DE10107921A1 - Vierzylinder-Verbrennungsmotor System Otto oder Diesel mit Kraftübertragung von den Brennräumen über vier starr mit einem Kulissenschieber verbundenen Kolben - Kulissenstein - Kurbelwelle - Google Patents

Abstract

Vierzylinder-Verbrennungsmotor mit Kraftübertragung über vier starr mit einem Kulissenschieber verbundenen Kolben - Kulissenstein - Kurbelwelle. DOLLAR A Vier Zylinder liegen im rechten Winkel zur Kurbelwelle, nicht wie üblich hintereinander, sondern übereinander. DOLLAR A Die Energie wird über den Kulissenschieber - Kulissenstein - zur Kurbelwelle übertragen. DOLLAR A Vorteile: DOLLAR A Horizontaler oder vertikaler Betrieb. DOLLAR A Geringes Gewicht. DOLLAR A Geringer Platzbedarf. DOLLAR A Niedrigere Fertigungskosten durch weniger Bauteile. DOLLAR A Zusätzliche Möglichkeiten: DOLLAR A Erweiterung um jeweils vier Zylinder. DOLLAR A Verwendung als Kompressor, Motor-Kompressor oder als Pumpe bzw. Motor-Pumpe.

Description

Ist- Zustand

Zur Zeit werden Verbrennungsmotoren System Otto oder Diesel in der Luft, auf dem Wasser, auf der Straße und Schiene, als Antrieb für die vielfältigsten Maschinen, auch ortsfest, eingesetzt. Entsprechend ihrem Verwendungszweck vom Spiel­ zeugmotor bis zum Schiffsdiesel gibt es vielerlei Varianten, z. B. Zwei- oder Viertaktverfahren, Benzin-, Gas-, Diesel- oder Schweröl als Betriebsstoff usw.

Kritik am Ist-Zustand

Die Kraftübertragung herkömmlicher Motoren vom Brennraum zur Kurbelwelle ist mit dem System Kolben, bei Großmotoren Kol­ ben + Kreuzkopf (geradlinige Bewegung) - Pleuel - Kurbelwel­ le - (rotierende Bewegung) nicht optimal gelöst.

Ausserdem ist diese Bauweise aufwändig in der Anzahl und Kom­ plexität der benötigten Bauteile, im Fertigungsaufwand und in der notwendigen Materialqualität.

Das Gewicht der kraftübertragenden Teile ist hoch, der Platz­ bedarf reduzierbar und der Wirkungsgrad verbesserungsfähig.

Aufbau

Die 4 Zylinder (Fig. 1/1a-4a) liegen paarweise im rechten Winkel zur Kurbelwelle im Boxersystem. Anders als bei kon­ ventionellen Vierzylinder-Boxermotoren liegen sie nicht axial hintereinander zur Kurbelwelle, sondern übereinander. Die in den Brennräumen erzeugte Energie wird vom jeweili­ gen Kolben (Fig. 1/1b-4b) über den zentralen Kulissenschie­ ber (Fig. 1/6) - Kulissenstein (Fig. 1/7) zur Kurbelwel­ le (Fig. 1/9+10) übertragen. Alle vier Kolben (Fig. 1/1b-4b) sind starr mit dem Kulissenschieber (Fig. 1/6) verbunden. Der Kulissenstein (Fig. 1/7) sitzt auf dem Kurbelzapfen (Fig. 1/8) und dient gleichzeitig als Lager. Das Motorge­ häuse (Fig. 1/5) ist zweiteilig. Mittelachse der Kurbelwel­ le (Fig. 1/9).

Funktion Zustand zum Beginn der Funktionsbeschreibung

Kolben 1 (Fig. 1/1b) und Kolben 3 (Fig. 1/3b) sind ganz links im oberen Totpunkt.
Brennraum 1 = komprimiertes Gemisch.
Brennraum 2 = gefüllt mit Gemisch.
Brennraum 3 = leer
Brennraum 4 = mit Abgas gefüllt.
Zündung Brennraum 1
Brennraum 1 = Explosion treibt Kolben 1 nach rechts. Brennraum 2 = Gemisch wird verdichtet.
Brennraum 3 = Gemisch wird eingesaugt.
Brennraum 4 = Abgas wird ausgestossen.
Die Kurbelwelle wird um 180 Grad im Uhrzeiger­ sinn gedreht.

Zustand nach der Explosion im Brennraum 1

Kolben 2 (Fig. 1/2b) und Kolben 4 (Fig. 1/4b) sind ganz rechts im oberen Totpunkt.
Brennraum 1 = mit Abgas gefüllt.
Brennraum 2 = komprimiertes Gemisch.
Brennraum 3 = gefüllt mit Gemisch.
Brennraum 4 = leer
Zündung Brennraum 2
usw.

Die Zündfolge kann 1, 2, 3, 4, oder 1, 4, 3, 2, sein.

Für die Motorsteuerung, die Kraftstoffaufbereitung, die Zünd­ ung und die Abgasentsorgung werden herkömmliche Bauteile ver­ wendet.

Der Motor kann als Gas-, Benzin- oder Dieselmotor betrieben werden.

Im Zweitaktbetrieb wäre die Zündfolge 1 und 3 gleichzeitig nach 180 Grad Kurbelwinkel 2 und 4 gleichzeitig.

Vorteile gegenüber der bisherigen Lösung

• 1. Kosteneinsparung bei der Herstellung.
  • 1. 1.1 Weniger Bauteile.
    Gegenüber einem konventionellen 4-Zylinder-Reihenmotor fallen weg:
    4 Kolbenbolzen, 8 Federringe, 4 Pleuel, 4 Lagerbuchsen im kleinen Pleuelauge, 8 Schrauben, 8 Muttern, 8 Lager­ halbschalen im großen Pleuelauge.
    Bei Großmotoren fallen zusätzlich weg:
    Stössel zwischen Kolben undKreuzkopf, der Kreuzkopf und dessen Führungselemente.
    Hinzu kommen:
    1 Kulissenschieber (2-teilig) und 1 Kulissenstein (2-tei­ lig).
  • 2. 1.2 Kleinere Bauteile.
    Die Kurbelwelle hat an Stelle von 4 Kröpfungen nur noch eine Kröpfung, dadurch erübrigen sich:
    3 Kurbelzapfen + Wangen (Hubstücke), 3 Hauptlager, 6 La­ gerhalbschalen, 3 Lagerböcke, 6 Schrauben.
    Das Kolbenhemd und die Kolbenbolzen-Bohrung entfallen, dadurch können die Kolben sehr kurz gebaut werden. Die Zylinder werden entsprechend Kürzer, die Baubreite des Motors analog dazu um das doppelte schmäler.
  • 3. 1.3 Einfachere Fertigung.
    Die Kolben sind einfache Drehteile. Maßnahmen gegen Ver­ zug durch Temperatur entfallen.
    Der Kulissenstein ist einfach zu fertigen.
    Der Kulissenschieber und auch der Kulissenstein kann bei gebauter Kurbelwelle oder entsprechend konstruierter Kur­ belwelle auch einteilig sein.
    Die kürzeren Zylinder sind einfacher und schneller zu bearbeiten.
    Der Fertigungsaufwand an Maschinen, Werkzeugen und Ma­ terial wird deutlich reduziert.
• 2. Geringeres Gewicht; geringerer Platzbedarf.
  • 1. 2.1 Durch die wegfallenden und größenreduzierten Teile (über­ wiegend aus Schwermetall gefertigt) wird der Motor spür­ bar leichter. Dadurch können auch die Motoraufhängung bzw. Tragvorrichtungen leichter gebaut werden.
    Das geringere Gewicht ist im Flug- und Fahrzeugbau vor­ teilhaft.
  • 2. 2.2 Durch die kurze Bauweise (ein Vierzylinder-Motor ist so lang wie ein konventioneller Einzylinder-Motor) wird in Längsrichtung mehr Platz gewonnen als durch die liegen­ den Zylinder in der Breite verloren geht. Durch die kür­ zeren Zylinder baut der Motor schmäler als ein Boxer- oder 180 Grad-V-Motor.
  • 3. 2.3 Der Motor kann sowohl in horizontaler wie in vertikaler Einbaustellung betrieben werden. Dadurch kann in vielen Fällen ein Umlenkgetriebe entfallen, was die Vorteile nach Punkt 1 vermehrt.
• 3. Betriebskostenreduzierung.
  • 1. 3.1 Durch die Gewichtsreduzierung ergeben sich in Flug- und Fahrzeugen niedrigere Verbräuche.
  • 2. 3.2 Der Motor hat deutlich weniger Schmierflächen, dadurch sinkt der Schmiermittel-Verbrauch.
  • 3. 3.3 Die hin und her zu bewegende Masse ist niedriger, was den Wirkungsgrad erhöht und der Laufruhe zugute kommt. Verdreh-Schwingungen der Kurbelwelle sind geringer, da­ durch ergibt sich eine höhere Lebensdauer.
• 4. Sonstiges.
  • 1. 4.1 Schräg wirkende Kräfte werden von allen vier Kolben gleichzeitig aufgenommen und eliminiert, was der Lauf­ ruhe zugute kommt.
  • 2. 4.2 Die Luftverwirbelung im Motor ist geringer, da ein Teil der Luft im Motor nur hin und her geschoben wird.

Claims (8)

1. Vierzylinder-Verbrennungsmotor System Otto oder Diesel mit Kraftübertragung von den Brennräumen über vier starr mit einem Kulissenschieber verbundenen Kolben - Kulissen­ stein - Kurbelwelle (Fig. 1 Seite 9).

2. Motor, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Zylin­ der um 4 oder ein mehrfaches erweitert wird.
Pro weiteren 4 Zylindern muß die Kurbelwelle um eine Kröpfung und ein Hauptlager erweitert werden.
Diese Variante ist für Motoren größerer Leistung vorteil­ haft oder wenn auf optimale Laufruhe Wert gelegt wird.

3. Motor, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle ein­ seitig fliegend gelagert wird.
Diese Bauart ist vorteilhaft bei vertikaler Einbaulage und bei Motoren kleiner Leistung.
Die Vorteile bei den Herstellungskosten und beim Gewicht werden bei dieser Variante maximiert.

4. Motor, dadurch gekennzeichnet, daß Zylinder 1 und 3 als Motor, Zylinder 2 und 4 als Kompressor oder Pumpe bzw. mit externem Antrieb alle 4 Zylinder als Kompressor oder Pumpe für flüssige oder gasförmige Stoffe betrieben wird.
Die preiswerte Fertigung, die kompakte Form und das gerin­ gere Gewicht bieten, besonders bei mobilen Geräten, deut­ liche Vorteile.

5. Motor, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des Kulissen­ steins ein Wälzlager eingesetzt wird.
Diese Bauart ist vorteilhaft bei Kleinmotoren (Modell- und Spielzeugmotoren), da die Leichtlaufeigenschaft ver­ bessert wird.

6. Motor, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht des Ku­ lissenschiebers (Fig. 2/1) an mitlaufenden Rollen (Fig. 2/2) hängend auf eine Schiene (Fig. 2/3) übertragen wird.
Diese Bauart ist vorteilhaft bei Groß-Motoren; die Rei­ bung der Kolben in den Zylindern wird beträchtlich redu­ ziert.

7. Motor, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht des Ku­ lissenschiebers (Fig. 3/1) auf mitlaufenden Rollen (Fig. 3/2) stehend auf eine Schiene (Fig. 3/3) übertragen wird.
Diese Bauart ist vorteilhaft bei Groß-Motoren; die Rei­ bung der Kolben in den Zylindern wird beträchtlich redu­ ziert.

8. Motor, dadurch gekennzeichnet, daß die Kulisse (Fig. 4/2) im Kulissenschieber (Fig. 4/1) nicht, im rechten Winkel zur Bewegungsrichtung steht, sondern um den Winkel a (Fig. 4/3) schräg dazu. Dadurch läßt sich der OT um den Winkel a früher oder später erreichen, je nach Richtung der Schräglage.