DE29813613U1

DE29813613U1 - Hubkolbenmotor

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Publication number: DE29813613U1
Application number: DE29813613U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-07-30
Filing date: 1998-07-30
Publication date: 1998-11-26
Anticipated expiration: 2008-07-31

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hubkolbenmotor gemäß Oberbegriff von Anspruch I Die Erklärung findet zunächst anhand eines Verbrennungsmotors statt, da dies die verbreitetste Form der Hubkolbenmotoren ist.

Die Leistung eines Verbrennungsmotors hängt mit von der Fläche des Kolbens ab, auf die der Druck der explosionsartigen Verbrennung im Zylinder wirkt.

Es ist allgemein bekannt, daß ein Verbrennungsmotor mit dem Druck von Explosionen Kolben antreibt. Die Bewegung wird im allgemeinen in eine Drehbewegung umgewandelt. In der Form des Verbrennungsraumes und der Herbeiführung der Explosionen gibt es unterschiedliche, weit verbreitete Ausführungen (Dieselmotor, Ottomotor).

Druck wirkt nach allen Seiten gleich stark. Bei herkömmlichen Verbrennungsmotoren wird dieser Druck nur an einer Seite des zylinderförmigen Verbrennungsraumes — am Kolben — genutzt, also nur an einem kleinen Teil der Umwandung des Verbrennungsraumes.

Aufgabe der Erfindung ist es, Motoren zu schaffen, die an einem Verbrennungsraum mehr als einen Kolben anliegen haben, der die (Explosions-)Energie ableitet und nutzt. Sq erhöht die Erfindung die Effektivität im Vergleich zu den nicht so geprägten Motoren.

Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.

Ein Verbrennungsmotor hat bisher Einlaßventil(e) und Auslaßventil(e) und Zünd- oder Glühkerzen an der dem Kolben gegenüber liegenden Seite. Diese werden nun an der Seitenwand des zylinderförmigen Verbrennungsraumes plaziert und so die Möglichkeit geschaffen, an der dem Kolben gegenüber liegenden Seite einen weiteren Kolben einzubauen. Dieser Kolben bewegt auch eine Kurbelwelle. Diese Kurbelwelle liegt parallel zu der des ersten Kolbens und wird mit der des ersten Kolbens verbunden (mit Hilfe von Zahnrädern oder Zahnriemen oder ähnlich). Dadurch laufen beide Kolben auch synchron.

Die Erfindung holt eine höhere Energiemenge aus dem Kraftstoff. Zu Beginn des Arbeitstaktes wirkt auf beide Kolben jeweils der bisherige Druck. Am Ende des Arbeitstaktes wirkt wegen doppelten Hubvolumens und gleich

großem Verbrennungsraum auf beide Kolben jeweils etwas mehr als die Hälfte des bisherigen Drucks. Da es zwei Kolben sind, wirkt zu Beginn des Arbeitstaktes die doppelte Kraft wie bisher und am Ende des Arbeitstaktes etwas mehr als die bisherige Kraft, obwohl die gleiche Menge an Kraftstoff verbrannt wird.

Der Energieverbrauch im Auspufftakt, Ansaugtakt und Kompressionstakt ist jeweils um den gleichen Faktor höher, wie der Energiegewinn im Arbeitstakt. Bei der Energiebilanz läßt sich nun der Faktor ausklammern und in der Klammer steht immer noch der bisherige Term. Das Vorzeichen ändert sich nicht. Also ist die Leistung des Motors mit zwei Kolben je Verbrennungsraum um genau jenen Faktor größer.

Wenn beide Kurbelwellen mittels Zahnrädern verbunden werden, spart man sich "zusätzliche" Zahnräder um mittels einer Zahnradpumpe den Öldruck zu erzeugen. Auch können diese Zahnräder bei ausreichender Größe die Funktion eines Schwungrades übernehmen. So werden außer dem neuen Kolben und der neuen Kurbelwelle keine "neuen" beweglichen Teile im Motor eingeführt.

Da beide Kurbelwellen z.B. mittels Zahnrädern verbunden sind und das Gesamtdrehmoment an nur einer Welle abgegriffen werden kann, wird die zusätzliche Leistung nur unverhältnismäßig wenig durch weitere Wellenlager und Getriebe absorbiert. Beim Auto würde das bedeuten, daß das Drehmoment, das "auf die Straße gebracht wird" prozentual höher ist als die reine Mehrleistung des Motors.

Bisher habe ich die Erfindung anhand eines Viertraktmotors erklärt. Es versteht sich von selbst, daß dieses Prinzip auch für einen Zweitaktmotor gilt. Dabei ist es egal, ob es sich um einen Dieselmotor oder einen Ottomotor handelt.

Es ist auch denkbar, daß ein Motor mehr als nur zwei Kolben pro Verbrennungsraum hat. Je größer die Anzahl der arbeitenden Kolben oder je größer das Verhältnis der beweglichen Fläche zur festen Ummantelung des Verbrennungsraumes ist, um so größer ist die Menge Energie, die aus der gleichen Menge Sprit geholt werden kann.

Bei Grenzwertbildung kann mit unendlich vielen Kolben, die die gesamte Oberfläche des Verbrennungsraumes abdecken, die gesamte Energie des Treibstoffes verwertet werden. Man könnte sich den Motor dann als pulsierende Kugel vorstellen. Allerdings wird das wegen der unendlich vielen Kurbelwellen nicht realisierbar sein.

Bei mehr als zwei Kolben je Verbrennungsraum läuft die weitere Kurbelwelle "windschief an der Kurbelwelle vorbei, an der die Kraft abgegriffen wird. Diese muß dann mit Zahnriemen oder schräg verzahnten Zahnrädern o. ä. verbunden werden. Bei mehreren Kolben je Verbrennungsraum können je zwei (einander nicht genau gegenüber liegende) Kolben gemeinsam eine Kurbelwelle erhalten. Die jeweilige Anbindung ist dann so, wie bei dem Beispiel mit drei Kurbelwellen beschrieben.

Es gibt den Faustwert, daß ein bisheriger Verbrennungsmotor mit Hubkolben 40% der Energie verwertet. Ein zusätzlicher Kolben würde dann 40% der nicht verwerteten Energie verwerten, also (40*60%)%=(40*0,6)%=24%. Somit käme ein Motor mit zwei Kolben je Verbrennungsraum (bei doppelt so hohem Verhältnis von Kolbenfläche zur festen Oberfläche des Verbrennungsraumes) nach dieser Faustregel auf 64% verwerteter Energie, ein Motor mit je drei Kolben auf 78,4%, ein Motor mit je vier Kolben auf 87,04% und so weiter. Die pro zusätzlichem Kolben mehr verwertete Energie wird immer geringer. Irgendwann wird der zusätzliche Energiegewinn mit einem zusätzlichen Kolben durch die zusätzlich entstehende Reibung komplett aufgehoben.

Es ist für die Erfindung unerheblich, ob die Kolben symmetrisch oder gleichmäßig an den Verbrennungsraum angrenzen. Genauso ist die Form des Verbrennungsraumes nicht gezwungenermaßen zylinderförmig oder rund. Auch kann die Form der Kolbenfläche variieren. Wenn man einen tetraederförmigen Verbrennungsraum wählt, kann man an den Spitzen die Zünd- oder Glühkerzen und die Ein- und Auslaßventile plazieren und zur Nutzung einer größtmöglichen Kolbenfläche sechseckige Kolben einsetzen. Auch andere Variationsmöglichkeiten wie z.B. Form der Ventile oder Kühlrippen sind für das Prinzip der Erfindung unerheblich.

Bei gleichem Kraftstoffverbrauch steigt die Leistung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruch I im Vergleich zu einem herkömmlichen Motor, was für den Motorsport interessant ist.

Bei gleicher Leistung sinkt bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruch I wegen der notwendigerweise kleineren Bauweise der Kraftstoff-Verbrauch im Vergleich zu einem herkömmlichen Motor, was den Motor wirtschaftlicher arbeiten läßt. Auch wird so die Umwelt deutlich entlastet.

Nach der Beschreibung anhand von Verbrennungsmotoren nun ein paar allgemeine Worte:

Es kann auch Hubkolbenmotoren geben, die die Kraft nicht direkt oder gar nicht in eine Drehbewegung umsetzen.

Auch diese können nach dem Prinzip der Erfindung funktionieren. Da wäre es dann denkbar, daß die Kraftbündelung über zwei (evtl. parallele) Zahnstangen oder ähnliches realisiert wird, zwischen denen ein Zahnrad läuft.

Auch kann es Hubkolbenmotoren geben, die nicht mit Verbrennungen arbeiten, wie z. B. bei der Dampfmaschine oder dem Stirlingmotor. Auch hier können mehrere Kolben von dem zentralen, dem Verbrennungsraum beim Verbrennungsmotor entsprechenden, "Arbeitsraum" ausgehen.

Austauschblatt Beispielbeschreibung G 2*9ß·&Idigr;3*$ 13 9* $&oacgr;Φ 3(|.O7. J99% *.. *

Beispielbeschreibung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigt:

Figur 1: Einen zylinderförmigen Verbrennungsraum eines Viertaktmotors mit zwei Kolben, die zylinderförmig sind und einander gegenüber liegen.

Legende zu Figur 1:

1.1, 1.2 Kolbenfuhrungen, hier zylinderförmig (hier im Schnitt gezeichnet)

2 (gemeinsamer) Verbrennungsraum, hier ebenfalls zylinderförmig

3 Glühkerzen oder Zündkerzen (bei Diesel- oder Ottomotor)

4 Einlaß-und Auslaßventile

5.1, 5.2 Kolben (runder Querschnitt) mit Pleuelstangen (5. La, 5.2.a)

6.1, 6.2 Kurbelwellen

7.1, 7.2 Zahnräder, die die Kurbelwellen miteinander verbinden

8 Eingriff der Zahnräder ineinander

9 Weiterleitung der Drehbewegung an ein Getriebe usw.

Es handelt sich wie bei einem herkömmlichen Verbrennungsmotor um einen durchgehenden Zylinder, der jedoch zwei Kolbenfuhrungen (1.1, 1.2) hat. In seiner Mitte befindet sich der (Verbrennungs- oder) Arbeitsraum (2), in den das Luf-Brennstoff-Gemisch eingeleitet wird, dort verdichtet wird, zur Explosion gebracht wird und aus dem das Gas "ausgepufft" wird. Von außerhalb des Zylinders ragen bei (3) in den Zylinder hinein: Glühkerzen (bei Dieselmotor) oder Zündkerzen (bei Ottomotor). Ebenfalls in den Brennraum führen die Einlaß- und Auslaßventile (4). Die Explosion des Aerosols im (Verbrennungs- oder) Arbeitsraum treibt — im Gegensatz zu einem herkömmlichen Motor nicht nur einen Kolben, sondern — zwei Kolben (5.1, 5.2) an. Diese Kolben bringen über die Pleuelstangen (5. La, 5.2.a)je eine Kurbelwelle (6.1, 6.2) in Rotation. Auf diesen Kurbeln sitzen zwei Zahnräder (7.1, 7.2), die den Gleichlauf beider Kolben und die Kraflbündelung bewirken. Bei (8) greifen die Zahnräder (7.1, 7.2) ineinander. Bei (9) wird die Kraft beider Kolben von einer Kurbelwelle weitergeleitet.

Claims

Austauschblatt Schutzansprüche G 298*{>6&Idigr;}.9 vö&i 3&Ogr;.&Ogr;7. 19$8*I *',',' Schutzansprüche

1. Hubkolbenmotor mit einem vorbestimmten (Verbrennungs- oder) Arbeitsraum (2), dem ein erster Kolben (5.1) zugeordnet ist, der an einer Stelle in diesen eingreift, mit einem Einlaßventil(4), einem Auslaßventil (4) (und —bei Verbrennungsmotoren — einer Zünd- oder Glühkerze (3) ), die an dem (Verbrennungs- oder) Arbeitsraum(2) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedem (Verbrennungs- oder) Arbeitsraum(2) ein zweiter Kolben (5.2) zugeordnet ist, der an einer anderen Stelle des (Verbrennungs- oder) Arbeitsraum(2) eingreift, wobei jedes Einlaß- und Auslaßventil (4) und jede Zünd- oder Glühkerze (3) an einer weiteren Stelle des (Verbrennungs- oder) Arbeitsraum(2) angeordnet ist.

2. Hubkolbenmotor nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben (5.2) mit einer Pleuelstange () an eine zweite Kurbelwelle (6.2) angreift.

3. Hubkolbenmotor nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß an der ersten Kurbelwelle (6.1) ein erstes Übertragungselement (7.1) angeordnet ist, das mit einem zweiten Übertragungselement (7:2) der zweiten Kurbelwelle (6.2) zusammenwirkt.

4. Hubkolbenmotor nach Anspruch 3,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehung der ersten Kurbelwelle (6.1) mit einer Drehung der zweiten Kurbelwelle (6.2) synchronisiert ist.

5. Hubkolbenmotor nach Anspruchs,

dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kurbelwelle (6.2) parallel zu einer dem ersten Kolben (5.1) zugeordneten Kurbelwelle (6.1) liegt.

6. Hubkolbenmotor nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß jede Kolbenführung (1) zylinderförmig ist und einen polygonalen Verbrennungsraum aufweist.

7. Hubkolbenmotor nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kolben eine sechseckige Querschnittsfläche aufweist.