DD215605A1 - Kolben-verbrennungsmotor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen hochleistungsfaehigen Kolbenmotor fuer den Einsatz im Kraftfahrzeugbau, Schiffbau und fuer industrielle Antriebe, der sich durch eine, gegenueber bekannten Kolben-Verbrennungsmotoren erhoehte Leistung, kleinere Baugroesse und geringeren spezifischen Kraftstoffverbrauch auszeichnet. Es wird die Aufgabe geloest, die Einwirkung des Expansionsvorganges bei Zuendung und Treibstoff-Luft-Gemisch zeitlich optimal auf die Antriebsteile des Motors zu uebertragen. Diese Aufgabe wird geloest, indem der Kolben mit einer fest verbundenen Kolbenstange versehen ist, welche ueber einen Mitnehmer mit dem Umfang einer elliptischen oder angenaehert elliptischen Kurvenscheibe in Wirkverbindung steht, welche im Schnittpunkt ihrer Hauptachsen von einer Abtriebswelle aufgenommen wird. Der Mitnehmer besteht insbesondere aus einem Rollenpaar, welches eine profilartige Fuehrungsbahn am Umfang der Kurvenscheibe umfasst, wobei die Kolbenstange mit Hilfe eines Gleitsteines in Wirkungsrichtung des Kolbens zwangsgefuehrt wird.

Description

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Kolben-Verbrennungsmotor Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen hochleistungsfähigen Kolbenmotor für den Einsatz im Kraftfahrzeug bau. Schiffbau und für industrielle Antriebe.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist hinlänglich bekannt, daß sich mit der historischen Entwicklung des Verbrennungsmotors im wesentlichen der Kolbenmotor industriell durchsetzen konnte, obwohl insbesondere bei hochleistungsfähigen Motortypen ein hoher Entwicklungsaufwand dafür entstand, die durch die ungünstig wirkenden Massenkräfte hervorgerufene Laufunruhe der Motoren zu beseitigen. Neben dieser Laufunruhe ist das Verschleißproblem aller Lager des aus Pleuel und Kurbelwelle bestehenden Kurbeltriebes von erstrangiger Bedeutung, Das kinematische Prinzip des Kurbeltriebes gibt darüberhinaus ein festes Bewegungsbild vor, dem die Wirkung von Expansion und Kompression unterzuordnen ist. Diese Gründe führten zur Entwicklung von Drehkolbenmotoren, welche die dargestellten Nachteile vermeiden konnten. Drehkolbenmotoren konnten sich jedoch noch nicht im vollen Umfang durchsetzen, da der Verschleiß der Dichtelemente am Drehkolbenumfang unerwartet hoch und technisch schwer beherrschbar war.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Leistung bekannter Kolben-Verbrennungsmotoren wesentlich zu erhöhen, Kraftstoff pro Leistungseinheit einzusparen und kleinere Baugrößen von Verbrennungsmotoren bei gleichbleibender oder höherer Leistung zu schaffen.

Das Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolben-Verbrennungsmotor zu entwickeln, bei welchem die Einwirkung des Expansionsvorganges bei Zündung des Treibstoff-Luft-Gemisches zeitlich optimal auf die Antriebsteile des Motors übertragen

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem der Kolben eine axial fest verbundene Kolbenstange besitzt, an derem dem Kolben entgegengesetzten Ende ein Mitnehmer angeordnet ist, der mit einer am Umfang einer elliptischen oder angenähert elliptischen Kurvenscheibe angeordneten Führungsbahn in Wirkverbindung steht. Der Mitnehmer besteht insbesondere aus einem auf einem Gleitstein gelagerten Rollenpaar, welches eine profilartige Führungsbahn umfaßt. Mit Hilfe des Gleitsteines ist der Mitnehmer in Arbeitsrichtung zur Zwangsführung gleitend gelagert.

Die Kurbelscheibe ist, gegen Verdrehung gesichert, im Schnittpunkt ihrer Hauptachsen auf einer Antriebswelle gelagert.

Diese Einzylinderausführung des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors kann in Anlehnung an bekannte Motorkonstruktionen auf eine Mehrzylinderausführung, wie Reihen-, Stern-, Boxer- und V-Motor ausgedehnt werden.

Durch diese Bauweise wird dem Motor kinematisch folgende Funktionsweise vorgegeben:

Die Expansion des gezündeten Treibstoff-Luftgemisches im Zylinder bewegt den Kolben in bekannter Weise in Richtung des Zylinderfußes, so daß über die Kolbenstange und den Mitnehmer eine Kraft auf den Umfang der Kurvenscheibe wirkt. Da die Tangente des am Umfang des elliptischen Körpers liegenden Führungsprofiles außerhalb der Totpunkte in einem Winkel von ungleich 90° zur wirkenden Kraft liegt, wird durch die resultierende Kraft der Kurvenscheibe eine Drehbewegung mitgeteilt.

Sie erfolgt von einem ersten oberen Totpunkt zu einem ersten unteren Totpunkt und weiter über einen zweiten oberen zu einem zweiten unteren Totpunkt des Kolbens. Das bedeutet, daß bei zwei Expansionen eine Umdrehung der Antriebswelle

abläuft. .

Wesentlich für die Erfindung ist weiter, daß durch Abweichungen von der idealen elliptischen Umfangslinie der Kurvenscheibe, beispielsweise Abplattungen im Bereich der oberen Totpunkte eine gezielte Bewegungsdynamik des Kolbens vorgegeben werden kann, die eine optimale Nutzung der Energie des Treibstoff-Luftgemisches gestattet.

Die Erfindung ist ohne Einschränkung auf bekannte Konstruktionen von Mehrzylinder-Verbrennungsmotoren zu übertragen, indem bei Verwendung einer Kurvenscheibe sternförmig mehrere Zylinder angeordnet sind, deren Kolben über die genannten Mittel auf die Kuryenbahn einwirken oder aber Zylinder in Reihen-, Boxer-oder V-Anordnung jeweils einer Kurvenscheibe zugeordnet sind, welche über eine gemeinsame Abtriebswelle verfügen.

Ausführungsbeispiel ,

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Die dazugehörende Zeichnung zeigt den prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors in Einzylinderausführung. Der Zylinder 2 mit Kraftstoffzufuhr 1 und Abgasleitung 5 sowie Zündanlage 3 in traditioneller Bauweise ist über eine feste Lagerung 7 mit dem Motorgrundkörper verbunden. Am Kolben 4 ist axial die Kolbenstange 6 ' starr angebracht, deren vom Kolben 4 abgewandtes Ende einen Mitnehmer 12 trägt, welcher in einer Führungsbahn 11 gleitend gelagert ist Der mit einem Rollenpaar ausgestattete Mitnehmer 12 umfaßt ein nicht dargestelltes Führungsprofil, das entlang des Umfangs einer elliptischen Kurvenscheibe 9 verläuft, welche im Schnittpunkt ihrer Hauptachse von einer Abtriebswelle 8 verdrehsicher aufgenommen wird.

Durch diesen erfindungsgemäßen Aufbau des Motors wird folgende Funktion gewährleistet:

Bei Vernachlässigung derTotpunktwirkurig entsteht beim Niedergang des Kolbens 4 aus seinem oberen Totpunkt 19 die Bewegungsrichtung 18 von Kolbenstange 6 und Mitnehmer 12, so daß durch die auf den Umfang der Kurvenscheibe 9 ' , .

wirkenden resultierenden Kräfte eine Drehung der Kurvenscheibe 9 mit einer beispielsweisen Drehrichtung 17. Dabei bewegt sich der Mitnehmer 12 aus dem durch den umschriebenen Kreis 10 festgelegten ersten oberen Totpunkt 13 zum ersten unteren Totpunkt 16 und von da über den zweiten oberen Totpunkt 15 zum zweiten unteren Totpunkt 14 des Mitnehmers 12.

Daraus ergibt sich, daß der Kolben 4 bei einer Umdrehung der Abtriebswelle 8 zweimal seinen oberen Totpunkt 19

erreicht. ^ .

Durch eine Abplattung der Kurvenscheibe 9 im Bereich der oberen Totpunkte 13; 15 wird erreicht, daß trotz Rotation der Abriebswelle 8 der Kolben 4 über einen längeren Zeitbereich im Totpunkt 19 verharrt, oder die Bewegung des Kolbens 4 entsprechend der Krümmung der Kurvenscheibe 9 im Maximum 19 verzögert wird, wodurch bedeutend günstigere Druckverhältnisse entstehen und der Kraftstoff maximal apsgenutzt wird.

Claims (5)

Erfindungsanspruch

1. Kolben-Verbrennungsmotor in Ein- und Mehrzylinderausführung für den Einsatz im Kraftfahrzeugbau, Schiffbau und für Industrieantriebsmaschinen, gekennzeichnet dadurch, daß der Kolben (4) mit einer axial fest angeordneten Kolbenstange (6) verbunden ist, welche andererseits über einen in Arbeitsrichtung zwangsgeführten Mitnehmer (12) mit einer am Umfang einer elliptischen oder angenähert elliptischen Kurvenscheibe (9) angeordneten Führungsbahn in Wirkverbindung steht und die Abtriebswelle (8) im Schnittpunkt der gepmetrischen Hauptachsen der Kurvenscheibe (9) fest gelagert ist.

2. Kolben-Verbrennungsmotor in Ein- und Mehrzylinderausführung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Umfang der Kurvenscheibe (9) insbesondere im Bereich der oberen Totpunkte (13; 15) vom elliptischen Kurvenverlauf abweicht und vorzugsweise abgeplattet ist.

3. Kolben-Verbrennungsmotor nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß mehrere Zylinder (2) mit Kolben (4) und Kolbenstange (6) sowie Mitnehmer (12) sternförmig in gleichmäßiger Teilung um die Kurvenscheibe (9) angeordnet sind und mit ihr in Wirkverbindung stehen.

4. Kolben-Verbrennungsmotor nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß mehrere Zylinder (2) mit Kolben (4) und Kolbenstange (6) sowie Mitnehmer (12) in Reihen-, Boxen- oder V-Anordnung auf jeweils eine Kurvenscheibe (9) wirken wobei die Kurvenscheibe (9) auf einer gemeinsamen Arbeitswelle (8) angeordnet sind.

5. Kolben-Verbrennungsmotor nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Kolbenstange (6) durch einen verlängerten Kolbenschaft gebildet wird.

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