AT502085B1 - Hubkolbenverbrennungskraftmaschine - Google Patents

Description

2 AT 502 085 B1

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenverbrennungskraftmaschine mit wenigstens einer Zylinder-Kolbeneinheit und wenigstens einem Einlassventil und wenigstens einem Auslassventil, wobei wenigstens ein Einlassventil im Kolbenboden sitzt und für die Zufuhr des Brenngases eine Gaszufuhrleitung vorgesehen ist und die Gaszufuhrleitung durch den Kurbelwellenraum geführt ist.

Bei herkömmlichen Hubkolbenverbrennungskraftmaschinen erfolgt das Hinausbefördern der Abgase durch die Schubwirkung des Zylinders im Auspufftakt sowie die Brenngaszufuhr durch die Sogbewegung des Zylinders. Vier-Takt Motoren benötigen vier Kolbenbewegung für einen Arbeitstakt. Bei Zwei-Takt Motoren ergibt sich das bekannte Problem der ungenügenden Füllung des Zylinderraums mit Brenngas und gleichermaßen das Problem der vollständigen Entfernung der Auspuffgase aus dem Zylinderraum über Öffnungen in der Zylinderwand, die vom Kolben freigegeben und wieder verschlossen werden.

Es ist bereits bekannt geworden, das Brenngas, sei es die Verbrennungsluft der im Zylinder der Brennstoff eingespritzt wird, oder sei es ein Gas-Luftgemisch, durch Einlassventile im Kolbenboden dem Zylinderraum zuzuführen. Die DE 199 25 445 A1 und DE 100 25 873 A1 zeigen Kolbenverbrennungsmaschinen mit zwei Kurbelwellen. Für den heutigen industriellen Motorbau ist jedoch die Anordnung von zwei oder mehr Kurbelwellen mit dem damit verbundenen konstruktiven Aufwand nicht durchführbar. Gemäß vorliegender Erfindung soll mit einer Kurbelwelle das Auslangen gefunden werden. Wenn in der DE 100 25 873 A1 in Fig. 3 nur eine Kurbelwelle dargestellt ist, ist zu bedenken, dass bei dieser Konstruktion keinesfalls das Brenngas durch den Kurbelwellenraum in den Boden des Kolbens eingeleitet wird, sondern es wird lediglich Frischluft in den Frischluftraum eingeleitet, die dort vorkomprimiert wird. Die Zündgasbildung erfolgt erst durch Kraftstoffeinspritzung in den Arbeitsraum. Alle bisherigen derartigen Konstruktionen konnten sich in der Praxis jedoch nicht durchsetzen.

Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine einzelne Kurbelwelle vorgesehen ist, dass die Gaszufuhrleitung durch den Kurbelwellenraum an einer Seite der Kurbelwelle und seitlich versetzt zur Pleuelstange geführt ist und dass die Gaszufuhrleitung im Kurbelwellenraum aus mindestens zwei teleskopartig ineinander verschiebbaren Abschnitten besteht.

Bei der erfindungsgemäßen Maschine erfolgt die Brenngaszufuhr durch den Zylinderkolben im Zeitrahmen zwischen auslaufender Explosionsphase und beginnender Kompressionsphase. Dadurch ist kein Auspuff- und Ansaugtakt mit der damit verbundenen Zylinderbewegung erforderlich. Die Intervalle der Zünd- und Explosionsphasen sind im Vergleich zu derzeit bestehenden Motorsystemen wesentlich verkürzt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele und den Zeichnungen näher erläutert.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen das Taktschema eines erfindungsgemäßen Motors. Fig. 5 zeigt schematisch eine sternförmige Anordnung von acht Zylinder-Kolbenanordnungen. Fig. 6 ist ein Schnitt durch einen Einzelzylinder und die Fig. 7 bis 11 zeigen Schnitte verschiedener Führungen der Gaszufuhrleitungen. Fig. 12 zeigt einen Gegenhubkolbenmotor und Fig. 13 einen Schnitt durch die Ventilanordnung für die Auspuffventile.

In den Fig. sind gleiche oder gleichwirkende Bestandteile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Gemäß den Fig. 1 bis 4 laufen die Takte des Motors wie folgt ab:

Fig. 1 zeigt die Kompressionsphase. Die Ventile sind geschlossen und die Verdichtung erfolgt durch die Zylinderbewegung zur Zündzone. Der Kolben 1 bewegt sich im Zylinder 2 in Richtung des Pfeiles 3. Das im Kolbenboden befindliche Einlassventil 4 und das Auslassventil 5 sind

Claims (6)

1. 3 AT 502 085 B1 geschlossen. Durch die Einspritzdüse 6 wird Brennstoff eingespritzt. Die Fig. 2 zeigt die Zündphase. Die Ventile 4, 5 sind geschlossen. Die Zündung erfolgt durch eine oder mehrere Zündkerzen 7 oder durch Selbstentzündung des verdichteten Kraftstoffs. Die Fig. 3 zeigt die Expansionsphase. Die beiden Ventile 4, 5 sind geschlossen. Der Kolben bewegt sich gemäß Pfeil 8. Die Fig. 4 stellt die Gasaustauschphase dar. Der Gasaustausch kann in einem Zeitfenster von der auslaufenden Expansionsphase bis zur beginnenden Kompressionsphase liegen. Die Ventile 4, 5 sind offen. Das Brenngas strömt durch den Kolben 1 in den Zylinderraum und drängt die Abgase über das Auslassventil 5 hinaus. Wenn die Abgase den Zylinderraum verlassen haben, werden beide Ventile wieder geschlossen und der Arbeitstakt beginnt wieder bei Fig. 1. Gemäß Fig. 5 können die Kolben-Zylinderanordnungen auch sternförmig sein, wobei auch hier die Einlassventile 4 jeweils in den Kolbenböden sitzen und in einem zentralen Brennraum eine Auslassventilanordnung 4 angeordnet ist. Die Fig. 6 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Einzelzylinder Motor. Die Auslassventile 5 sind durch eine Nockenwellenanordnung 9 gesteuert. Die Bewegung des Kolbens 1 erfolgt über eine gabelförmige Pleuelstange 10 und die Kraftübertragung erfolgt über zwei Kurbelscheiben 11 auf die Kurbelwellenzapfen 12, von der sie dann zur Kraftübertragung abgeleitet wird. Die Fig. 6b zeigt die Lage der Gaszufuhrleitung 13, durch die gemäß Pfeil 14 das Brenngas dem Kolbenboden bis zum Einlassventil 4 zugeleitet wird. Wie in Fig. 6 zu sehen ist, ist die Gaszufuhrleitung teleskopartig verkürzbar und verlängerbar, um die Hubbewegung des Kolbens auszugleichen. Diese Hubbewegung innerhalb der Gaszufuhrleitung kann auch zur Vorverdichtung des Brenngases dienen. Die Gaszufuhrleitung ist jedenfalls durch den Kurbelwellenraum geführt. Die Fig. 7 bis 11 zeigen verschiedene Varianten der Führung der Gaszufuhrleitung 13, wobei darauf zu achten ist, dass diese Gaszufuhrleitung an den Bewegungsbereichen der Pleuelstange oder Kurbelwelle vorbeigeführt sind. Gemäß den Fig. 7, 8 sind jeweils zwei Gaszufuhrleitungen 13, also insgesamt 4 Gaszufuhrleitungen seitlich der Pleuelstange angeordnet. Gemäß den Fig. 9, 10 sind jeweils zwei oder alle vier Gaszufuhrleitungen durch eine Kröpfung 14 einem einzigen Einlassventil 4 zugeführt. Gemäß den Fig. 10, 11 sind gabelförmige Pleuelstangen 10 vorgesehen, wie dies bereits der Fig. 6 zu entnehmen ist. Die Fig. 12 zeigt einen Gegenkolbenmotor, wobei zwei Kolben 1 gegenläufig in einem einzigen Zylinder arbeiten. In beiden Kolbenböden befinden sich die Einlassventile 4. Für die mittige Anordnung der Auslassventile ist eine Auslassventilanordnung 15 vorgesehen, die in Fig. 13 näher dargestellt ist. Insgesamt acht Auslassventile 5 umgeben den Brennraum 16 und die Auslassventile 5 werden gleichzeitig durch einen Nockenring 17 gesteuert. Durch diese erfindungsgemäße Auslassventilanordnung ist sicher gestellt, dass eine hohe Querschnittsfläche für das Ausströmen der Auspuffgase gewährleistet ist. Dadurch wird eine gute Füllung des Brennraums mit frischem Brenngas sichergestellt. Patentansprüche: 1. Hubkolbenverbrennungskraftmaschine mit wenigstens einer Zylinder-Kolbeneinheit und wenigstens einem Einlassventil und wenigstens einem Auslassventil, wobei wenigstens ein Einlassventil im Kolbenboden sitzt und für die Zufuhr des Brenngases eine Gaszufuhrlei- 4 AT 502 085 B1 tung vorgesehen ist und die Gaszufuhrleitung durch den Kurbelwellenraum geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine einzelne Kurbelwelle vorgesehen ist, dass die Gaszufuhrleitung durch den Kurbelwellenraum an einer Seite der Kurbelwelle und seitlich versetzt zur Pleuelstange geführt ist und dass die Gaszufuhrleitung im Kurbelwellenraum aus mindestens zwei teleskopartig ineinander verschiebbaren Abschnitten besteht.
2. 2. Hubkolbenverbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszufuhrleitung aus zwei oder mehreren Zufuhrleitungen besteht, die jeweils an verschiedenen Seiten der Kurbelwelle und/oder versetzt zur Pleuelstange geführt sind und gegebenenfalls einem einzigen Einlassventil im Kolbenboden zugeführt sind.
3. 3. Hubkolbenverbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaszufuhrleitung in der Bewegungsebene der Pleuelstange angeordnet ist, und dass die Pleuelstange gabelförmig ausgebildet ist.
4. 4. Hubkolbenverbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das im Kolbenboden angeordnete Einlassventil als auch das im Zylinderkopf angeordnete Auslassventil in auslaufender Explosionsphase und beginnender Kompressionsphase öffenbar sind.
5. 5. Hubkolbenverbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 12 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass um den Zylinder eine ringförmige Auslassventilanordnung (15) vorgesehen ist.
6. 6. Hubkolbenverbrennungskraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassventile von einem Nackenring (17) gesteuert sind. Hiezu 7 Blatt Zeichnungen