DE102008002100A1

DE102008002100A1 - Motor with a cam

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Publication number: DE102008002100A1
Application number: DE102008002100A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-05-23
Filing date: 2008-05-30
Publication date: 2009-11-26
Also published as: WO2009141422A2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einer Kurvenscheibe (11). Der Verbrennungsmotor umfasst drei Zylinder (01), welche um jeweils 120° zueinander und in einer Ebene versetzt sind, und in dem ein Kolben (03) beweglich angeordnet ist. Am Kolben (03) ist eine Schubstange (07) befestigt, welche senkrecht zu der Abtriebswelle (05) steht und ein gelagertes Koppelelement (09) aufweist. Das Koppelelement (09) ist gelagert und wird in einer Führungsnut (13) geführt. Diese Führungsnut (13) befindet sich auf der Scheibenfläche der Kurvenscheibe (11) und wird durch eine durchgängige umlaufende Bahn beschrieben. Die Kurvenscheibe (11) ist mit Hilfe eines Kurbelzapfens (17) drehfest an der Abtriebswelle (05) verbunden. Die Form der jeweiligen Kurvenscheibe (11) weist eine ausgeprägte, sinusförmige Steuerbahn (15) auf. Durch den stetig ändernden Abstand der Mittellinie der Führungsnut (13) zur Drehachse der Kurvenscheibe (11) wird der Hubweg des jeweiligen zugeordneten Kolbens (03) bestimmt. Die Kurvenscheibe (11) ist so geformt, dass, wenn alle Arbeitstakte der Kolben (03) durchgeführt sind, eine volle Umdrehung der Kurbenscheibe (11) durchgeführt wird.The invention relates to an internal combustion engine with a cam disc (11). The internal combustion engine comprises three cylinders (01), which are offset by 120 ° to each other and in a plane, and in which a piston (03) is arranged to be movable. On the piston (03) has a push rod (07) is fixed, which is perpendicular to the output shaft (05) and a mounted coupling element (09). The coupling element (09) is mounted and guided in a guide groove (13). This guide groove (13) is located on the disc surface of the cam disc (11) and is described by a continuous circumferential path. The cam disc (11) is non-rotatably connected to the output shaft (05) by means of a crank pin (17). The shape of the respective cam disc (11) has a pronounced, sinusoidal control track (15). Due to the constantly changing distance of the center line of the guide groove (13) to the axis of rotation of the cam disc (11), the stroke of the respective associated piston (03) is determined. The cam plate (11) is shaped so that, when all the working cycles of the piston (03) are performed, a full revolution of the cam disk (11) is performed.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder, in dem ein Kolben beweglich angeordnet ist, welcher über eine Kurvenscheibe an eine Antriebswelle gekoppelt ist.The The invention relates to an internal combustion engine having at least one Cylinder in which a piston is movably arranged, which over a cam is coupled to a drive shaft.

Verbrennungsmotoren insbesondere für Kraftfahrzeuge sind typischer Weise als Kolbenmotor ausgestaltet und besitzen mehrere Zylinder mit Kolben und Pleuelstange, wobei letztere an eine gemeinsame Kurbelwelle angelenkt ist. Ein Nachteil von solchen Verbrennungsmotoren mit herkömmlichem Kurbeltrieb ist z. B. bei einem 4-Takt-Motor, dass beim Wechsel vom 2. Takt (Verdichtung) in den 3. Takt (Zündung) am oberen Totpunkt des Kolbens kein Drehmoment geliefert wird. Da die Kurbelwelle zwischen zwei Zündungen zwei volle Umdrehungen ausführen muss, kommt es zu einer nicht unerheblichen Laufunruhe beim Motor. Um dies zu beheben, muss der Zündabstand verringert werden, insbesondere durch die Verwendung mehrere Zylinder, die mit zeit- bzw. winkelversetzten Arbeitstakten auf die Kurbelwelle einwirken. Mit der Zunahme der Zylinderzahl erhöhen sich aber auch die Größe des Motors und die Anzahl der Pleuelstangen, woraus höhere Reibungsverluste resultieren.combustion engines in particular for motor vehicles are typically as Piston engine designed and have several cylinders with pistons and connecting rod, the latter to a common crankshaft is articulated. A disadvantage of such internal combustion engines with conventional crank mechanism is z. B. in a 4-stroke engine that when changing from the 2nd cycle (compression) to the 3rd cycle (ignition) no torque is delivered at top dead center of the piston. There Turn the crankshaft two full turns between two firings must, there is a significant uneven running in the engine. To fix this, the firing interval must be reduced in particular by using several cylinders or angularly offset work strokes act on the crankshaft. With the increase in the number of cylinders but also increase the size of the engine and the number of connecting rods, resulting in higher friction losses.

In der DD 215 605 A1 ist ein Verbrennungsmotor beschrieben, der eine andere Ankopplung der Kolben an die Antriebswelle verwendet, wobei die Pleuelstange durch eine Kolbenstange und einen Mitnehmer ersetzt ist. Die Kurbelwelle ist hier in einer Kurvenscheibe gelagert, die mit einer Antriebswelle drehfest verbunden ist. Die Kurvenscheibe besitzt eine elliptische Form, welche durch Abplattung im Bereich der oberen Totpunkte ein maximales Verzögern des Kolbens in diesem Bereich entstehen lässt. Damit sollen Druckverhältnisse und Kraftstoffverbrauch optimiert werden. Nachteil dieser elliptischen Form der Kurvenscheibe, ist die permanente lineare Kolbengeschwindigkeit, die aufgrund des doppelt symmetrischen Aufbaus der Kurvenscheibe zu einer begrenzten, nicht optimierten Kraftübertragung führt.In the DD 215 605 A1 an internal combustion engine is described which uses a different coupling of the piston to the drive shaft, wherein the connecting rod is replaced by a piston rod and a driver. The crankshaft is mounted here in a cam, which is rotatably connected to a drive shaft. The cam has an elliptical shape, which creates a maximum deceleration of the piston in this area by flattening in the top dead center. This should be optimized pressure conditions and fuel consumption. Disadvantage of this elliptical shape of the cam, is the permanent linear piston speed, which leads due to the double symmetrical structure of the cam to a limited, non-optimized power transmission.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile vorhandener Verbrennungsmotoren zu nutzen und deren Nachteile zu umgehen, um hohe Leistungen und bessere mechanische Wirkungsgrade zu erzielen, sowie eine raumsparende Bauweise zu erhalten.Of the Invention is based on the object, the advantages of existing internal combustion engines to use and bypass their disadvantages to high levels of performance and To achieve better mechanical efficiencies, as well as a space-saving To get construction.

Die Aufgabenstellung wird durch ein Verbrennungsmotor mit einer Kurvenscheibe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The Task is by an internal combustion engine with a cam solved with the features of claim 1.

Ein Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, dass durch die erfindungsgemäße Konstruktion der Kurvenscheibe eine variable Geschwindigkeit der Arbeitstakte bzw. der an die Kurvenscheibe angreifenden Kolben ermöglicht ist.One Advantage of the invention is in particular to be seen in that the construction of the cam according to the invention a variable speed of the power strokes or to the cam is enabled attacking piston.

Die Erfindung umfasst ein Verbrennungsmotor mit mindestens drei Zylindern in denen jeweils ein Kolben beweglich angeordnet ist. An jedem Kolbenelement ist eine Schubstange befestigt die senkrecht zur Achse einer angetriebenen Abtriebswelle steht. Am Schubstangenende befindet sich ein gelagertes Koppelelement. Mittels eines Kurbelzapfens wird eine Kurvenscheibe drehfest mit der Abtriebswelle verbunden. Das Koppelelement wird mit der Führungsnut der Kurvenscheibe geführt.The The invention includes an internal combustion engine having at least three cylinders in each of which a piston is movably arranged. At each piston element is a push rod attached perpendicular to the axis of a driven Output shaft is. At push rod end is a stored coupling element. By means of a crank pin is a cam rotatably with connected to the output shaft. The coupling element is with the guide groove guided the cam.

Ein wesentlicher Aspekt der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass die Kurvenscheibe eine geschlossene, im wesentlichen sinusförmige auf der Scheibenfläche durchgängig umlaufende Führungsnut aufweist, in welcher das Koppelelement mit Gleitlager geführt wird. Der Verlauf der Führungsnut weist zwar keine Unstetigkeitsstellen auf, jedoch ändern sich sowohl der Abstand der Mittellinie der Führungsnut zur Drehachse der Kurvenscheibe als auch die Periodendauer der Sinusform der Führungsnut. Dadurch ist nicht nur der Hub des über das Koppelelement angekoppelten Kolbens bestimmt, sondern die Geschwindigkeit des zugeordneten Kolbens erhält einen nichtlinearen Charakter. Dies hat zufolge, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt alle an die Kurvenscheibe angekoppelten Kolben einen unterschiedlichen Arbeitstakt vollständig oder teilweise realisiert können, die Kolbengeschwindigkeit in den einzelnen Arbeitstakten also unterschiedlich sein kann. Dadurch steht beispielsweise für den Ansaug- und Auspufftakt ein längerer Zeitabschnitt zur Verfügung als er für den Verbrennungstakt benötigt wird. Die im Motorregime zeitkritischen Phasen des Ansaugens und Auspuffens sind auf dieser Weise leichter als bei herkömmlichen Motoren beherrschbar und es gibt die Möglichkeit, dass die Anfangsphase und die Endphase der Arbeitstakte von sequentiell arbeitenden Zylindern sich in einem vorbestimmten Zeitabschnitt überschneiden, wodurch das abgegebene Drehmoment erheblich gleichförmiger in seiner Bewegung ist. Trotzdem sind nach einer vollen Umdrehung der Kurvenscheibe alle Arbeitstakte jedes Kolbens ausgeführt.One essential aspect of the solution according to the invention is that the cam is a closed, essentially sinusoidal on the disk surface throughout having circumferential guide groove, in which the coupling element with Slide bearing is guided. The course of the guide groove has no discontinuities, but change Both the distance of the center line of the guide to the axis of rotation of the cam as well as the period of the sinusoidal shape the guide groove. This is not just the hub of the over determines the coupling element coupled piston, but the speed the associated piston receives a non-linear character. According to this, at a certain time all have to Cam connected pistons a different power stroke completely or partially realized, the piston speed in the individual work cycles so different can be. This stands, for example, for the intake and Exhaust stroke a longer period available when needed for the combustion cycle. The in the engine regime time-critical phases of intake and exhaust are lighter in this way than conventional engines manageable and there is a possibility that the initial phase and the final phase of the power strokes of sequentially operating cylinders overlap in a predetermined period of time, making the output torque much more uniform in his movement is. Nevertheless, after a full turn the cam is executed all the working cycles of each piston.

Die veränderliche Sinusform der Führungsnut ist so gestaltet, dass sie an die Takte jedes Zylinders optimal angepasst ist, wobei in die Formgestaltung die Parameter wie Durchmesser der Kurvenscheibe, Zylinderzahl, Zylinderabstand, Drehzahl der Arbeitswelle, Anzahl der Hübe und Kolbengeschwindigkeit eingehen.The variable sinusoidal shape of the guide groove is like this designed to be optimally adapted to the strokes of each cylinder is, wherein in the shape design the parameters such as diameter of Cam, number of cylinders, cylinder spacing, speed of the working shaft, Enter number of strokes and piston speed.

Eine besondere Ausführungsform besitzt einen Kurbelzapfen mit abgewinkelter Form, der auf der Kurvenscheibe so positioniert ist, dass er sich am Ende eines Taktes immer in einer Schräglage zwischen zwei Zylindern befindet. Somit entstehen keine Verzögerungszeiten im oberen, bzw. im unteren Totpunkt der Kurvenbahn und es werden keine zusätzlichen Kräfte oder Schwungmassen benötigt damit die Kurvenscheibe in Bewegung bleibt. Dies führt wiederum zu optimiertem Kraftstoffverbrauch und auch die Unregelmäßigkeiten im Motorlauf werden möglichst gering gehalten.A particular embodiment has a crankpin with angled shape, which is positioned on the cam so that it is always in an inclined position between two cylinders at the end of a stroke. Thus, no arise Delay times in the upper or bottom dead center of the cam track and no additional forces or flywheel masses are needed so that the cam remains in motion. This in turn leads to optimized fuel consumption and also the irregularities in the engine are kept as low as possible.

Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Kurvenscheibe auch zur Steuerung der Ventile genutzt werden kann. Die Einlass- und Auslassventile werden über eine Ventilkurvenscheibe und ein Verbindungsgestänge zwangsgesteuert, wobei die Ventilkurvenscheibe eine der Führungsnut vergleichbare Ventilsteuernut aufweist und beispielsweise über eine drehfeste Verbindung mit der Abtriebswelle ihr Drehmoment bezieht. Die Ventilkurvenscheibe kann integral mit der Kurvenscheibe ausgebildet sein. Durch die Zwangssteuerung der Ventile verzichtet man hier auf die Ventilfedern, wodurch ein geringer Energieverlust entsteht.A Another embodiment is characterized in that the cam can also be used to control the valves can. The intake and exhaust valves are connected via a Valve cam and a linkage positively controlled, wherein the valve cam disc is comparable to the guide groove Valve control groove and, for example, a non-rotatable Connection to the output shaft refers to their torque. The valve cam may be integral with the cam. By the Forced control of the valves is omitted here on the valve springs, resulting in a low energy loss.

Besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:Especially preferred embodiments of the invention are in the Figures shown and are explained in more detail below. Show it:

1: eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Motors mit einer Kurvenscheibe und zwei Zylindern; 1 a schematic representation of a first embodiment of an engine according to the invention with a cam and two cylinders;

2: eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Motors mit einer Kurvenscheibe und drei Zylindern; 2 a schematic representation of a first embodiment of a motor according to the invention with a cam and three cylinders;

3: eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Motors mit der Kurvenscheibe und vier Zylindern; 3 a schematic representation of a second embodiment of the engine according to the invention with the cam and four cylinders;

4: eine Querschnittsansicht der Kurvenscheibe; 4 a cross-sectional view of the cam;

5: eine vereinfachte Detaildarstellung eines abgewinkelten Kurbelzapfens in Draufsicht; 5 a simplified detail of an angled crank pin in plan view;

6: eine Prinzipdarstellung eines Führungsgestänges für eine Kolbenführung im Längsschnitt; 6 : A schematic representation of a guide linkage for a piston guide in longitudinal section;

7: eine schematische Schnittdarstellung einer Zwangsventilsteuerung mit zwei Ventilkurvenscheiben für eine Ventilsteuerung; 7 a schematic sectional view of a forced valve control with two valve cam disks for a valve control;

8: eine Querschnittsansicht der Ventilkurvenscheibe; 8th a cross-sectional view of the valve cam;

9: eine Prinzipdarstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zwangsventilsteuerung mit Schrägventilen; 9 : a schematic diagram of a second embodiment of the positive valve control according to the invention with inclined valves;

10: eine Prinzipdarstellung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zwangsventilsteuerung. 10 : A schematic diagram of a third embodiment of the forced valve control according to the invention.

1 zeigt einen erfindungsgemäßen Motor mit einer Kurvenscheibe. Der Verbrennungsmotor umfasst bei dieser Ausführungsform zwei Zylinder 01, welche in einer gemeinsamen Ebene und zu beiden Seiten einer Abtriebswelle 05 angeordnet sind. Jeder der Zylinder 01 umfasst in bekannter Weise einen Hohlraum und einen darin gleitenden Kolben 03. Am Kolben 03 ist eine Schubstange 07 vorzugsweise starr befestigt, welche senkrecht zu der Abtriebswelle 05 steht. 1 shows a motor according to the invention with a cam. The internal combustion engine comprises two cylinders in this embodiment 01 , which in a common plane and on both sides of an output shaft 05 are arranged. Each of the cylinders 01 includes in a known manner a cavity and a piston sliding therein 03 , On the piston 03 is a push rod 07 preferably rigidly fixed, which is perpendicular to the output shaft 05 stands.

Am Ende der Schubstange 07 befindet sich ein Koppelelement 09, welches mit der Schubstange 07 je nach Lagerform fest oder drehbar verbunden ist und für eine Kraftübertragung auf eine Kurvenscheibe 11 sorgt. Das Koppelelement 09 ist in einer Führungsnut 13 geführt und ist dort reibungsarm gelagert, vorzugsweise durch Gleitlager 14. Die Führungsnut 13 ist in die Scheibenfläche der Kurvenscheibe 11 eingearbeitet und wird durch eine durchgängige umlaufende Bahn beschrieben.At the end of the push rod 07 there is a coupling element 09 , which with the push rod 07 depending on the bearing shape is firmly or rotatably connected and for a power transmission to a cam 11 provides. The coupling element 09 is in a guide groove 13 guided and is stored there friction, preferably by plain bearings 14 , The guide groove 13 is in the disc surface of the cam 11 incorporated and is described by a continuous circumferential path.

Der sinusförmige Verlauf der Führungsnut 13 zeigt eine veränderliche Periodendauer und – bezogen auf eine gedachte Nulllinie – veränderliche Maxima und Minima. Der Verlauf der Führungsnut ist wesentlich komplexer gestaltet als eine einfache Ellipse. Durch den sich stetig ändernden Abstand der Mittellinie (nicht konstante Änderung der Steigung) der Führungsnut 13 zur Drehachse der Kurvenscheibe 11 werden der Hubweg und die Hubgeschwindigkeit des jeweils zugeordneten Kolbens 03 bestimmt. Die Kurvenscheibe 11 und die darin ausgebildete Führungsnut 13 sind so geformt, dass, wenn alle Arbeitstakte der angekoppelten Kolben 03 durchgeführt sind, die Kurvenscheibe 11 eine volle Umdrehung vollendet hat.The sinusoidal course of the guide groove 13 shows a variable period and - based on an imaginary zero line - variable maxima and minima. The course of the guide groove is much more complex than a simple ellipse. Due to the constantly changing distance of the center line (not constant change of the slope) of the guide groove 13 to the axis of rotation of the cam 11 become the stroke and the lifting speed of each associated piston 03 certainly. The cam 11 and the guide groove formed therein 13 are shaped so that when all the strokes of the coupled piston 03 are performed, the cam 11 completed a full turn.

Die ablaufenden Arbeitstakte sind – abgesehen von der Kraftübertragung auf die Arbeitswelle – im Wesentlichen identisch mit denen eines herkömmlichen Verbrennungsmotors. Die Arbeitsweise lässt sich daher wie folgt zusammenfassen: Durch Druck auf den Kolben 03 in Zylinderachsenrichtung wird die Kraft über die Schubstange 07 mittels Koppelelement 09 an die Kurvenscheibe 11 weitergegeben. Unter dieser axialen Belastung dreht sich die Kurvenscheibe 11 und mit ihr die Abtriebswelle 05. Der Kolben 03 bewegt sich abwärts und im Zylinder 01 wird das Brennstoffgemisch angesaugt. Sobald der Kolben 03 den unteren Totpunkt erreicht, weist der Abstand zwischen der gedachten Mittelinie der Führungsnut 13 und der Drehachse der Kurvenscheibe 11 ein Minimum auf. Es folgt das Verdichten des Brennstoffs und der Kolben 03 bewegt sich nach oben, wobei der Abstand der Mittellinie der Führungsnut 13 sich immer weiter von der Drehachse der Kurvenscheibe 11 entfernt. Die Zündung im 2. Arbeitstakt bewirkt einen Druckanstieg im Verbrennungsraum, wobei der Kolben 03 in Richtung unterer Totpunkt beschleunigt wird. Die erzeugte Druckkraft wird über die mit dem Koppelelement 09 verbundene Schubstange 07 an die Kurvenscheibe 11 weitergeleitet und der Abstand der Führungs nut 13 zur Drehachse der Kurvenscheibe 11 nimmt ab, bis der Kolben 03 den unteren Totpunkt erreicht hat. Ein Auslassventil wird geöffnet und durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens 03 wird das Abgas aus dem Zylinder 01 geschoben, der Abstand der Führungsnut 13 zur Drehachse nimmt zu und im oberen Totpunkt weist sie ein Maximum auf. Alle vier Arbeitstakte sind realisiert mit einer vollen Umdrehung der Kurvenscheibe 11.The expiring work cycles are - apart from the power transmission to the working shaft - essentially identical to those of a conventional internal combustion engine. The operation can therefore be summarized as follows: By pressure on the piston 03 in the cylinder axis direction, the force on the push rod 07 by means of coupling element 09 to the cam 11 passed. Under this axial load, the cam rotates 11 and with it the output shaft 05 , The piston 03 moves down and in the cylinder 01 the fuel mixture is sucked. As soon as the piston 03 reaches the bottom dead center, the distance between the imaginary center line of the guide groove 13 and the axis of rotation of the cam 11 a minimum. It follows the compression of the fuel and the pistons 03 moves upwards, the distance between the centerline of the guide groove 13 ever further from the axis of rotation of the cam 11 away. The ignition in the 2nd power stroke causes a pressure increase in the combustion chamber, the piston 03 is accelerated towards bottom dead center. The compressive force generated is over that with the coupling element 09 connected push rod 07 to the cam 11 forwarded and the distance of the guide groove 13 to the axis of rotation of the cam 11 decreases until the piston 03 has reached the bottom dead center. An exhaust valve is opened and by the upward movement of the piston 03 the exhaust gas gets out of the cylinder 01 pushed, the distance of the guide groove 13 to the axis of rotation increases and at top dead center, it has a maximum. All four work cycles are realized with a complete revolution of the cam 11 ,

Alternativ zu der zuvor beschriebenen einfachsten Betriebsform ist es insbesondere bei der Verwendung von zwei Zylindern vorteilhaft, wenn schon in der Endphase des Arbeitstaktes des ersten Zylinders die Anfangsphase des Arbeitstaktes des zweiten Zylinders beginnt. Dieser Phasenversatz entsteht durch die Abstandsänderung zwischen der Abstiegs- und Anstiegsflanke des Kurvenverlaufs in der Führungsnut, was zu einem ruhigeren Lauf des Motors führt.alternative in particular to the simplest operating form described above when using two cylinders advantageous, if already in the final phase of the working cycle of the first cylinder the initial phase the power stroke of the second cylinder begins. This phase offset arises by the change in distance between the descent and the rising edge the curve in the guide groove, resulting in a calmer Run of the engine leads.

Die Kurvenscheibe 11 ist bei der in 1 gezeigten Ausführungsform mit Hilfe eines Kurbelzapfens 17 drehfest mit der Abtriebswelle 05 verbunden.The cam 11 is at the in 1 shown embodiment using a crank pin 17 rotatably with the output shaft 05 connected.

2 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Motors mit einer Kurvenscheibe. Der Verbrennungsmotor umfasst bei dieser Ausführungsform drei Zylinder 01, welche in einer gemeinsamen Ebene um jeweils 120 Grad zueinander versetzt sind. Jeder der Zylinder 01 befindet sich wiederum senkrecht zu der Abtriebswelle 05 und führt alle Arbeitstakte eines üblichen Viertakt-Motors aus. Die Führungsnut 13 ist an die drei Zylinder angepasst, sodass jeder Zylinder alle Takte eines Zyklus ausgeführt hat, wenn sich die Kurvenscheibe 11 um 360° gedreht hat. 2 shows a further embodiment of the motor according to the invention with a cam. The internal combustion engine comprises three cylinders in this embodiment 01 , which are offset in a common plane by 120 degrees to each other. Each of the cylinders 01 is again perpendicular to the output shaft 05 and performs all the strokes of a standard four-stroke engine. The guide groove 13 is adapted to the three cylinders so that each cylinder has executed all the cycles of a cycle when the cam 11 rotated 360 °.

3 stellt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Motors mit einer Kurvenscheibe dar. Der Unterschied dieser Ausführungsform zu der vorhergehenden Beschreibung ist in der Anzahl und Anordnung der Zylinder 01 zu sehen. Der erfindungsgemäße Motor umfasst hier vier Zylinder 01, welche jeweils um 90 Grad zueinander versetzt sind und in einer Ebene mit der Kurvenscheibe 11 liegen, wobei die Zylinder 01 wiederum senkrecht zur Abtriebswelle 05 angeordnet sind. Die Führungsnut 13 ist an die veränderte Zylinderzahl angepasst, sodass auch bei dieser Ausführungsform jeder Zylinder sämtliche Takte eines Zyklus ausgeführt hat, wenn sich die Kurvenscheibe 11 um 360° gedreht hat. 3 shows a further embodiment of the motor according to the invention with a cam. The difference of this embodiment from the previous description is in the number and arrangement of the cylinder 01 to see. The engine according to the invention here comprises four cylinders 01 , which are each offset by 90 degrees to each other and in a plane with the cam 11 lie, with the cylinders 01 again perpendicular to the output shaft 05 are arranged. The guide groove 13 is adapted to the changed number of cylinders, so that also in this embodiment, each cylinder has performed all the cycles of a cycle when the cam 11 rotated 360 °.

4 zeigt einen Querschnitt der Kurvenscheibe 11. Die Kurvenscheibe 11 ist mittels in der Kurvenscheibe drehbar gelagertem Kurbelzapfen 17 drehfest an der Abtriebswelle 05 angebracht, um die Drehmomente auf die Abtriebswelle zu übertragen. Die Führungsnut 13 verläuft auf der Seitenfläche der Kurvenscheibe 11 und weist ein U-Profil auf, wobei die Öffnungsebene des U-Profils senkrecht zur Abtriebswelle 05 steht. Die Führungsnut 13 ist durchgängig, umlaufend und mit den Gleitlagern 14 ausgestattet. 4 shows a cross section of the cam 11 , The cam 11 is by means of rotatably mounted in the cam crank pin 17 rotationally fixed to the output shaft 05 attached to transmit the torques to the output shaft. The guide groove 13 runs on the side surface of the cam 11 and has a U-profile, wherein the opening plane of the U-profile perpendicular to the output shaft 05 stands. The guide groove 13 is continuous, circumferential and with the plain bearings 14 fitted.

5 ist eine Detaildarstellung des abgewinkelten Kurbelzapfens, welcher das Verbindungsstück zwischen Kurvenscheibe 11 und Abtriebswelle 05 ist. Der eine Schenkel des Kurbelzapfens 17 ist an der Stirnfläche der Abtriebswelle 05 angebracht, der zweite Schenkel erstreckt sich senkrecht zur Kurvenscheibe 11 und befindet sich außerhalb des Drehzentrums der Kurvenscheibe 11, welches axial mit der Abtriebswelle 05 ausgerichtet ist. 5 is a detailed view of the angled crank pin, which is the connector between the cam 11 and output shaft 05 is. One leg of the crankpin 17 is on the face of the output shaft 05 attached, the second leg extends perpendicular to the cam 11 and is outside the center of rotation of the cam 11 , which axially with the output shaft 05 is aligned.

6 zeigt in einer Querschnittsansicht ein Führungsgestänge einer Kolbenführung 19. Die Kolbenführung 19 befindet sich am Ende der Schubstange 07 und besitzt eine U-ähnliche Form. Der freie Innenbereich der U-Form entspricht der Tiefe der Kurvenscheibe 11, sodass diese durchlaufen kann. An der Innenseite eines Schenkels der Kolbenführung 19 ist das Koppelelement 09 fest angebracht, welches auf die Kurvenscheibe 11 zugreift. 6 shows in a cross-sectional view a guide linkage of a piston guide 19 , The piston guide 19 is located at the end of the push rod 07 and has a U-like shape. The free interior of the U-shape corresponds to the depth of the cam 11 so that it can go through. On the inside of a leg of the piston guide 19 is the coupling element 09 firmly attached, which on the cam 11 accesses.

An der Außenseite der Kolbenführung 19 befinden sich jeweils senkrecht zu den Schenkeln T-förmige Elemente 21, welche jeweils in einem Kolbenführungsrohr 23 gleiten. Die Kolbenführungsrohre 23 sind paarweise an gegenüberliegenden Seiten jedes Kolbens 03 und beidseitig der Kolbenführung 19 angeordnet. In 6 ist nur das vor dem Kolben 03 liegende Paar der Kolbenführungsrohre 23 dargestellt. Das Kolbenführungsrohr 23 ist mit Gleitlagern ausgestattet und weist Stoppelemente 27 auf, die sich jeweils an den Enden der Kolbenführungsrohre 23 befinden. An den beiden Umkehrpunkten des Kolbenhubs schlägt der Kolben 03 an diesen Stoppelementen 27 an. Wenn die Stoppelemente leicht elastisch ausgeführt sind, kann dies der Unterstützung der Überwindung des Umkehrpunktes dienen.On the outside of the piston guide 19 are each perpendicular to the legs T-shaped elements 21 , each in a piston guide tube 23 slide. The piston guide tubes 23 are in pairs on opposite sides of each piston 03 and on both sides of the piston guide 19 arranged. In 6 that's just the front of the piston 03 lying pair of piston guide tubes 23 shown. The piston guide tube 23 is equipped with plain bearings and has stop elements 27 on, each at the ends of the piston guide tubes 23 are located. At the two reversal points of the piston stroke, the piston strikes 03 at these stop elements 27 at. If the stop elements are slightly elastic, this can help to overcome the reversal point.

7 offenbart eine Zwangsventilsteuerung mit zwei Ventilkurvenscheiben 31. Die Einlassventile und die Auslassventile des Motors sind mittels Verbindungsgestänge 29 jeweils mit einer der Ventilkurvenscheiben 31 verbunden. Jede Ventilkurvenscheibe 31 steuert ein Paar Ventile 32. Die Ventilkurvenscheiben 31 sind mit der Abtriebswelle 05 drehfest verbunden und auf der Abtriebswelle 05 in axialer Richtung versetzt zueinander angeordnet. Alternativ zu dieser Bauform könnte die genannte Ventilkurvenscheibe auch auf einer herkömmlichen Nockenwelle befestigt sein oder in an sich bekannter Weise über eine Zahnriemen oder dergleichen angetrieben werden. Jede der Ventilkurvenscheiben 31 weist zwei Ventilsteuernuten 33 auf, die sich auf den gegenüberliegenden Seitenflächen der Ventilkurvenscheiben 31 befinden und mit Gleitlagern ausgestattet sind. Die Seitenschenkel des Verbindungsgestänges 29 gleiten durch jeweils zwei Paar Stützelemente 45, die das Verdrehen des Gestänges verhindern. 7 discloses a forced valve control with two valve cam discs 31 , The intake valves and the exhaust valves of the engine are by means of connecting rods 29 each with one of the valve cam discs 31 connected. Each valve cam 31 controls a pair of valves 32 , The valve cams 31 are with the output shaft 05 rotatably connected and on the output shaft 05 offset from each other in the axial direction. As an alternative to this design, said valve cam disk could also be mounted on a conventional camshaft or in a manner known per se a toothed belt or the like are driven. Each of the valve cam discs 31 has two valve control grooves 33 on, located on the opposite side surfaces of the valve cam discs 31 located and equipped with plain bearings. The side legs of the connecting linkage 29 glide through two pairs of support elements 45 , which prevent the twisting of the linkage.

8 zeigt eine Prinzipdarstellung der Ventilkurvenscheibe 31 detaillierter. Die Ventilkurvenscheibe 31 weist eine Kreis-Grundform auf, wobei sich auf der Ventilkurvenscheibenseite eine Ventilsteuernut 33 befindet, die mit Gleitlagern ausgestattet ist. Die Bahn der Ventilsteuernut 33 ist durchgängig, umlaufend und hat in weiten Abschnitten eine Kreisform. In diesem Abschnitt sind die Ventile 37 geschlossen. In einem Aktivierungsabschnitt 34 ist eine gerade Abplattung 36 der Ventilsteuernut 33 angebracht, womit die Öffnung der Ventile 37 gesteuert wird. Während dieser Abplattung 36 verringert sich der Abstand zwischen der gedachten Mittelinie der Ventilsteuernut 33 zur Drehachse der Ventilkurvenscheibe 31. Das Verbindungsgestänge 29, welches in der Ventilsteuernut 33 geführt wird, erzeugt eine Druckkraft auf den Ventilstößel 39, womit die Ventile 37 geöffnet werden. 8th shows a schematic diagram of the valve cam 31 detail. The valve cam 31 has a circular basic shape, wherein on the Ventilkurvenscheibenseite a Ventilsteuernut 33 located, which is equipped with plain bearings. The path of the valve control groove 33 is continuous, circumferential and has in many sections a circular shape. In this section are the valves 37 closed. In an activation section 34 is a straight flattening 36 the valve control groove 33 attached, bringing the opening of the valves 37 is controlled. During this flattening 36 decreases the distance between the imaginary center line of the valve timing groove 33 to the axis of rotation of the valve cam 31 , The connecting linkage 29 which is in the valve control groove 33 is guided, generates a compressive force on the valve lifter 39 , with which the valves 37 be opened.

Die Ventilkurvenscheibe 31 und die Ventilsteuernut 33 könnte aber auch eine ovale Grundform oder eine Nockenform aufweisen.The valve cam 31 and the valve control groove 33 but could also have an oval basic shape or a cam shape.

9 stellt eine Prinzipdarstellung einer zweiten Ausführungsform für eine erfindungsgemäße Zwangsventilsteuerung dar, die für den Einsatz von Schrägventilen konfiguriert ist. Die Einlas- und Auslassventile sind in einem Winkel zwischen 15° und 75° zur Zylinderlängsachse angeordnet. Die Ventilführung wird durch ein Ventilführungselement 35 gesteuert, welches mit dem Verbindungsgestänge 29 gekoppelt ist und in einer Verbindungsnut 43 gleitet besteht. Die Enden des Verbindungsgestänges 29 weisen jeweils ein Koppelelement 09 auf, welches die Verbindung zu der Ventilkurvenscheibe 31 herstellt. Die beiden Seitenschenkel des Verbindungsgestänges 29 gleiten durch jeweils ein Paar Stützelemente 45, die das Verdrehen des Gestänges verhindern. 9 FIG. 3 illustrates a schematic representation of a second embodiment of an inventive forced valve control configured for the use of slanted valves. The intake and exhaust valves are arranged at an angle between 15 ° and 75 ° to the cylinder longitudinal axis. The valve guide is provided by a valve guide element 35 controlled, which with the connecting linkage 29 is coupled and in a Verbindungsnut 43 glides exists. The ends of the connecting linkage 29 each have a coupling element 09 on which the connection to the valve cam 31 manufactures. The two side legs of the connecting linkage 29 slide through each pair of support elements 45 , which prevent the twisting of the linkage.

Im durch das U-förmige Verbindungsgestänge 29 eingeschlossenen Bereich befindet sich eine Verstrebung 47, die den Schenkel und die Grundstange des Verbindungsgestänges 29 zu einem rechtwinkligen Dreieck schließt. In der Verstrebung 47 befindet sich die mit Gleitlagern ausgerüstete Verbindungsnut 43 mit dem darin gleitenden Ventilführungselement 35. Das Ventilführungselement 35 ist senkrecht zu einem Ventilstößel 39 gelagert. Zur Vorbeugung von unerwünschten Verdrehungen und Verkantungen des Ventilstößels 39, sind jeweils ober- und unterhalb der Verstrebung 47 die Stützelemente 45 mit Gleitlagern angebracht.Im through the U-shaped connecting linkage 29 enclosed area is a strut 47 that the limb and the basic rod of the connecting linkage 29 closes to a right-angled triangle. In the bracing 47 is the equipped with plain bearings Verbindungsnut 43 with the valve guide element sliding therein 35 , The valve guide element 35 is perpendicular to a valve lifter 39 stored. To prevent unwanted twists and tilting of the valve lifter 39 , are respectively above and below the bracing 47 the support elements 45 mounted with plain bearings.

10 zeigt eine Prinzipdarstellung einer dritten Ausführungsform der Zwangsventilsteuerung. Zwei Einlassventile bzw. Auslassventile 37 sind mittels Verbindungsgestänge 29 mit der Ventilkurvenscheibe 31 verbunden. Die Ventilstößel 39 sind so verlängert, dass im Innenbereich, der aus den Ventilstößeln 39 und das Verbindungsgestänge 29 entsteht, die Ventilkurvenscheibe 31 positioniert ist. Die Steuerung der Ventile 37 wird durch ein Verbindungsstück 49 realisiert, welches senkrecht von der Ventilkurvenscheibe 31 zum Verbindungsgestänge 29 verläuft. Auf der Ventilkurvenscheibe 31 ist in der oben beschriebenen Weise eine Ventilsteuernut 33 ausgebildet. Der Vorteil diese Zwangssteuerung besteht u. a. darin, dass die Ventile 37 nicht mit Federn belastet werden müssen, sondern zwangsweise geöffnet und auch wieder geschlossen werden. Damit sind sehr schnelle Ventilzyklen erreichbar. 10 shows a schematic diagram of a third embodiment of the forced valve control. Two intake valves or exhaust valves 37 are by means of connecting rods 29 with the valve cam 31 connected. The valve tappets 39 are extended so that indoors that is out of the valve tappets 39 and the connecting linkage 29 arises, the valve cam 31 is positioned. The control of the valves 37 is through a connector 49 realized, which is perpendicular to the valve cam 31 to the connecting linkage 29 runs. On the valve cam 31 is a valve timing groove in the manner described above 33 educated. The advantage of this forced control is, inter alia, that the valves 37 do not have to be loaded with springs, but forcibly opened and closed again. This means that very fast valve cycles can be achieved.

0101: Zylindercylinder
0303: Kolbenpiston
0505: Abtriebswelleoutput shaft
0707: Schubstangepushrod
0909: Koppelelementcoupling element
1111: Kurvenscheibecam
1313: Führungsnutguide
1414: Gleitlagerbearings
1717: Kurbelzapfencrank pin
1919: Kolbenführungpiston guide
2121: T-förmiges ElementT-shaped element
2323: KolbenführungsrohrPiston guide tube
2525: Stoppvorrichtungstopping device
2727: Stoppelementstop element
2929: Verbindungsgestängelinkage
3131: VentilkurvenscheibeValve cam
3232: Ventilevalves
3333: VentilsteuernutVentilsteuernut
3434: Aktivierungsabschnittactivating section
3535: VentiführungslementVentiführungslement
3636: Abplattungflattening
3737: VentilValve
3939: VentilstöselVentilstösel
4141: VentilführungsvorrichtungValve guide device
4343: Verbindungsnutcommunicating
4545: Stützelementsupport element
4747: Verstrebungbrace
4949: Verbindungsstückjoint

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DD 215605 A1 [0003]

Claims

Internal combustion engine comprising: - at least two cylinders ( 01 ) in each of which a piston ( 03 ) is movably arranged; - a driven output shaft ( 05 ); - push rods ( 07 ), which on the respective piston ( 03 ) are mounted perpendicular to the output shaft ( 05 ) and in each case a stored coupling element ( 09 ) wear; - a cam ( 11 ), the non-rotatably with the output shaft ( 05 ) is connected and at least one circumferential guide groove ( 13 ) on one of its disc surfaces, in which the coupling elements ( 09 ) are guided, wherein the axis of rotation of the cam ( 11 ) axially with the output shaft ( 05 ) is aligned; the stroke of each piston ( 03 ) by a constantly changing distance of the center line of the guide groove ( 13 ) to the axis of rotation of the cam ( 11 ) is predetermined such that at a full revolution of the cam ( 11 ) all working cycles of all connected pistons ( 03 ).

Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that it has two cylinders ( 01 ), which on both sides of the output shaft ( 05 ) are arranged.

Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that it has three cylinders ( 01 ), which offset by 120 degrees to each other about the output shaft ( 05 ) are arranged around.

Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that it has four cylinders ( 01 ), which offset by 90 degrees to each other about the output shaft ( 05 ) are arranged around.

Internal combustion engine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the working strokes of the cylinder ( 01 ) overlap in time partially.

Internal combustion engine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the guide groove ( 13 ) relative to a concentric with the drive shaft ( 05 ) lying virtual sinusoidal line.

Internal combustion engine according to claim 6, characterized in that the sinusoidal guideway ( 13 ) has a variable period and a variable amplitude with respect to the virtual zero line.

Internal combustion engine according to one of claims 1 to 7, characterized in that a plurality of cams ( 11 ) on the output shaft ( 05 ) are mounted, each with associated piston ( 01 ) are connected.

Internal combustion engine according to one of claims 1 to 8, characterized in that each cam ( 11 ) rotatably via a crank pin ( 17 ) with the output shaft ( 05 ) connected is.

Internal combustion engine according to one of claims 1 to 9, characterized in that each cylinder ( 01 ) further comprises a valve arrangement having at least one inlet valve and one outlet valve, wherein the valves ( 37 ) via a connecting rod ( 29 ) each of a valve cam ( 31 ) are positively controlled, the valve cam discs ( 31 ) axially offset and rotationally fixed on the output shaft ( 05 ) are arranged.

Internal combustion engine according to claim 10, characterized in that the valve cam ( 31 ) two valve control grooves ( 33 ), which in each case on different surfaces of the valve disc ( 31 ), wherein the opening and closing of the valves by the changing distance of the center line of the valve control grooves ( 33 ) to the axis of rotation of the valve cam ( 31 ) is given.

Internal combustion engine according to claim 10 or 11, characterized in that a first valve cam ( 31 ) a first stored valve control element ( 35 ), which via the connecting linkage ( 29 ) with a second valve control element ( 35 ) connected by a second valve disc ( 31 ) is controlled.

Internal combustion engine according to one of claims 10 to 12, characterized in that the valves ( 37 ) are arranged at an angle between 15 ° and 75 ° to the cylinder longitudinal axis.

Internal combustion engine according to claim 13, characterized in that the valve ( 37 ) a valve guide element ( 35 ), which is perpendicular to a valve stem ( 39 ) in a bracing ( 47 ) with a connecting groove ( 43 ) is moved through bearings.

Internal combustion engine according to one of claims 1 to 14, characterized in that the cylinder ( 01 ) a stop device ( 25 ) with stop elements ( 27 ), which via plain bearings with the push rod ( 07 ), the stop elements ( 27 ) serve to limit the piston movement.

Internal combustion engine according to one of claims 1 to 15, characterized in that the guide grooves ( 13 ) of the cam discs ( 11 ) with Gleitla like to be equipped.