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Die
Erfindung richtet sich auf einen Motor mit einem oder mehreren Hubkolben,
zwei endlosen Führungsbahnen,
die je einem Hubkolben und/oder einem mit diesem integrierten, verbundenen
oder gekoppelten Teil zugeordnet sind, einem oder mehreren Abtriebselementen
mit wenigstens einem rundumlaufenden Zahnkranz, wobei wenigstens
ein Hubkolben und/oder ein Teil, das mit einem Hubkolben integriert,
verbunden oder gekoppelt ist, zwischen den betreffenden, endlosen
Führungsbahnen
geführt
wird, um bei einer oszillierenden Hubbewegung des Hubkolbens gleichzeitig
eine kontinuierliche Drehbewegung zu erhalten, die stets in derselben
Drehrichtung gerichtet ist (entweder im Uhrzeigersinn oder gegen
diesen).
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Ein üblicher
Hubkolbenmotor ist bspw. der Benzin- oder Ottomotor. Dort wird die
Kopplung zwischen den ohne jegliche Drehbewegung linear oszillierenden
Kolben und der ohne jegliche Hubbewegung rotierenden Kurbelwelle
bewerkstelligt durch Pleuelstangen, die mit einem Ende die reine
Hubbewegung eines Kolbens nachvollziehen und mit dem anderen Ende
dabei einer Kreisbahn folgen. Aus der Kopplung dieser beiden Bewegungen
ergibt sich eine hin und her gehende Schwenkbewegung einer Pleuelstange,
wobei ständig
die nicht unbeträchtliche
Masse der Pleuelstange in den unterschiedlichsten Richtungen beschleunigt
und wieder abgebremst wird. Dies bedingt nicht nur einen Energieverlust,
sondern auch erhebliche Vibrationen. Darüber hinaus muß der gesamte
Bewegungsbereich der Pleuelstangen wie auch der Kurbelwelle frei
gehalten werden, wodurch sich ein nicht unbeträchtlicher Platzbedarf ergibt.
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Zur
Reduzierung von Vibrationen schlägt
die DDR-Patentschrift
DD
298 013 A5 vor, je zwei Hubkolben in einer gemeinsamen
Flucht antiparallel zueinander anzuordnen, und die einander zugewandten
Pleuelstangen starr miteinander zu verbinden. Dadurch ist die Bewegungsmöglichkeit
einer Pleuelstange auf eine reine Linearbewegung reduziert. Zwei
solche Doppelzylinder-Anordnungen werden zu beiden Seiten einer
trommelartigen Radialerweiterung einer Abtriebswelle, einander diametral
gegenüberliegend,
angeordnet. Während diese Trommel
an ihrem Außenmantel
eine rundumlaufende Nut trägt,
deren Verlauf einer auf die Mantelfläche projizierten Sinuskurve
folgt, trägt
jede Pleuelstange einen an ihrer der Trommel zugewandten Seite auskragenden
Fortsatz, der in die Trommelnut eingreift. Die rein linear oszillierende
Bewegung der Pleuelstangen wird dadurch direkt in eine reine Drehbewegung
der Trommel umgesetzt. Es gibt dabei keine Teile, die sowohl eine
Linear- als auch eine Drehbewegung ausführen. Eine solche Anordnung
geht jedoch stets einher mit einer durch vier teilbaren Zylinderzahl
(4, 8, 12, ...) und ist daher konstruktiv sehr aufwendig. Außerdem ist
die Trommel relativ voluminös
und hat daher auch eine nicht unbeträchtliche Masse, was jedenfalls
beim Einbau eines derartigen Motors in ein Fahrzeug dessen Gewicht
unnötig
vergrößert.
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Das
deutsche Gebrauchsmuster
DE
85 13 353 U1 offenbart eine Zweitakt-Brennkraftmaschine, deren Kolben über eine
Pleuelstange mit einer Kurbelwelle verbunden ist und während der
Hubbewegung in der Zylinderwannd angebrachte Öffnungen eines Einlaßkanals
und eines Auslaßkanals
steuert, wobei die Achsse des Pleuellagers in einem Winkel schräg zur Achse
der Kurbelwellenlager steht und im Kolben eine während der Abwärtsbewegung
des Kolbens zuerst die Öffnung
des Auslaßkanals
und danach die Öffnung
des Einlaßkanals überdeckende Öffnung angebracht
ist. Durch die leichte Schrägstellung
der Lager zwischen Pleuelstange und Kurbelwelle kann dem Kolben
eine geringe Schwwenkbewegung aufgeprägt werden. Dieselbe ist jedoch
keine kontinuierliche Drehbewegung in einer einzigen Drehrichtung,
sondern vielmehr oszillierend um eine Mittelstellung des Kolbens,
und kann somit nicht als Abtriebsbewegung eines Motors genutzt werden, wozu
vielmehr eine beständige
Drehbewegung in einer einzigen Drehrichtung erforderlich ist.
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Die
deutsche Offenlegungsschrift
DE 27 00 194 A1 bezieht sich auf eine Kraftmaschine
mit einem innerhalb eines Zylinders oszllierenden Kolben, der über eine
Kolbenstange eine zu dieser koaxiale Abtriebswelle in Drehung versetzt,
wobei zur Umwandlung der Hin- und Herbewegung des Kolbens in die
Drehbewegung der Abtriebswelle ein räumliches Kurvengetriebe dient,
dessen kreiszylindrischer Kurventräger an seiner Innenmantelfläche eine
in sich geschlossene, in der ebenen Abwicklung sindusförmig verlaufende
Nut als Führungskurve
aufweist, in die ein Rollen tragender Führungszapfen eingreift, der
auf einem am kolbenfreien Ende der Kolbenstange angeordneten Gleitkörper sitzt.
Dieser Gleitkörper
hat die Gestalt einer Scheibe, deren Grundfläche dem Querschnitt eines Hohlraums
entspricht, worin eben dieser Gleitkörper – an zwei umgriffenen Stangen
drehfest mit der eigentlichen Kolbenstange gekoppelt – in Richtung
des Kolbenhubs verschiebbar und dabei um die Kolbenlängachse
verdrehbar geführt
ist. Es ist also nur unter größtem technologischen
Aufwand möglich,
die Gleitkörperscheibe
derart in den dafür
vorgesehenen Hohlraum einzusetzen, dass der daran angeordnete Führungszapfen
samt Rolle in die dafür
vorgesehen Nut an der Umfangswand des Hohlraums eingreift. Auch
dürfte
es äußerst aufwendig
sein, eine Nut mit einem etwa sinusförmigen Verlauf in die Innenseite einer
hohlzylindrischen Baugruppe einzuarbeiten.
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Die
deutsche Offenlegungsschrift
DE 39 31 702 A1 richtet sich auf eine Brennkraftmaschine
mit wenigstens einem Zylinder und einem in dem Zylinder verschiebbaren
Kolben, dessen Kolbendach zusammen mit dem Zylinder und einer dem
Kolbendach in Richtung der Kolbenachse gegenüberliegenden Zylinderstirnwand
einen Brennraum begrenzt, mit einer in den Brennraum mündenden
Kraftstoff-Einspritzeinrichtung und mit einem über eine Kolbenstange drehfest
mit dem Kolben verbundenen, räumlichen
Kurvengetriebe, welches die Hubbewegung des Kolbens unter Rotation
des Kolbens um die Kolbenachse in eine Rotationsbewegung eines Abtriebsorgans
umsetzt. Das Kurvengetriebe hat eine schräg zur Kolbenachse verlaufende,
ringförmig
geschlossene Nockenbahn in Form einer Nut eines fest mit dem Zylinder
verbundenen Gehäuses.
In der Nut sind zwei mit der Kolbenstange drehfest verbundene Nockenfolger
verschiebbar geführt,
welche die Hubbewegung des Kolbens in eine der Hubbewegung überlagerte
Rotationsbewegung eines Gleitkörpers
umsetzt. Da die beiden Nockenfolger einander diametral gegenüber liegend
angeordnet sind, ist der Zusammenbau extrem kompliziert und somit äußerst aufwendig.
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Die
deutsche Offenlegungsschrift
DE 35 07 766 A1 beschreibt eine Brennkraftmaschine
mit wenigstens einem Zylinder und einem mit dem Zylinder einen Brennraum
begrenzenden Hubkolben. An der in Hubrichtung des Kolbens linear
geführten
Kolbenstange ist eine Kurvenfolger-Stange mit quer zur Hubrichtung
verlaufender Längsachse
festgelegt, an deren beiden Enden je eine Rolle gelagert ist. Beide
Rollen greifen in eine rundumlaufende, Hutförmige Führungsbahn an der Innenseite
des die Kolbenstange umgebenden Hohlraums ein. Eine solche Anordnung
läßt sich
nur unter großen
Mühen herstellen
und erfordert daher einen großen Montageaufwand.
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In
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 40 27 533 A1 ist ein Verbrennungsmotor
dargestellt, bei dem durch Verbrennen eines Kraftstoff-Luft-Gemisches
der im Zylinder bzw. Brennraum bewegte Kolben, der über eine
Stange mit der Antriebswelle verbunden ist, in mehreren Takten mechanische
Arbeit leistet bzw. In seine Ausgangslage zurückbewegt wird, wobei der Kolben
auf dem Außenmantel
eine vorzugsweise sinusförmig verlaufende
Rille aufweist, in die auf der Zylinderinnenwand angeordnete Führungsbolzen
eingreifen, und wobei der Kolben über eine Kolbenwelle mit der
Antriebswelle verbunden ist. Infolge der in den Kolben eingearbeiteten
Rille wird dessen Mantel signifikant geschwächt und macht dadurch eine
signifikante Verstärkung
erforderlich; dieses wiederum erhöht die Masse der linear oszillierenden
Teile, so dass durch die erhöhte
Massenträgheit
Energie vergeudet wird.
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Aus
den Nachteilen des beschriebenen Standes der Technik resultiert
das die Erfindung initiierende Problem, einen gattungsgemäßen Hubkolbenmotor
derart auszubilden, dass ein Motor mit einer möglichst geringen Zylinderzahl
konstruiert und betrieben werden kann, wobei komplexe Bewegungsabläufe wie
bei einer Pleuelstange vermieden werden sollen, um Energieverbrauch
und Vibrationsentwicklung auf ein Minimum zu reduzieren. Dabei sollen
die Gesamtmasse und der Platzbedarf eines zu schaffenden Motors
so gering als möglich
sein, ferner soll die Abtriebsbewegung sich direkt zum Antrieb eines
Fahrzeugs oder einer Maschine eignen, was bei rein oszillierenden
Bewegungen nicht gegeben ist, und schließlich soll der herstellungstechnische
Aufwand möglichst
gering sein, so dass eine wirtschaftliche Fertigung erreicht wird.
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Die
Lösung
dieses Problems gelingt bei einem gattungsgemäßen Motor dadurch, dass die
beiden Führungsbahnen,
die je einem Hubkolben und/oder einem mit diesem integrierten, verbundenen
oder gekoppelten Teil zugeordnet sind, an zwei getrennten Führungsteilen
angeordnet sind, dass ein Teil, das mit den endlosen Führungsbahnen
zusammenwirkt, einen seitlichen Fortsatz aufweist mit einer oder
mehreren Wangen und mit einem endseitigen Drehkörper; und dass ein Abtriebselement
aus einem rotationssymmetrischen Teil gefertigt ist und zwei durch
achsparallele Schlitze voneinander getrennte Wangen aufweist, an
deren einander zugewandten Schlitzseiten die Wangen des Teils, das
mit den endlosen Führungsbahnen
zusammenwirkt, anliegen.
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Damit
wird an oder nahe des Kolbens bereits die drehende Bewegung hervorgerufen,
die weitergeleitet und einer Nutzung zugeführt wird, während die Hubbewegung – im Gegensatz
zu der Pleuelstange herkömmlicher
Motoren – überhaupt
nicht abgegriffen wird.
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Indem
die Drehbewegung eines Hubkolbens und/oder eines mit diesem integrierten,
verbundenen oder gekoppelten Teils stets in derselben Drehrichtung
gerichtet ist (entweder im Uhrzeigersinn oder gegen diesen), sind
Drehbeschleunigungen auf ein Minimum reduziert. Bei einer rein kontinuierlichen
Bewegung treten jedoch abgesehen von Reibungsverlusten keine Energieverluste
auf.
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Erfindungsgemäß werden
also an jedem Zylinder bzw. Kolben in einem Teil eine reine Hubbewegung und
eine kontinuierliche Drehbewegung überlagert. Ein solches Teil
kann – verglichen
mit den Pleuelstangen und der Kurbelwelle üblicher Ottomotoren, aber auch
im Verhältnis
zu der aus der
DD 298
013 A5 vorbekannten Trommel – relativ klein ausgebildet
sein und mit einer geringen Masse. Mangels einer Führungsnut
ist die erfindungsgemäße Anordnung
weitaus einfacher herzustellen als die aus dem Stand der Technik
bekannten Vorrichtungen.
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Da
die Umsetzung von der Hub- in eine Drehbewegung bereits am Kolben
stattfindet, läßt sich
ein Motor bereits mit nur einem einzigen Zylinder realisieren. Da
es keine hin und her gehenden Schwenkbewegungen gibt, ist die einzige,
nicht kontinuierliche Bewegung die Hubbewegung des Kolbens. Diese
Bewegungen können
aber bereits mit zwei Kolben, die sich antizyklisch bewegen, kompensiert
werden.
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Dem
Erfindungsgedanken folgend erfolgt die Drehbewegung um eine Drehachse,
die durch den betreffenden Hubkolben hindurch verläuft. Dadurch
kann der Hubkolben ggf. vollständig
an dieser Bewegung teilnehmen, ohne seinen Ort innerhalb seines
Zylinders zu verändern,
mit Ausnahme seiner Hubbewegung.
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Wenn
die Drehbewegung um eine Drehachse erfolgt, die parallel zu der
Hubbewegung des betreffenden Hubkolbens gerichtet ist, so sind die
Hub- und die Drehbewegung stets linear unabhängig voneinander, und bei der
Kopplung bzw. Überlagerung
dieser Bewegungen hat man volle Konstruktionsfreiheit.
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Sofern
die Drehbewegung um eine Drehachse erfolgt, die konzentrisch zu
dem Zylinder des betreffenden Hubkolbens ist, so kann der Kolben
wie gewohnt eine zylindrische Form haben, mit einer Hubbewegung in
Längsrichtung
des Zylinders und mit einer Drehbewegung um eben diese Achse.
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Bevorzugt
entspricht eine volle Umdrehung der Drehbewegung einer kompletten,
von einem Extrempunkt der Hubbewegung zu dem gegenüberliegenden
und zurück
gehenden Bewegung. Die Bewegungszyklen der Drehbewegung und der
Hubbewegung stimmen demnach überein.
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Zu
Antriebszwecken sollte die Drehbewegung von der Hubbewegung isoliert
und abgegriffen werden. Eine Drehbewegung läßt sich im Gegensatz zu einer
oszillierenden Bewegung mit einfachen Mitteln weiterleiten und – bspw.
in Getrieben – umsetzen.
Dabei können
die Drehbewegungen mehrerer Hubkolbeneinheiten miteinander gekoppelt
werden, um eine Synchronisierung zu erreichen. Dabei lassen sich
die Drehbewegungen mehrerer Hubkolbeneinheiten an eine gemeinsame
Abtriebswelle koppeln, um die Leistungsfähigkeit eines Motors entsprechend
der Anzahl seiner Zylinder zu vervielfachen.
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Bevorzugt
ist hierbei wenigstens eine der Überlagerung
von oszillierender und rotierender Bewegung dienende Führungsfläche an dem
Block, Chassis oder Gehäuse
oder einem anderen, feststehenden Teil des Motors angeordnet. Dadurch
ergeben sich besonders einfache und überschaubare Verhältnisse.
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Indem
die endlose Führungsbahn
zumindest bereichsweise gegenüber
der Richtung der oszillierenden Bewegung geneigt verläuft, ergibt
sich eine definierte Zuordnung von Hubstellung und Drehwinkel.
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Die
endlose Führungsbahn
könnte
sich bspw. an der Innenseite einer Hülse befinden, die den betreffenden
Hubkolben und/oder ein mit diesem integriertes, verbundenes oder
gekoppeltes Teil umgibt und vorzugsweise an dem Motorblock festgelegt
ist.
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Die
Innenseite einer solchen Hülse
sollte entlang eines hohlen Kreiszylinders verlaufen, damit sie
unabhängig
von dem Drehwinkel des Kolbens oder eines mit diesem verbundenen
Teils stets einen gleichbleibenden radialen Abstand zu diesem einhält.
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Die
Erfindung schlägt
vor, dass die endlose Führungsbahn
als eine in sich geschlossene Nut ausgebildet ist, in der ein Fortsatz
des betreffenden Hubkolbens und/oder eines mit diesem integrierten,
verbundenen oder gekoppelten Teils eingreift. Verschiebt sich der
Hubkolben in seiner Längsrichtung
(Hub), so wird der Fortsatz durch Formschluß gezwungen, seinem tragenden
Teil eine bestimmte Drehstellung aufzuprägen.
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In
Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens könnte die Hülse auch entlang ihrer nutförmigen Führungsbahn
geteilt sein in ein (bezüglich
der Hubbewegung) oberes Führungsteil
und ein (bezüglich
der Hubbewegung) unteres Führungsteil.
Dadurch läßt sich
ggf. der Zusammenbau, insbesondere das Einsetzen des Teils mit dem
Fortsatz in die Hülse
mit der Führungsnut,
erleichtern.
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Die
endlose Führungsbahn
sollte sich in Richtung der Oszillationsbewegung zwischen zwei Extrempunkten
erstrecken, entsprechend dem oberen und unteren Totpunkt der Oszillationsbewegung.
Eine kontinuierliche Drehbewegung ist nur möglich, wenn die Extrempunkte
der Führungsbahn
an den Totpunkten der Hubbewegung durchlaufen werden.
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Besonders
symmetrische Verhältnisse
ergeben sich, wenn die beiden Extrempunkte der endlosen Führungsbahn
bei einander etwa diametral gegenüber liegenden Umfangswinkeln
liegen. Bei einer konstanten Drehzahl an der Abtriebswelle resultieren
dann gleiche Zeitintervalle für
einen Hub von OT nach UT einerseits und von UT nach OT andererseits.
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Andererseits
sollte die endlose Führungsbahn
nicht exakt in einer Approximationsebene verlaufen, die durch die
beiden Extrempunkte sowie einen beliebigen dritten Punkt der Führungsbahn
definiert ist. Vielmehr läßt sich
die Führungsbahn
relativ frei gestalten, um die Leistungsfähigkeit des Motors zu verbessern.
Dabei kann die von der Führungsbahn
tatsächlich
aufgespannte Fläche
auch eine Wölbung
aufweisen, insbesondere auch zwei gegensinnig gewölbte Bereiche.
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Aus
dem selben Grund empfiehlt es sich, die endlose Führungsbahn
derart zu gestalten, dass sie einem Verlauf folgt, der durch eine
Ellipse approximiert werden kann, jedoch nicht exakt elliptisch
ist. Die Länge der
großen
Achse dieser Approximationsellipse sollte etwa dem tatsächlichen
Abstand zwischen den beiden Extrempunkten der endlosen Führungsbahn
entsprechen, ihre kleine Achse etwa dem tatsächlichen Innendurchmesser der
Hülse,
an deren Innenseite sich die Führungsbahn
erstreckt. Infolge einer eingearbeiteten Unsymmetrie in Richtung
der großen
Achse kann der tatsächliche
Verlauf der auf die Approximationsebene projizierten Führungsfläche bspw.
eiförmig
sein, mit einer kürzeren
und einer längeren
Halbachse.
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Es
liegt im Rahmen der Erfindung, dass der Fortsatz des betreffenden
Hubkolbens und/oder eines mit diesem integrierten, verbundenen oder
gekoppelten Teils eine etwa zylindrische Mantelfläche aufweist
mit einer Längsachse,
die etwa radial gegenüber
der oszillierenden Bewegung des betreffenden Hubkolbens und/oder
eines mit diesem integrierten, verbundenen oder gekoppelten Teils
auskragt. Damit ist die Möglichkeit
geschaffen, zwei Führungsflächen in
einem konstanten gegenseitigen Abstand anzuordnen, bspw. in Form einer
Nut mit einer konstanten Breite. Zwischen solchen Führungsflächen kann
sich der erfindungsgemäße Fortsatz
verklemmungsfrei bewegen.
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Ein
einen Fortsatz tragendes Teil sollte mit dem Hubkolben zur Übertragung
der Hub- bzw. Oszillationsbewegung gekoppelt sein, während eine Übertragung
der geschaffenen Drehbewegung auf den Kolben solchenfalls nicht
erforderlich ist; eine drehfeste Kopplung bezüglich einer zu dieser Bewegungsrichtung
parallelen oder konzentrischen Drehachse zwischen dem Fortsatz-Teil
und dem Kolben ist daher nicht erforderlich, aber im allgemeinen
auch nicht hinderlich.
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Die
Erfindung zeichnet sich weiterhin aus durch ein Abtriebselement,
das mit einem einen Fortsatz tragenden Teil drehfest bezüglich einer
zu der Richtung von dessen Oszillationsbewegung parallelen oder
konzentrischen Drehachse gekoppelt ist, jedoch infolge einer Drehlagerung
selbst einer Oszillationsbewegung nicht fähig ist. An diesem Abtriebsteil
wird aus der komplesen Gesamtbewegung des den Fortsatz tragenden Teils
die reine Drehbewegung extrahiert und steht sodann für eine weitere
Nutzung zur Verfügung.
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Bevorzugt
ist das Abtriebselement aus einem zu seiner Drehachse konzentrischen
Rotationskörper gearbeitet,
damit sich bei seiner Rotation keine Unwucht ergibt.
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Das
Abtriebselement kann als Zahnrad ausgebildet sein, so dass die von
der erfindungsgemäßen Hubkolbeneinheit
erzeugte Antriebsleistung in Form eines Drehmomentes an ein damit
kämmendes
Zahnrad übertragen
werden kann.
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Bei
Verwendung mehrerer Hubkolbeneinheiten lassen sich die Längsachsen
dieser Zylinder parallel zueinander anordnen, wodurch sich eine
sehr kompakte Anordnung ergibt.
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Eine
besonders symmetrische Anordnung erhält man, wenn die Längsachsen
mehrerer Zylinder auf der Mantelfläche eines (gedachten) Kreiszylinders
liegen.
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Die
Antriebsleistung mehrerer Hubkolbeneinheiten wird addiert, indem
die (zahn)radförmigen
Abtriebselemente mehrerer Zylinder an ein zentrales Abtriebsrad
gekoppelt sind, insbesondere in ein zentrales Abtriebszahnrad eingreifen.
Ein Nebeneffekt ist, dass die (pulsierende) Abgabe des Arbeitsmomentes
bei der Expansion des Fluids in dem Hubraum einer Hubkolbeneinheit
durch Koppelung mehrer Hubkolbeneinheiten mit zeitlich versetzten
Taktphasen gleichmäßiger wird.
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Indem
das zentrale Abtriebsrad, insbesondere Abtriebszahnrad, als Schwungrad
weitergebildet oder mit einem Schwungrad verbunden oder gekoppelt
ist, kann die pulsierende Arbeitsleitstung in eine gleichmäßige Drehbewegung
umgesetzt werden.
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Schließlich entspricht
es der Lehre der Erfindung, dass der Motor als Verbrennungsmotor
ausgebildet ist. Er eignet sich daher insbesondere für alle Anwendungen
in Fahrzeugen.
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Weitere
Merkmale, Einzelheiten, Vorteile und Wirkungen auf der Basis der
Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels
der Erfindung sowie anhand der beigefügten Zeichnungen. Hierbei zeigen:
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1 den
Kolben einer erfindungsgemäßen Hubkolbeneinheit
in einer perspektivischen Darstellung;
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2 das
den Fortsatz tragende Teil einer erfindungsgemäßen Hubkolbeneinheit in einer
perspektivischen Darstellung;
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3 einen
Bolzen zur Verbindung des Kolbens aus 1 mit dem
Teil aus 2 in einer perspektivischen
Darstellung;
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4 den
Zylinder für
die Hubkolbeneinheit gemäß 1 bis 3;
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5 die
Führungswelle
einer erfindungsgemäßen Hubkolbeneinheit;
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6 ein
Führungsteil
für den
Fortsatz des Teils aus 2 mit der bezüglich des
Kolbenhubs oberen Führungsbahnfläche;
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7 ein
Führungsteil
für den
Fortsatz des Teils aus 2 mit der bezüglich des
Kolbenhubs unteren Führungsbahnfläche;
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8 die
Position des den Fortsatz tragenden Teils aus 2 gegenüber dem
Führungsteil
mit der unteren Führungsbahnfläche im oberen
Totpunkt des betreffenden Kolbens;
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9 die
Position des den Fortsatz tragenden Teils aus 2 gegenüber dem
Führungsteil
mit der unteren Führungsbahnfläche etwa
auf halber Höhe
des betreffenden, nach unten gehenden Kolbens;
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10 die
Position des den Fortsatz tragenden Teils aus 2 gegenüber dem
Führungsteil
mit der unteren Führungsbahnfläche im unteren
Totpunkt des betreffenden Kolbens;
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11 die
Position des den Fortsatz tragenden Teils aus 2 gegenüber dem
Führungsteil
mit der unteren Führungsbahnfläche etwa
auf halber Höhe
des betreffenden, nach oben gehenden Kolbens;
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12 das
Zusammenwirken des Fortsatzes des Teils aus 2 mit dem
die untere Führungsbahnfläche aufweisenden
Führungsteil
aus 7 einerseits und mit der Führungswelle aus 5 andererseits
in einer perspektivischen Darstellung;
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13 die
Anordnung aus 12 nach Anbau des die obere
Führungsbahnfläche aufweisenden
Führungsteils
aus 6 und des Kolbens 1 aus 1 in
einer perspektivischen Darstellung.
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14 die
Anordnung aus 13 nach Anbau des Zylinders
aus 4 in einer perspektivischen Darstellung, teilweise
geschnitten;
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15 mehrere
aneinandergefügte
Anordnungen aus 13 entsprechend einem Vierzylindermotor in
einer perspektivischen Darstellung;
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16 die
Anordnung aus 14 aus einer anderen Perspektive
mit einem gemeinsamen, zentralen Abtriebszahrad;
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17 die
Anordnung aus 16 in einer eher seitlichen
Perspektive, mit einer an das zentrale Abtriebszahnrad angeschraubten
Schwungscheibe;
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18 eine
der 17 entsprechende Darstellung eines Motors mit
fünf Zylindern;
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19 eine
den 17 und 18 entsprechende
Darstellung eines Motors mit sechs Zylindern;
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20 eine
Seitenansicht auf die Anordnung aus 17 mit
einem zentralen Nockenscheibenantrieb;
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21 einen
Schnitt durch die 20 entlang der Linie A-A;
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22 eine
perspektivische Ansicht der Anordnung aus 20;
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23 die
Anordnung aus 22 aus einer anderen Perspektive
zusammen mit einer Nockenscheibe und einem Ventilstössel in
Form einer Sprengdarstellung;
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24 eine
der 23 entsprechende Darstellung mit jeweils drei
Ventilstösseln
je Hubkolbeneinheit;
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25 die
Anordnung aus 24 in zusammengebautem Zustand,
von der Seite aus betrachtet;
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26 eine
perspektivische Ansicht der Anordnung aus 25 mit
angebauten, teilweise aufgeschnittenen Zylindern;
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27a eine perspektivische Ansicht auf die dem Zylinder
abgewandte Stirnseite des Zylinderkopfs für die Anordnung aus 26;
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27b eine perspektivische Ansicht auf die dem Zylinder
zugewandte Stirnseite des Zylinderkopfs aus 27a;
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28a eine perspektivische Ansicht des Zylinderblocks
für die
Anordnung aus 26, vom Zylinderkopf her gesehen;
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28b den Zylinderblock aus 28a,
von der dem Zylinderkopf gegenüber
liegenden Stirnseite her gesehen;
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29a eine perspektivische Ansicht eines Motorblocks
für die
Anordnung aus 26, vom Zylinderblock her gesehen;
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29b eine perspektivische Ansicht des Motorblocks
aus 29a, von der dem Zylinderblock
gegenüber
liegenden Stirnseite her gesehen;
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30a eine perspektivische Ansicht eines am Motorblock
aus 29 anzuflanschenden Lagerschildes
für die
Anordnung aus 26, vom Motorblock her gesehen;
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30b eine perspektivische Ansicht auf den Lagerschild
aus 30a, von der dem Motorblock
gegenüber
liegenden Stirnseite her gesehen;
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31 einen
aus den Teilen nach 1 bis 18 und 21 bis 30 zusammengebauten Motor in einer perspektivischen
Darstellung, teilweise aufgeschnitten sowie mit verschiedenen Anbauteilen;
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32 ein
Detail des Motors aus 31 in einer vergrößerten Darstellung;
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33 ein
Detail des Motors aus 31 in einer vergrößerten Darstellung;
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34 den
kompletten Motor aus 31 mit Gehäuse- und Abdeckungsteilen und
einem Kühler
in einer perspektivischen Ansicht;
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35 die
Anordnung aus 34 aus einem anderen Blickwinkel;
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36 die
Abwicklung der Mantelfläche
eines Führungsteils
nach 7 oder 8 für den Fortsatz des Teils aus 2 mit
einer Führungsbahnfläche in eine
Ebene; sowie
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37 eine
der 36 entsprechende Darstellung einer anderen Ausführungsform
der Erfindung;
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Die
Hauptkomponenten einer Hubkolbeneinheit des erfindungsgemäßen Motors
sind: Der eigentliche Kolben 1-00, ein Teil 2-00 mit
einem Fortsatz 2-04,
ein erstes oder (bezüglich
des Kolbenhubs) oberes Führungsteil 6-00,
ein zweites oder (bezüglich
des Kolbenhubs) unteres Führungsteil 7-00,
eine Führungswelle 5-00 und
der Zylinder 4-00.
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Die 1 stellt
den Kolben 1-00 dar. Der Kolben 1-00 besteht aus
den folgenden Teilen: Dem eigentliche Körper 1-00 für die Verbindung
mit dem Teil 2-00 gemäß 2 mit
Hilfe eines Kolbenbolzens 3-00 gemäß 3; ferner
dem Kopf 1-01 des Kolbens, auf dem Rinnen 1-02 für Kolbenringe
angeordnet sind, dem Kolbenboden 1-03, auf den der Zünddruck
einwirkt, das Loch 1-04 für den Kolbenbolzen 3-00 aus 3.
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In 2 ist
ein Teil 2-00 mit einem seitlichen Fortsatz abgebildet.
Dieses Teil 2-00 besteht aus den folgenden Teilen: Dem
eigentlichen zylindrischen Körper 2-00,
einem zentralen, zapfenartigen Fortsatz 2-01 für die Verbindung
mit dem Kolben 1-00 aus 1 mittels
des Kolbenbolzens 3-00 aus 3, einem
Loch 2-02 zum radialen Ein- oder Hindrurchstecken des Kolbenbolzens 3-00,
einem seitlichen Fortsatz mit einer oder mehreren Wangen 2-03 und
mit einem endseitigen Drehkörper 2-04,
bspw. einer Drehrolle.
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Die 4 stellt
den Zylinder 4-00 dar. Der Zylinder 4-00 besteht
aus den folgenden Teilen: Dem Hohlraum 4-01, wo sich die
Verbrennungskammer für
die Gase befindet sowie der hin- und hergehende und ggf. sich drehende Bewegungen
ausführende
Kolben 1-00, einem ringförmigen Bund 4-02 an
der Außenseite,
und eine vordere Stirnseite mit einer ring- bzw. bundförmigen Erweiterung 4-03 für die Abdichtung
gegenüber
dem Zylinderblock 19-00.
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In 5 ist
die Führungswelle 5-00 wiedergegeben.
Die aus einem rotationssymmetrischen Teil gefertigte Führungswelle 5-00 besteht
aus den folgenden Teilen: Zwei durch zwei achsparallele Schlitze
voneinander getrennte Wangen 5-01, an deren einander zugewandten
Schlitzseiten die Wangen 2-03 des Teils 2-00 anliegen,
um dieses bezüglich
Drehbewegungen zu führen,
der inneren (hohlzylindrischen) Oberflächen 5-02 der Wangen 5-01, einem
ersten Zahnkranz 5-03 nach Art eines stirnverzahnten Zahnrades,
für die
Weitergabe der Drehung an den Nockenscheibenantrieb 10-00,
einem zweiten Zahnkranz 5-04 nach Art eines stirnverzahnten
Zahnrades, für
die Weitergabe der Drehung an die Hauptwelle 8-00, einem
stirnseitigen Zapfen 5-05 für die Verbindung mit bzw. Lagerung
in dem Lagerschild 21-00 und den Löchern 5-06 in den
Wangen 5-01 zur Abgabe des Öles unter dem Druck aus dem
Schmiersystem des Motors.
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Auf
den 6 und 7 sind das obere Führungsteil 6-00 und
das untere Führungsteil 7-00 abgebildet.
Diese bestehen aus den folgenden Teilen: Jeweils der eigentlichen
Führungsbahn 6-01, 7-01,
zwischen denen die Drehrolle 2-04 des Teils 2-00 geführt wird,
den inneren Oberflächen 6-02, 7-02, innerhalb
der sich die Führungswelle 5-00 befindet
und dreht, je einem stirnseitigen Flansch 6-03, 7-03,
dessen radial erweiterter Bereich mit den Löchern zum Hindurchstecken der
Befestigungsschrauben für
die Befestigung am Motorblock 20-00 versehen ist. Die Führungsbahnflächen 6-01, 7-01 des
oberen Führungsteils 6-00 und
des unteren Führungsteils 7-00 entsprechen
dem Lambert'schen
Kosinusgesetz.
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In
den 8 bis 11 sind die Hauptphasen der
Bewegung des Teils 2-00 entlang der Führungsbahn 7-01 des
unteren Führungsteils 7-00 abgebildet.
Die Drehrolle 2-04 des Teils 2-00 liegt an der
Führungsfläche 7-01 des
unteren Führungsteils 7-00 an
und vollführt
eine Drehbewegung gegen den Uhrzeigersinn entlang der Führungsfläche 7-01.
sowie gleichzeitig eine hin- und
hergehende Bewegung entlang der eigenen Drehachse des Teils 2-00.
-
Die 12 zeigt,
wie das Teil 2-00, die Führungswelle 5-00 und
das untere Führungsteil 7-00 zusammenwirken.
Das Teil 2-00 dreht sich um seine eigene Achse 2-05,
dabei läuft
die Drehrolle 2-04 entlang der Führungsbahn 7-01 des
unteren Führungsteils 7-00,
macht gleichzeitig eine hin- und hergehende Bewegung innerhalb der
Führungswelle 5-00,
wobei die Wangen 2-03 des Teils 2-00 und die Wangen 5-01 der
Führungswelle 5-00 einander
berühren.
Dabei führt
das Teil 2-00 auch eine Drehbewegung entgegen dem Uhrzeigersinn
um seine Achse 2-05 aus, welche auf die Führungswelle 5-00 übertragen
wird.
-
Auf 13 ist
die allgemeine Anordnung des Kolbens 1-00, des Teils 2-00,
dem oberen Führungsteil 6-00,
dem unteren Führungsteil 7-00 und
der Führungswelle 5-00 dargestellt.
Aus dieser Figur wird sichtbar, wie sich das Teil 2-00 um
die eigene Achse dreht, wobei die Drehrolle 2-04 des Teils 2-00 zwischen
der Führungsbahn 7-01 des
unteren Führungsteils 7-00 und
der Führungsbahn 6-01 des
oberen Führungsteils 6-00 entlangläuft. Gleichzeitig
macht das Teil 2-00 eine hin- und hergehende Bewegung innerhalb
der Führungswelle 5-00.
Das Teil 2-00 ist mit dem Kolben 1-00 durch einen
Kolbenbolzen 3-00 verbunden.
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In 14 sind
die Hauptkomponenten im Schnitt angezeigt. Der Kolben 1-00 befindet
sich innerhalb des Hohlraums 4-01 des Zylinders 4-00.
Die Kolbenringe sind nicht dargestellt. Der Kolben 1-00 macht
eine Drehbewegung um die eigene Drehachse und eine hin- und hergehende
Bewegung innerhalb des Hohlraums 4-01 des Zylinders 4-00.
Das obere Führungsteil 6-00 und
das untere Führungsteil 7-00 werden
mittels Schrauben an dem Motorblock 20-00 festgelegt. Der
Zylinder 4-00 wird mit abdichtenden Gummiringen an dem
Zylinderblock 19-00 befestigt. Die Führungswelle 5-00 wird
mittels des eigenen Zapfens 5-05 in den Zapfenaugen 27-00 gemäß 31 am
Körper
des Lagerschildes 21-00 gelagert und vollführt nur
Drehbewegungen um die eigene Drehachse entgegen dem Uhrzeigersinn.
-
Die
gemeinsame Anordnung des Kolbens 1-00, des Teils 2-00,
des Kolbenbolzens 3-00, des Zylinders 4-00, der
Führungswelle 5-00,
des oberen Führungsteils 6-00 und
des unteren Führungsteils 7-00 wird
im folgenden als Hubkolbeneinheit bezeichnet, die der Umwandlung
der hin- und hergehenden
und drehenden Bewegung des Kolbens 1-00 in die reine Drehbewegung
des Schwungrades 9-00 dient.
-
Koppelt
man mehrere Hubkolbeneinheiten, kann man Mehrzylinderantriebe erhalten.
In 15 ist die allgemeine Anordnung eines Vierzylinderantriebs
dargestellt.
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16 zeigt
die Zusammenstellung von vier Hubkolbeneinheiten zu einem Vierzylinderantrieb
mit einer zwischen den Zahnrädern 5-04 der
Führungswellen 5-00 eingefügten Hauptwelle 8-00.
Die Hauptwelle 8-00 besteht aus den folgenden Teilen: einem
Zahnkranz bzw. Zahnrad 8-01, für die Weitergabe der Drehung der
Zahnräder 5-04 der
Führungswellen 5-00 an
das Schwungrad 9-00, einem Zapfen 8-02 für die Lagerung in
dem Lagerschild 21-00 mittels Lagerausnehmungen 27-00,
Löchern 8-03 für die feste
Verbindung mit einem Schwungrad 9-00 mit Hilfe von Schrauben.
Der Durchmesser des Zahnrades 8-01 der Hauptwelle 8-00 und der
Durchmesser der Zahnräder 5-04 der
Führungswellen 5-00 sind
aufeinander abgestimmt, insbesondere gleich groß.
-
In 17 ist
die Anordnung und die Verbindung des Schwungrades 9-00 mit
der Hauptwelle 8-00 in einem Vierzylinderantrieb dargestellt.
Die Drehachsen der Hauptwelle 8-00 und des Schwungrades 9-00 sind konzentrisch
bzw. koaxial zueinander. Das Schwungrad 9-00 hat die Form
einer Scheibe, mit einem mantelseitigen Zahnkranz 9-01 zur
drehfesten Koppelung mit einem Starterritzel 33-00 zum
Kaltstart des Motors.
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Die 18 und 19 zeigen
die allgemeine Anordnung der Kolben 1-00, der Teile 2-00,
der Kolbenbolzen 3-00, der Führungswellen 5-00,
der oberen Führungsteile 6-00 und
der unteren Führungsteile 7-00,
der Hauptwelle 8-00 und des Schwungrades 9-00 für einen
Fünf- bzw.
Sechszylinderantrieb. In den 15 bis 19 sind
die Zylinder 4-00 jeweils weggelassen.
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20 zeigt
das Schema des Nockenscheibenantriebes 10-00 in Verbindung
mit dem Vierzylinderantrieb. Der Nockenscheibenantrieb 10-00 dient
der Übertragung
der Drehbewegung der Zahnräder 5-03 der Führungswellen 5-00 auf
die Nockenscheibe 11-00.
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Ein
Querschnitt durch den Vierzylinderantrieb ist in 21 wiedergegeben.
Der Nockenscheibenantrieb 10-00 besteht aus den folgenden
Teilen: Dem Zahnrad 10-01 zur Aufnahme der Drehung der
Zahnräder 5-03 der
Führungswellen 5-00 zwecks
Weitergabe an die Nockenscheibe 11-00, einem Zapfen 10-02 für die Lagerung
im Motorblock 20-00 mittels der Lageraugen 27-00,
einem Zahnrad 10-03 zur Weiterleitung der Antriebsenergie
an die Einspritzpumpe 39-00 mit Hilfe einer Rollenkette 28-00,
sowie einer Achse 10-04 für die Verbindung mit der Nockenscheibe 11-00.
Der Durchmesser des Zahnrades 10-01 des Nockenscheibenantriebes 10-00 ist
etwa zweimal größer als
der Durchmesser der Zahnräder 5-03 der
Führungswellen 5-00.
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In 22 ist
die allgemeine Anordnung des Vierzylinderantriebes und des Nockenscheibenantriebes 10-00 dargestellt.
Die Drehachsen des Nockenscheibenantriebes 10-00, der Hauptwelle 8-00 und
des Schwungrades 9-00 sind koaxial zueinander und liegen
auf einer gemeinsamen Drehachse. Die Zylinder 4-00, die
Hauptwelle 8-00 und das Schwungrad 9-00 sind in
dieser Darstellung weggelassen.
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23 zeigt
das Zusammenwirken der Nockenscheibe 11-00 mit einem Ventilstößel 12-00,
einer Ventilfeder 13-00, einer Ventilführung 14-00, eines
Ventilsitzes 15-00 und eines Auslassventils 16-00 in
einem Vierzylinderantrieb.
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Die
Nockenscheibe 11-00 ist für die Steuerung der Einlass-
und Auslassventile 16-00, 17-00 und die Regelung
der Abgabe der mit Brennstoff angereicherten Luft in die Verbrennungskammer
der Zylinder 4-00 und
des Ausstoßes
der verbrannten Gase aus den Verbrennungskammern der Zylinder 4-00 bestimmt.
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Die
Nockenscheibe 11-00 besteht aus den folgenden Teilen: Dem
Zapfen 11-01 für
die Lagerung an dem Zylinderkopf 18-00 mit Hilfe der Lageraugen 27-00,
die Anlauffläche 11-02 für die Steuerung
der Auslassventile 16-00, die Anlauffläche 11-03 für die Steuerung
der Einlassventile 17-00, die Achse 11-04 für die feste Verbindung
mit dem Nockenscheibenantrieb 10-00.
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Die
Ventilstößel 12-00 laufen
an den Einlass- und Auslasssteuerkurven 11-02, 11-03 entlang.
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24 zeigt
die allgemeine Anordnung der Nockenscheibe 11-00 und der
zwölf Einlass-
und Auslassventile 16-00, 17-00 für einen
Vierzylinderantrieb.
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Vier
Auslassventile 16-00 laufen an der Auslaßsteuerkurve 11-02 der
Nockenscheibe 11-00 entlang, und acht Einlassventile 17-00 laufen
an der Einlaßsteuerkurve 11-03 der
Nockenscheibe 11-00 entlang.
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In 25 ist
das Schema der Verbindung der Nockenscheibe 11-00 mit dem
Nockenscheibenantrieb 10-00 bei einem Vierzylinderantrieb
dargestellt. Die Nockenscheibe 11-00 ist bei dem Satz mit
den Einlass- und Auslassventilen 16-00, 17-00 angeordnet.
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26 zeigt
die allgemeine Anordnung des Vierzylinderantriebes mit der Nockenscheibe 11-00 und den
Zylindern 4-00. Zum besseren Verständnis sind zwei Zylinder 4-00 in
dem Schnitt dargestellt. Bei dem ersten Zylinder 4-00 ist
ein Auslassventil 16-00 und bei dem vierten Zylinder 4-00 sind
zwei der Einlassventile 17-00 geöffnet.
-
Die 27a (links) und 27b (rechts)
zeigen die Konstruktion des Zylinderkopfs 18-00.
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Der
Zylinderkopf 18-00 stellt einen Körper mit vielen Hohlräumen dar.
Der Zylinderkopf 18-00 dient der Steuerung der Einleitung
der mit Brennstoff angereicherten Luft in die Verbrennungskammern
der Zylinder 4-00 und des Austoßes der verbrannten Gase aus
den Verbrennungskammern der Zylinder 4-00 durch Steuerung
der Einlass- und Auslassventile 16-00, 17-00,
der Zirkulation des gekühlten
Wassers in der Kühlkammer 18-03 des
Zylinderkopfs 18-00 und der Abgabe des gekühlten Wassers
in die Kühlungskammer 19-05)
des Zylinderblocks 19-00.
-
Der
Zylinderkopf 18-00 besteht aus den folgenden Teilen: Einem
Loch und den Hohlräumen 18-01 für die Einleitung
der mit Brennstoff angereicherten Luft in die Verbrennungskammern,
zwei Löchern
und den Hohlräumen 18-02 für den Ausstoß der verbrannten
Gase aus den Verbrennungskammern, vier Löchern und den Hohlräumen 18-03 für die Zirkulation
und die Abgabe des gekühlten
Wassers, vier Löchern 18-04 für die Auslassventile 16-00,
acht Löchern 18-05 für die Einlassventile 17-00,
vier Löchern 18-06 für die Zündkerzen 29-00,
vier Löchern 18-07 für die Einspritzventile 30-00,
der Körper 18-08 der
Wasserpumpe 26-00, zwölf
Löchern 18-09 für die Ventilstößel 12-00 und
der Ventilfedern 13-00, einer Stelle 18-10 für die Lagerungsausnehmungen 27-00,
den Löchern 18-11 für die Befestigung
des Zylinderkopfdeckels 32-00.
-
Im
Körper
des Zylinderkopfs 18-00 werden folgende Komponenten aufgenommen:
Die Lager 27-00, die Nockenscheibe 11-00, die
Ventilstößel 12-00,
die Ventilfedern 13-00, die Ventilführung 14-00, die Ventilsitze 15-00,
ie Auslassventile 16-00, die Einlassventile 17-00,
die Zündkerzen 29-00,
die Einspritzventile 30-00 und die Wasserpumpe 26-00.
-
In
den 28a (links), 28b (rechts) ist die Konstruktion des Zylinderblockes 19-00 dargestellt.
Der Zylinderblock 19-00 stellt einen Körper mit einem Hohlraum dar.
Der Zylinderblock 19-00 dient die Aufnahme der Zylinder 4-00, der Zirkulation
des gekühlten
Wassers, der Abkühlung
der Zylinder 4-00 und der Ableitung des heißen Wassers
in den Wasserkühler 41-00.
-
Der
Zylinderblock 19-00 besteht aus folgenden Teilen: Einem
Loch 19-01 für
die Ableitung des erwärmten
Wassers, vier Löchern 19-02 für die Abgabe
des gekühlten
Wassers, der Löcher 19-03 für die Befestigung
je eines Zylinders 4-00 und der Abdichtung an dessen Ring 4-02 mittels
Gummiringen, einer Stelle 19-04 für die Befestigung und die Abdichtung
gegenüber
der vorderen Oberfläche
einerseits und dem Ring 4-03 eines Zylinders 4-00 andererseits,
einem Hohlraum 19-05 für
die Zirkulation des gekühlten
Wassers. In dem Zylinderblock 19-00 werden die Zylinder 4-00 befestigt.
-
In
den 29a (links), 29b (rechts) ist die Konstruktion des Motorblockes 20-00 dargestellt.
In dem Motorblock 20-00 findet die Überlagerung der hin- und hergehenden
Bewegungen mit den Drehbewegungen der Kolben 1-00 statt,
ferner die Ankopplung an die Drehbewegung des Schwungrades 9-00.
Dort befinden sich die oberen Führungskörper 6-00 und
die unteren Führungskörper 7-00,
die Führungswellen 5-00,
die Teile 2-00 mit je einem Fortsatz, die Hauptwelle 8-00,
der Nockenscheibenantrieb 10-00 und die Ölpumpe 22-00.
In dem Motorblock 20-00 befinden sich auch die Löcher für das Schmiersystem
des Motors mit Öl.
-
Der
Motorblock 20-00 umfaßt
folgende Elemente: Vier Löcher 20-01 zur
Aufnahme des oberen Führungsteils 6-00 und
des unteren Führungsteils 7-00, eine Stelle 20-02 mit
den Löchern
zur Festlegung des Ölfilters 25-00,
eine Stelle 20-03 zum Anbringen des Lagers 27-00,
Löcher
und die Stelle 20-04 für
das Festlegen der Ölpumpe 22-00,
das Loch 20-05 zum Hindurchtritt der Rollenkette 28-00,
die Löcher 20-06 für die Befestigung
des oberen Führungsteils 6-00 und
des unteren Führungsteils 7-00 mittels
Schrauben, eine Stelle 20-07 zur Befestigung der Einspritzpumpe 39-00,
Rinnen 20-08 für
die Abgabe des Öles
und die Schmieren des Motors, ein Loch 20-09 zum Zuführen des Öls zum Motor,
Löcher 20-10 für die Befestigung
des Lagerschildes 21-00 und des Kanals 20-11 für die Ableitung
des Öles
mittels Schrauben.
-
Die 30a (links) und 30b (rechts)
zeigen die Konstruktion des Lagerschildes 21-00. Der Lagerschild 21-00 ist
für das
Anbringen der Führungswellen 5-00,
der Hauptwelle 8-00, des Starters 33-00, des Schwungrades 9-00 mit
den Lagerelementen, für
das Schmieren der Lagerungen 27-00 mit Öl und den Zapfen 5-05 der
Führungswellen 5-00 sowie
für die
Befestigung des Schalters am Motor vorbestimmt. Der Lagerschild 21-00 besteht
aus folgenden Teilen: Einem Loch und den Stellen 21-01 zur
Befestigung des Starters 33-00, den Vertiefungen 21-02 mit
je einer radialen Erweiterung zur Aufnahme der Lager 27-00 für die Führungswellen 5-00,
Löchern 21-03 für die Befestigung
an dem Motorblock 20-00, Löchern 21-04 zur Befestigung
des Motorschalters, Löchern 21-05 mit
je einer radialen Erweiterung zur Aufnahme des Lagers 27-00 der
Hauptwelle 8-00, und einem Kanal 21-06 für die Zuführung des Öles an die
Lager 27-00.
-
In 31 ist
das Schema der Anordnung der Hauptkomponenten des erfindungsgemäßen Motors
zusammen mit der Überlagerung
der hin- und hergehenden und der drehenden Bewegung des Kolbens 1-00 und des
Teils 2-00 und der Umsetzung in die drehende Bewegung des
Schwungrades 9-00 im
Schnitt gezeigt. Der Zylinderkopfdeckel 32-00, der Zylinderkopf 18-00,
der Zylinderblock 19-00, der Motorblock 20-00 und
der Lagerschild 21-00 sind mit Schrauben aneinander festgelegt
und bilden einen ganzen Motor.
-
Innen
befinden sich der Zylinderkopf 18-00, der für die Steuerung
der Einlass- und Auslassventile 16-00, 17-00 und
der Steuerung der Gasflüsse
dient, die Einlass- und Auslassventile 16-00, 17-00,
zu Sätzen zusammengefaßt, die
Einspritzventile 30-00 für der direkte Einspritzung
des Brennstoffes unter Druck in die Verbrennungskammern der Zylinder 4-00,
die Zündkerzen 29-00 für die Entzündung der
mit Brennstoff angereicherten Luft, sowie die Nockenscheibe 11-00 zur
Steuerung der Ventile 16-00, 17-00.
-
Der
Zylinderkopf 18-00 wird von dem mit Schrauben befestigten
Zylinderkopfdeckel 32-00 verschlossen. Unten an dem Zylinderkopf 18-00 wird
die Wasserpumpe 26-00 zur Einleitung des gekühlten Wassers
von dem Wasserkühler
in das Kühlsystem
des Motors 41-00 befestigt. Oben an dem Zylinderkopf 18-00 wird
das Ansaugrohr 35-00 zusammen mit einer Drosselklappe 36-00 für die Regelung
der angesaugten Luft und mit dem Einspritzventil 31-00 für die Abgabe
des Brennstoffes bei einem Kaltstart des Motors befestigt.
-
Vor
dem Zylinderkopf 18-00 wird auf der Nockenscheibe 11-00 ein
Ventilator 34-00 für
die Ventilation der Luft im Motor befestigt. Innerhalb des Zylinderblocks 19-00 befinden
sich die Zylinder 4-00, worin sich die Kolben 1-00 bewegen.
Oben an dem Zylinderblock 19-00 wird das Abflußrohr 24-00 für die Ableitung
des erwärmten
Wassers vom Motor zum Wasserkühler 41-00 befestigt.
-
Die
nach dem Zylinderblock zweitwichtigste Komponente des erfindungsgemäßen Motors 19-00 ist der
Motorblock 20-00. In dem Motorblock 20-00 werden
die Überlagerung
der hin- und hergehenden und der drehenden Bewegungen der Kolben 1-00 und
deren Umsetzung in die Drehbewegung des Schwungrades 9-00 ausgeführt. Innerhalb
des Motorblockes 20-00 befinden sich die Teile 2-00 mit
je einem seitlichen Fortsatz, die Führungswellen 5-00,
die mit den Lagern 27-00 an dem Lagerschild 21-00 gelagert
sind, das obere und das untere Führungsteil 6-00, 7-00,
die Hauptwelle 8-00, welche die Drehung an das Schwungrad 9-00 weitergibt,
und der Nockenscheibenantrieb 10-00, der mit Hilfe der
Rollenkette 28-00 gemäß 32 über das Zahnrad 38-00 einen
Teil der Antriebsenergie an die Einspritzpumpe 39-00 weitergibt.
-
Im
Inneren befindet sich unter dem Motorblock 20-00 auch die Ölpumpe 22-00 nach 33 zum
Einsaugen des Öles
aus der Ölwanne 23-00 mit
Hilfe des ansaugenden Rohres 22-02 und des Filters 22-03,
und für
die Abgabe des Öles
durch den Ölfilter 25-00 unter
Druck an das Schmiersystem des Motors.
-
In 33 ist
die Anordnung der Ölpumpe 22-00 und
deren Antrieb über
ein Zahnrad 22-01 dargestellt, welches mit dem Zahnrad 5-04 einer
Führungswelle 5-00 gekoppelt
ist. Das Schwungrad 9-00, der Lagerschild 21-00 und
die Ölwanne 23-00 sind
in dieser Figur im Schnitt dargestellt.
-
An
der Stelle 20-02 des Motorblocks 20-00 wird der Ölfilter 25-00 für die Reinigung
des Öles
befestigt, und an der Stelle 20-07 (vgl. 29)
die Einspritzpumpe 39-00 für die Regelung und die Abgabe
des mit Druck beaufschlagten Brennstoffs an die Einspritzventile 30-00.
Außerdem
wird an der Einspritzpumpe 39-00 der Zündverteiler 40-00 (vgl. 32)
für die
Regelung des Zündungssystems
des Motors und die Abgabe des Zündungsfunks
an die Zündkerzen 29-00 befestigt.
-
Unter
dem Motorblock 20-00 wird die Ölwanne 23-00 zum Aufsammeln
und zur Abkühlung
des Öles befestigt.
Jenseits des Motorblocks 20-00 folgt der Lagerschild 21-00,
der gleichzeitig als Deckel für
den Motorblock 20-00 dient sowie als Anschlussteil für den Schalter
des Motors. An dem Lagerschild 21-00 werden die Führungswellen 5-00 und
die Hauptwelle 8-00 mit Lagern 27-00 gelagert. An der anderen Seite
des Lagerschildes 21-00 befindet sich das Schwungrad 9-00,
das mit Schrauben an der Hauptwelle 8-00 befestigt ist (vgl. 31).
An dem Lagerschild 21-00 wird auch der Starter 33-00 befestigt,
der zum Starten des Motors bestimmt ist.
-
Die 34 und 35 zeigen
den erfindungsgemäßen Motor
von verschiedenen Seiten. Auf diesen Figuren kann man den Luftkühler 42-00 für die Abkühlung der
Luft, die unter Druck vom Turbolader 48-00 und weiter durch
das Ansaugrohr 35-00 des Motors strömt, erkennen. Die Luft im Turbolader 48-00 strömt durch die
Luftansaugöffnungen 37-00,
den Luftfilter (der nicht dargestellt ist) und den Luftmengenmesser 44-00 (der nicht
dargestellt ist). Der Luftfilter befindet sich im Luftfiltergehäuse 46-00.
Für die
Abgabe der Luft unter Druck in den Motor nutzt der Turbolader 48-00 die
Auspuffgase, die aus dem Auspuffrohr 45-00 des Motors herausströmen.
-
An
der anderen Seite des Motors befindet sich der Generator 47-00,
der von der Nockenscheibe 11-00 über den Riemen 49-00 bewegt
wird.
-
Vor
dem Luftkühler 42-00 ist
der Wasserkühler 41-00 angebracht,
der zur Abkühlung
des fließenden heißen Wassers
in dem Motor dient, das durch die Wasserpumpe 26-00 weiter
in das Kühlsystem
des Motors gepumpt wird. Die Wasserpumpe 26-00 wird ebenfalls
von der Nockenscheibe 11-00 über den Riemen 49-00 angetrieben.
-
Oben
wird der Motor von dem Motordeckel 43-00 abgedeckt.
-
Die
Drehrollen 2-04 des Teils 2-00 sorgen für die Überlagerung
der hin- und hergehenden und der drehenden Bewegungen gemäß den den
Führungsflächen 6-01 und 7-01 an
den oberen und den unteren Führungsteilen 6-00, 7-00.
Die 36 und 37 zeigen
die Abwicklung dieser Führungsflächen 6-01, 7-01 an den
oberen und den unteren Führungsteilen 6-00, 7-00 in
eine Ebene sowie insbesondere die möglichen, geometrischen Veränderungen
der Führungsflächen 6-01 und 7-01 zur
Steigerung des Drehmomentes und der Leistungsfähigkeit des Motors.
-
Die
Abwicklung der Führungsfläche 7-01 an
dem unteren Führungsteil 7-00,
wie in 36 dargestellt, zeigt wie möglich an,
das Profil der Führungsfläche 7-01 an
dem unteren Führungsteil 7-00 gegenüber einer reinen
Sinus- bzw. Kosinuskurve um einen Winkel φ zu ändern, um das Drehmoment und
die Leistungsfähigkeit
des Motors zu steigern. Dies bedeutet, dass die obere Bahnhälfte des
Kolbens 1-00 oberhalb des halben Kolbenhubs H/2 nur einen
Drehwinkel von etwa 180° – 2φ überdeckt,
während
die untere Bahnhälfte
sich über einen
Drehwinkel von 180° +
2φ erstreckt.
Der optimale Winkel φ liegt
zwischen 10° und
40°, bevorzugt
zwischen 20° und
30°, insbesondere
etwa gleich 25°.
-
Die
Abwicklung der Führungsfläche 7-01 an
dem unteren Führungsteil 7-00,
wie in 37 dargestellt, zeigt wie möglich auf,
das Profil der Führungsfläche 7-01 an
dem unteren Führungsteil 7-00 gegenüber einer reinen
Sinus- bzw. Kosinuskurve um einen Winkel Δβ zu ändern, um das Drehmoment und
die Leistungsfähigkeit
des Motors zu steigern. Dies bedeutet, dass die Steigung der Bahnkurve
beim halben Kolbenhub H/2 um den Winkel Δβ steiler ist als der dortige
Steigungswinkel β bei
einer reinen Sinus- bzw. Kosinuskurve. Der optimale Winkel Δß liegt
zwischen 4° und
16°, vorzugsweise
zwischen 7° und
13°, insbesondere
bei etwa 10°.
-
Bei
gleichzeitiger Veränderung
um die Winkel φ und Δβ an der Führungsfläche 7-01 des
unteren Führungsteils 7-00 gegenüber einer
reinen Sinus- bzw. Kosinuskurve ist es möglich, das Drehmoment und die Leistungsfähigkeit
des Motors im Vergleich mit dem konventionellen Otto-Verbrennungsmotor
um bis zu 30–40%
zu vergrößern.
-
Die
oben erläuterten
Veränderungen
betreffen auch die Führungsfläche 6-01 des oberen
Führungsteils 6-00.
-
Da
der erfindungsgemäße Motor
zu den Hubkolbenmotoren mit innerer Verbrennung gehört, in denen das
Hauptarbeitsteil der/die Kolben und die Verbrennungskammer(n) der
Zylinder ist/sind, so hat er auch die entsprechenden Arbeitstakte.
Der Begriff Takt bedeutet beim Motor soviel wie Hub.
-
Das
Viertaktverfahren erstreckt sich über zwei Schwungradumdrehungen
bzw. über
vier Hubbewegungen von je einem Totpunkt zu dem gegenüberliegenden.
In den einzelnen Takten laufen im Motor folgende Vorgänge ab:
-
1. Takt-Ansaugen:
-
Der
Motor bewegt sich bei offenem Einlass- und geschlossenem Auslassventil
von OT (oberer Totpunkt) nach UT (unterer Totpunkt) und saugt dabei
frische Ladung in den Zylinder.
-
2. Takt-Verdichten:
-
Bei
geschlossenen Ventilen läuft
der Kolben von UT nach OT und verdichtet die Ladung.
-
3. Takt-Arbeitstakt:
-
Die
Ventile sind geschlossen. Die Verbrennung des Kraftstoffs beginnt
etwa in der Kolbenstellung bei OT. Als Folge davon steigen Temperatur
und Druck, der Kolben wird bewegt und leistet Arbeit.
-
4. Takt-Ausschieben:
-
Bei
geöffnetem
Auslass- und geschlossenem Einlassventil schiebt der Kolben die
verbrauchte Ladung aus dem Zylinder hinaus.
-
In
dem erfindungsgemäßen Vierzylindermotor
läuft das
Viertaktverfahren in den Zylindern 4-00 zeitlich versetzt
ab. Bei jedem Arbeitstakt macht das Schwungrad 9-00 eine
halbe Umdrehung (180°)
im Uhrzeigersinn um die eigene Drehachse.
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Hieraus
ergibt sich das folgende Viertaktverfahren des Vierzylindermotors:
| Winkel ° | 1.
Zylinder | 2.
Zylinder | 3.
Zylinder | 4.
Zylinder |
| 0(720)°–180° | Ansaugen | Ausschieben | Arbeitstakt | Verdichten |
| 180°–360° | Verdichten | Ansaugen | Ausschieben | Arbeitstakt |
| 360°–540° | Arbeitstakt | Verdichten | Ansaugen | Ausschieben |
| 540°–720(0)° | Ausschieben | Arbeitstakt | Verdichten | Ansaugen |
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Bei
dem erfindungsgemäße Vierzylindermotor
sind die Viertaktsequenzen der einzelnen Zylinder 4-00 um
jeweils 180° gegeneinander
verschoben, bezogen auf die Drehachse des Schwungrades 9-00.
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Bei
den Fünf-
und Sechszylindermotoren macht das Schwungrad 9-00 ebenfalls
jeweils eine halbe Umdrehung (180°)
im Uhrzeigersinn um die eigene Drehachse, bis der Takt eines Zylinders 4-00 abgeschlossen
ist.
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Jedoch
sind bei den Fünf-
und Sechszylindermotoren die Viertaktsequenzen der einzelnen Zylinder 4-00 um
jeweils 144° bzw.
120° gegeneinander
verschoben, bezogen auf die Drehachse des Schwungrades 9-00.