DE10116077A1 - Gegenkolbenmotor mit zwei Kurbelwellen und gemeinsamen Kreuzkopf - Google Patents

Gegenkolbenmotor mit zwei Kurbelwellen und gemeinsamen Kreuzkopf

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gegenkolbenzweitaktmotor. Gebaut für den Großmotorenbereich, wurde er wegen seiner guten Laufeigenschaften bekannt. Eine derartige Maschine soll so verbessert werden, dass sie auch im Kleinmotorensektor eingesetzt werden kann, ohne dabei auf die positiven Eigenschaften verzichten zu müssen. DOLLAR A Dies wird durch den symmetrischen Aufbau des Kurbeltriebes erreicht, der es erlaubt, den Umlenkmechanismus zum Antrieb des Gegenkolbens einfacher und massenärmer zu gestalten. Gleichzeitig wird durch diesen Aufbau auch der vollkommene Massenausgleich der Maschine ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist bekannt, dass Gegenkolbenmotoren mit gutem Wirkungsgrad arbeiten. Zwei Kolben (1, 2), die sich in zwei axial zueinander ausgerichteten Zylindern bewegen, komprimieren die Luft, beziehungsweise das brennbare Gemisch, in einem gemein­ samen Brennraum. Die Oberfläche dieses Raumes bleibt, im Vergleich zur Oberfläche von zwei einzelnen Einzylinderbrennräumen, kleiner. Dadurch fallen die Wandwär­ meverluste geringer aus, der thermische Wirkungsgrad steigt. Günstig für das Zwei­ taktverfahren ist auch, dass in dieser Bauweise die Gleichstromspülung realisierbar ist, mit entsprechend geringen Spülverlusten.
Bei bis heute bekanntgewordenen Konstruktionen, wurde die Energieübertragung vom Gegenkolben zur gemeinsamen Kurbelwelle über Pleuels realisiert, über Pleuels und Kreuzkopf, oder es wurden zwei einzelne Kurbeltriebe eingebaut, für jeden Kol­ ben (Kolbenreihe) jeweils eine. Die Kopplung und Synchronisierung wurde, im letzten Fall, über Zahnradsätze vorgenommen.
Grosse zu übertragende Kräfte und unsymetrischer Aufbau führten zu aufwendigen, massebehafteten Konstruktionen. Im Betrieb führten die hohen Übertragungskräfte, Seitenkräfte und nicht ausgleichbaren Reaktionskräfte zu hohen Velusten. So blieb diese Bauweise des Gegenkolbenmotors auf den Grossmotorensektor beschrenkt.
Aus der 4-Takt Motorentechnik ist eine Einzylindermaschinenkonstruktion bekannt, bei der der Kolben in der Bewegung von zwei Pleuls und zwei, über Zahnräder ge­ koppelten, gegenläufig drehenden, Kurbelwellen gesteuert wird. Da so die Seiten­ kräfte am Kolben wegfallen, wird der Wirkungsgrad der Maschine verbessert.
Aufgabe dieser Erfindung ist es, den konstruktiven Aufwand zu verringern, den Wirk­ ungsgrad der Maschine zu erhöhn und durch Optimierung des Aufbaus, die Umsetz­ ung der Konstruktion auch im Kleinmotorenbereich zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zwei synchronisierte Kurbeltriebe (3 und 4) und ein gemeinsamer Kreuzkopf (3) genutzt werden, um die Drehbewegung in ge­ radlinige Bewegung umzusetzen und den Verbrennungsmotorkolben (1), bzw. den Kolben (1) und den Rahmen (6), in der Bewegung zu steuern.
Durch den symetrischen Aufbau des Kurbelteriebes, treten während des Betriebes keine abzustützenden Seitenkräfte auf. Dadurch werden die Reibverluste verringert und der Wirkungsgrad der Maschine verbessert.
Da auch der Gegenkolben (2), bzw. die Gegenkoben bei Mehrzylindermaschinen, und auch der Kreuzkopf lineare Bewegungen ausführen, reichen einfache Umlenk- und Übertragungselemente um die Kräfte zwischen diesen Bauteilen des Motors zu übertragen. So reicht es aus, die Übertragungselemente nach Zugbelastungskriterien zu dimensionieren. Entsprechend einfach und massearm können sie gebaut werden.
Einzig bei der Einzylindermaschine muss eine Feder (8) eingebaut werden um den Gegenkolben (2) in Startstellung zu bringen.
Durch Anbringen von Gegengewichten (6, 7) an den Kurbelwellen können alle entstehenden Massenkräfte ausgeglichen werden. Aufwendige Fundamentbefestig­ ungen sind nicht notwendig, Dämpfungsverluste entstehn nicht.
Durch den Aufbau des Zweitaktmotors als Gegenkolbenmotor, ist die Gleichstrom­ spülung beim Ladungswechsel realisierbar, was zu weniger Frischgasverlusten als bei herkömmlichen Zweitaktmotoren führt und entsprechend guten Abgaswerten.
Da der Gegenkolben (2) auch als Auslasssteuerelement dient, überträgt er bis zum Moment des Auslassschlitzöffnens einen Teil der Verbrennungsenergie auf die Über­ tragungselemente und Kurbeltrieb und muss nicht, wie bei Ventilmotoren, mit Ener­ gieverlust, gegen den noch im Brennraum herrschenden Überdruck geöffnet werden.
Über den Rahmen gekoppelt, wird die zum Verdichten notwendige Energie direkt und ohne Verluste von einem Kolbenpaar zum anderen übertragen und nur die Rest­ energie der Verbrennung muss auf den Kreuzkopf und Kurbeltrieb übertragen wer­ den. Für entsprechend geringe Belastung kann der Kurbeltrieb ausgelegt werden.
Mehr als zwei Kolbenpaare können an dem Rahmen befestigt werden. Auch bei diesem Aufbau wird die Verdichtungsarbeit direkt und ohne Verluste von einem Kolbenpaar zum anderen übertragen und nur die Restenergie der Verbrennung muss auf den gemeinsamen Kreuzkopf und Kurbeltrieb übertragen werden.
Der Umlenkmechanismus besteht aus zwei Zahnriemen (9, 12) und den entsprechen­ den Umlenkrollen. Durch den symetrischen Aufbau bleibt der technische Aufwand gering.
Als Umlenkmechanismen können Zahnstangen/Zahnrädersätze verwendet werden. Auch hier müssen die Übertragungselemente nur nach Zugkraftkriterien dimensioniert werden.

Claims (8)

1. Zweitaktmotor mit mindestens zwei Kolben (1, 2) und mindestens zwei axial zueinander ausgerichteten Zylinderräumen und den von den Kolben (1, 2) einge­ schlossenen Brennkammern, dadurch gekennzeichnet dass die entsprechenden Kolben (1, 2), mittels eines Umlenkmechanismuses (9, 12), miteinander gekoppelt und in der Bewegung zueinander synchronisiert sind und dass der Kolben (1), der die Einlassschlitze steuert, einem Teil der durch die Verbrennung umgesetzten Energie auf einen Kreuzkopf (3) und von hier auf zwei Kurbeltriebe (4, 5), überträgt und ein zweiter gleichgrosser Kolben (2), der die Auslassschlitze steuert, den Restanteil der Verbrennungsenergie, mittels eines Umlenkmechnismuses (9, 12), auf denselben Kreuzkopf (3) überträgt.
2. Zweitaktmotor, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenkolben (2), der die Auslassschlitze steuert, einem kleineren Durchmesser aufweist als der Kolben (1) und dadurch nur einen kleineren Anteil der Verbrennungsenergie, mittels Übertragungsmechanismus, (9, 12) auf den Kreuzkopf und die Kurbeltriebe überträgt.
3. Zweitaktmotor, nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Kurbeltriebe mittels eines Synchronisiermechanismuses (13, 14) gekoppelt sind.
4. Zweitaktmotor, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Kolben (11), über einen Rahmen, starr mit dem Kolben (1) und ein vierter Kolben (10), über eine Kolbenstange starr mit dem Kolben (2) verbunden ist, so dass der Aufbau eine Doppel-Gegenkolbenmaschine ergibt und so die zur Funktion notwendige Ver­ dichtungsarbeit direkt und verlustfrei von einem Kolbenpaar zum anderen übertragen wird und dass nur die Restenergie der Verbrennungen auf die Kurbeltriebe (4, 5) übertragen wird.
5. Zweitaktmotor, nach Anspruch 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung der entsprechenden Kolbenpaare und deren Bewegungssynchronisierung mittels zweier Zahnriementriebe (9,12) vorgenommen wird.
6. Zweitaktmotor, nach Anspruch 1, 2, und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung der entsprechenden Kolbenpaare mittels zweier Zahnräder und Zahnstangen vorgenommen wird.
7. Zweitaktmotor, nach Anspruch 1, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als zwei Kolbenpaare über den Rahmen, entsprechende Kolbenstangen und entsprechen­ de Synchronisiermechanismen miteinander gekoppelt werden, so dass die zur Funk­ tion notwendige Verdichtungsarbeit direkt und verlustfrei von den entsprechenden Kolbenpaaren zueinander übertragen wird und nur die Restenergie der Verbrennungen auf die Kurbeltriebe übertragen wird.
8. Zweitaktmotor, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsenergie über die Koben (1, 2, 10, 11) und den Kreuzkopf (3) zu einer linearen elektrischen Maschine übertragen wird, die sowohl als Motor zum Starten der Ver­ brennungsmaschine, als auch als Generator genutzt wird und dass der Kurbeltrieb entfällt und somit der Motor als Freikolbenmaschine arbeitet.
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