß auch so sein, denn der Ladedruck ist ja auch in allen Zylindern gleich. There is no difference whether the cylinder head is one-sided is raised or the control piston by the camshaft be moved up evenly. That must be the case because the boost pressure is the same in all cylinders.  

Beschreibungdescription

Unsere Motoren haben den Nachteil, daß bei ihnen im Hinblick auf die Verdichtung ein Kompromiß geschlossen werden muß. Während im Leerlauf die Verdichtung größer sein könnte, ist sie bei höheren Drehzahlen zu groß. Durch die hohe Verdichtung entsteht aber Wärme, die letztlich zur Selbstentzündung des Gemisches führen kann, was sich im sogenannten Klopfen äußert. Entzündet sich das Gemisch früher als vorgesehen, so wird der Kolben von der Druckwelle erfaßt, bevor er den oberen toten Punkt erreicht hat, was zu einer großen Belastung der Lager führt. Dadurch muß der Motor nicht gleich stehen bleiben, aber seine Leistung wird gemindert und selbst die Lager der besten Motoren machen diese Belastung nicht allzu lange mit. Kopfen ist also ein Warnzeichen. Diese Erscheinung läßt sich aber nur durch eine niedrigere Verdichtung vermeiden. Gleichzeitig bedeutet dies aber nicht, daß weniger Gemisch bereitzustellen sei, denn bei höherer Drehzahl soll ja auch eine bessere Leistung erreicht werden. Dieser Gedankengang führte direkt zur Einführung des Kompressors, der in der Lage ist, eine größere Menge an Gemisch zu liefern. Dies hat wiederum eine größere Kompression zur Folge, es sei denn, der Brennraum wird vergrößert. Wie soll das geschehen? Im vorliegenden Falle wird das Problem gelöst durch einen zweiten Kolben (2), der sich anhebt. sobald die Drehzahl steigt. Damit wird auf einfache und sichere Weise eine Vergrößerung des Brennraumes geschaffen. Undichtheiten können dabei nicht entstehen. Eine Schwachstelle im Hinblick auf den Verschleiß ist ebenfalls nicht zu befürchten, da der zurückzulegende Kolbenweg, im Vergleich zu dem eigentlichen Arbeitskolben (1), minimal ist. Auch in Bezug auf die thermische Belastung des Kolbens (2) dürfte es keine Schwierigkeiten geben, da er zwischendurch von dem einströmenden Gemisch gekühlt wird und durch die variable Kompression keine extremen Temperaturen auftreten. Während sich der eigentliche Arbeitskolben (1) entlang einer Wand bewegen muß, die durch die Verbrennungs- und Auspuffgase belastet ist, wird Kolben (2) von einem gekühlten Zylinder geführt. Das Anbringen von Kühlrippen im Innern des Kolbens kann daher entfallen.The disadvantage of our engines is that they have to compromise on compression. While the compression could be greater when idling, it is too high at higher engine speeds. Due to the high compression, heat is generated, which can ultimately lead to self-ignition of the mixture, which is manifested in what is known as knocking. If the mixture ignites earlier than intended, the piston is struck by the pressure wave before it reaches the top dead center, which places a great load on the bearings. As a result, the engine does not have to stop the same, but its performance is reduced and even the bearings of the best engines do not withstand this load for too long. Heading is a warning sign. However, this phenomenon can only be avoided by lower compression. At the same time, however, this does not mean that less mixture has to be provided, because better performance is also to be achieved at higher speed. This line of thought led directly to the introduction of the compressor, which is able to deliver a larger amount of mixture. This in turn results in greater compression, unless the combustion chamber is enlarged. How is that supposed to happen? In the present case, the problem is solved by a second piston ( 2 ) that rises. as soon as the speed increases. This creates a simple and safe way to enlarge the combustion chamber. Leaks cannot occur. A weak point with regard to wear is also not to be feared, since the piston travel to be covered is minimal in comparison to the actual working piston ( 1 ). There should also be no difficulties with regard to the thermal load on the piston ( 2 ), since it is cooled in between by the inflowing mixture and no extreme temperatures occur due to the variable compression. While the actual working piston ( 1 ) has to move along a wall which is loaded by the combustion and exhaust gases, piston ( 2 ) is guided by a cooled cylinder. The installation of cooling fins inside the piston can therefore be omitted.

Das Absenken und Anheben des Kolbens (2) geschieht mit Hilfe einer Welle (3), die exzentrische Nocken hat und durch einen Fliehkraftregler gesteuert wird. Es ist aber auch eine Regelung durch die Stellung des Gaspedals, die Motorendrehzahl oder die Drehzahl des Kompressors möglich.The piston ( 2 ) is lowered and raised using a shaft ( 3 ) which has eccentric cams and is controlled by a centrifugal governor. However, regulation by the position of the accelerator pedal, the engine speed or the speed of the compressor is also possible.

Während man bei einem herkömmlichen Otto-Motor ein Verdichtungsverhältnis von 1 : 10 zugrunde legt, schwankt dies beim DKD zwischen 8 : 1 bei Vollast und 14 : 1 im Leerlauf. Wenn auf Grund der geringen Menge der zugeführten Verbrennungsgase die Temperatur im Brennraum niedrig bleibt, ist ein Verdichtungsverhältnis von 14 : 1 möglich. Mit steigender Drehzahl sinkt dieses bis 8 : 1. Dabei darf nicht vergessen werden, daß der Kompressor mit anwachsender Drehzahl immer leistungsfähiger wird und letztlich das Gemisch mit großem Ladedruck in den Zylinder drückt. Dieser Druck sorgt für eine gute Füllung der Zylinder, ganz im Gegensatz zum Saugmotor, der mit dem atmosphärischen Druck auskommen muß und bei dem sich bei hoher Drehzahl das Problem der unzureichenden Füllung ergibt. Beim Turbomotor aber war das Problem, das wie folgt darzustellen ist: Hohe Drehzahl erzeugt höhen Ladedruck und damit hohe Verdichtung. Hoher Ladedruck und hohe Verdichtung sind bisher aber unvereinbar gewesen. Beim DKD aber führt eine hohe Drehzahl zu niedriger Verdichtung. Damit wurde eine Grundvoraussetzung für einen Hochleistungsmotor geschaffen.While one with a conventional gasoline engine Compression ratio of 1:10, this fluctuates at the DKD between 8: 1 at full load and 14: 1 at idle. If due to the small amount of feed Combustion gases the temperature in the combustion chamber remains low, a compression ratio of 14: 1 is possible. With increasing speed decreases to 8: 1 be forgotten that the compressor with increasing Speed is becoming more and more powerful and ultimately that Mixture with high boost pressure presses into the cylinder. This Pressure ensures a good filling of the cylinders, all the way through In contrast to the naturally aspirated engine, which works with atmospheric pressure must get along and at which the high speed Problem of insufficient filling results. With the turbo engine but was the problem, which can be represented as follows: high Speed generates high boost pressure and thus high compression. So far, however, high boost pressure and high compression been incompatible. At the DKD, however, there is a high speed compression too low. This became one Basic requirement for a high-performance engine created.

Ein 100 PS-Motor ist für einen Wagen der Golf-Klasse als angemessen zu betrachten. Da diese Leistung mit dem DKD aber schon mit einem wesentlich kleineren Motor zu erreichen ist, wird entsprechend weniger Gemisch, d. h. letztlich weniger Benzin verbraucht. Außerdem ist so ein kleiner Motor leicht, was sich wiederum auf den Spritverbrauch auswirkt, so daß insgesamt mit einem wesentlich geringeren Verbrauch gerechnet werden kann.A 100 HP engine is considered appropriate for a Golf class car. However, since this performance can already be achieved with the DKD with a much smaller engine, less mixture, ie ultimately less gasoline, is consumed. In addition, such a small engine is light, which in turn affects fuel consumption, so that overall a much lower consumption can be expected.

Bei einer zu jeder Zeit optimalen Verdichtung tritt kein Turboloch mehr auf, und durch die ständig effektive Verbrennung erledigt sich auch die Abgasfrage weitgehend. Damit ist ein weiterer Schritt zu einer sauberen Umwelt getan.With optimal compression at all times there is no Turbo lag more on, and through the constantly effective Combustion largely eliminates the exhaust gas issue. This is another step towards a clean environment done.

Bedingt durch die hohe Literleistung, die etwa das Doppelte der derzeit besten Dieselmotoren beträgt, kommt der Ottomotor zur neuen Blüte und im Zusammenhang mit der hohen Leistung und dem geringen Gewicht wird der DKD sogar für den Flugzeugbau interessant.Due to the high liter output, which is about twice of the best diesel engines currently available, comes the Gasoline engine for new bloom and in connection with the high Performance and light weight, the DKD is even for the Aircraft construction interesting.

Claims (6)

1. Hubkolbenverbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder, in dem ein Arbeitskolben läuft, der mit einer Kurbelwelle gelenkig verbunden ist; im Zylinderkopf befindet sich ein beweglicher Steuerkolben, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Steuerkolben mit Hilfe eines Fliehkraftreglers bei steigender Drehzahl nach oben bewegt, so daß sich bei hoher Drehzahl der größte Brennraum und die niedrigste Verdichtung ergibt.1. reciprocating piston internal combustion engine with at least one cylinder in which a working piston runs, which is articulated to a crankshaft; In the cylinder head there is a movable control piston, characterized in that the control piston moves upwards with increasing speed with the aid of a centrifugal force regulator, so that the largest combustion chamber and the lowest compression result at high speed. 2. Hubkolbenverbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Zylinderkopf (7) ein beweglicher Steuerkolben (2) befindet, der sich mit Hilfe eines Fliehkraftregelers bei steigender Drehzahl nach oben bewegt, so daß bei Vollgas der größte Brennraum gegeben ist.2. Reciprocating internal combustion engine according to claim 1, characterized in that there is a movable control piston ( 2 ) in the cylinder head ( 7 ), which moves with the aid of a centrifugal governor at increasing speed, so that the largest combustion chamber is given at full throttle. 3. Hubkolbenverbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (2) über eine Steuerkolbenstange (6) mit der Steuerkolbennockenwelle (3) und einem Fliehkraftregler verbunden ist.3. Reciprocating internal combustion engine according to one of claims 1 to 2, characterized in that the control piston ( 2 ) is connected via a control piston rod ( 6 ) to the control piston camshaft ( 3 ) and a centrifugal governor. 4. Hubkolbenverbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkolbennockenwelle (3) von der Kurbelwelle (5) über einen Fliehkraftregler angetrieben wird.4. Reciprocating internal combustion engine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the control piston camshaft ( 3 ) is driven by the crankshaft ( 5 ) via a centrifugal governor. 5. Hubkolbenverbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich am Zylinderkopf mindestens ein Einlaß (9)­ - beziehungsweise ein Auslaßventil (10) angebracht ist. 5. Reciprocating internal combustion engine according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least one inlet ( 9 ) - or an exhaust valve ( 10 ) is attached to the side of the cylinder head. 6. Hubkolbenverbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Zündkerze (8) im Steuerkolben (2) eingelassen ist.6. Reciprocating internal combustion engine according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least one spark plug ( 8 ) is inserted in the control piston ( 2 ).
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