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Die Erfindung betrifft einen Motor. Ein solcher Motor ist aus offenkundiger Vorbenutzung bekannt. Der Motor umfasst wenigstens zwei Zylinder als Verbrennungsraum, in welchem ein Kolben bewegbar angeordnet ist. An dem Kolben ist eine Pleuelstange befestigt, mittels welcher eine Kraft auf eine Kurvenscheibe übertragbar ist. Von der Kurvenscheibe kann eine Kraft auf eine Antriebswelle des Motors übertragen werden.
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Die
DE 101 45 478 A1 offenbart einen Motor. Die Kurvenscheiben sind mit einer Hubscheibe deckungsgleich und unverrückbar miteinander verschraubt. Die Kurvenscheiben sind wiederum starr über den Gehäusedeckel mit dem Mantelgehäuse verbunden. Die Kurvenscheiben sowie die Hubscheibe dienen weiterhin auch als Abstützung für eine Rotorgehäuselagerung. Das rotierende Rotorgehäuse ist im Mantelgehäuse angeordnet. Der Abtrieb ist direkt mit einer Energie aufnehmenden Einrichtung verbunden. Es kann aber eine Kupplung zwischen dem Abtrieb und der Energie aufnehmenden Einrichtung vorgesehen sein.
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In der
DE 101 45 478 A1 ist eine Mehrfachanordnung von Hubkolbenmaschinen offenbart. Eine oder mehrere der Hubkolbenmaschinen können elektronisch zu- oder abgeschaltet werden. Es ist erwähnt, dass eine Kupplung zwischen dem Verbraucher und den Hubkolbenmaschinen anschließbar ist.
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Des weiteren ist in der
DE 101 45 478 A1 erwähnt, dass einzelne Hubkolbenmaschinen elektronisch zu- oder abgeschaltet werden können. Erwähnt wird, dass die Zündung zu- oder abgeschaltet werden kann. Nach der Abschaltung laufen die Zylinder ohne Antrieb mit den angetriebenen Zylindern mit.
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Es war Aufgabe der Erfindung einen Motor zu schaffen, der besonders energiesparend arbeitet und dessen Leistung flexibel an die entsprechende Last angepasst werden kann.
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Die Aufgabe wird gelöst mittels eines Motors mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Bei dem erfindungsgemäßen Motor ist die Kurvenscheibe lösbar mit der Antriebswelle verbindbar. Mehrere Kurvenscheiben können z. B. mit der Antriebswelle lösbar verbindbar sein. Z. B. können Zylinder, die einer Kurvenscheibe zugeordnet sind, bei einem geringen Leistungsbedarf abgeschaltet werden und bei einem höheren Leistungsbedarf wieder zugeschaltet werden. Die Kurvenscheibe der abgeschalteten Zylinder wird dann ausgekuppelt, während die arbeitenden Zylinder eingekuppelt bleiben.
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Jede Kurvenscheibe kann mit wenigstens einem Zylinder zusammenwirken. Z. B. ist einer zweiten Kurvenscheibe eine unterschiedliche Anzahl von Zylindern zugeordnet als einer ersten Kurvenscheibe.
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Die Pleuelstange führt z. B. während eines Arbeitsspiels eine geradlinige axiale Bewegung durch. Axiale Bewegung bedeutet in diesem Fall, dass die Pleuelstange eine Bewegung in Richtung ihrer Längsachse durchführt. Die Bewegungsrichtung schneidet dabei z. B. die Drehachse der Antriebswelle nicht.
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Erfindungsgemäß werden hohe Reibungsverluste durch mitbewegte Kolben der inaktiven Zylinder vermieden, weil die Kurvenscheibe von der Antriebswelle lösbar ist. Darüber hinaus kann der Motor immer in einem optimalen, an den jeweiligen Leistungsbedarf angepassten Betriebszustand arbeiten. Da die Pleuelstange sich lediglich parallel zu ihrer Längsachse bewegt können Kippmomente an dem Kolben sowie Verkantungen des Kolbens nicht auftreten.
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Gemäß einer Ausführungsform wirken wenigstens zwei Kurvenscheiben mit der Antriebswelle zusammen. Wenigstens eine der Kurvenscheiben ist mit der Antriebswelle lösbar verbindbar. Z. B. ist eine erste Kurvenscheibe fest mit der Antriebswelle verbunden und eine zweite Kurvenscheibe ist mittels einer Kupplung lösbar mit der Antriebswelle verbindbar. „Verbindbar” bedeutet in diesem Sinn, dass die Kurvenscheibe mit der Antriebswelle drehverbindbar ist.
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In einer gekuppelten Position ist die Kurvenscheibe fest mit der Antriebswelle drehverbunden und dreht sich zusammen mit der Antriebswelle. In einer entkuppelten Position ist die Kurvenscheibe relativ zu der Antriebswelle drehbar. Gemäß einer Alternativen Ausführungsform sind alle Kurvenscheiben mit der Antriebswelle lösbar verbindbar. Jeder Kurvenscheibe kann in Bezug auf eine andere Kurvenscheibe die gleiche Anzahl oder eine unterschiedliche Anzahl an Zylindern zugeordnet sein.
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Einer weiteren Ausführungsform gemäß ist die Kurvenscheibe auf der Antriebswelle gelagert und relativ zu der Antriebswelle drehbar. Die Kurvenscheibe ist z. B. koaxial zu der Antriebswelle angeordnet.
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Einer anderen Ausgestaltung der Erfindung gemäß umfasst die Übertragungsvorrichtung wenigstens eine Steuerkurve, welche der Kurvenscheibe zugeordnet ist und wenigstens eine Übertragungsfläche, welche der Pleuelstange zugeordnet ist, wobei die Übertragungsfläche mit der Steuerkurve in Kontakt steht. Die Übertragungsfläche bewegt sich während des Zyklus des Zylinders entlang der Steuerkurve. Die Kurvenscheibe kann derart ausgebildet sein, dass die Steuerkurve an den jeweiligen Betriebszustand des Zylinders angepasst ist. Die Kurvenscheibe kann eine oder mehrere Steuerkurven umfassen.
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Eine weitere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass jeder Pleuelstange wenigstens eine erste Übertragungsfläche und eine zweite Übertragungsfläche und jeder Kurvenscheibe eine erste Steuerfäche und eine zweite Steuerfläche zugeordnet sind. Mit Hilfe dieser Ausführungsform können Kräfte übertragen werden, die in unterschiedliche Richtungen wirken. Z. B. können auf diese Weise Zug- und Druckkräfte von der Pleuelstange auf die Kurvenscheibe übertragen werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Übertragungsfläche von der Oberfläche eines Rades gebildet, das an der Pleuelstange drehbar gelagert ist. An der Pleuelstange können ein Rad oder mehrere Räder drehbar gelagert sein. Das Rad rollt während der Bewegung des Kolbens auf der Steuerfläche der Kurvenscheibe ab. Über das Rad können Kräfte von der Pleuelstange auf die Kurvenscheibe übertragen werden.
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Einer weiteren Ausführungsform gemäß sind zwei Räder an der Pleuelstange gelagert, wobei ein erstes Rad mit der ersten Steuerkurve und ein zweites Rad mit der zweiten Steuerkurve in Kontakt steht. Auf diese Weise kann der Freiheitsgrad der Pleuelstange derart begrenzt werden, dass lediglich eine Bewegung der Räder entlang der Steuerkurve möglich ist und die Räder sich nicht von der Steuerkurve lösen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Räder eine gemeinsame Drehachse auf. Diese Ausführungsform erlaubt eine einfache und Platz sparende Bauweise. Sowohl die Räder, als auch die Steuerkurven liegen bei dieser Ausführungsform nah beieinander.
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Weitere Vorteile ergeben sich anhand eines in den Fig. dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigen:
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1 eine schematische Schnittdarstellung eines Zylinders, der mit der Kurvenscheibe einer Antriebswelle zusammenwirkt,
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2 eine schematische Schnittdarstellung in Anlehnung an 1, wobei mehrere Zylinder mit einer Kurvenscheibe zusammenwirken,
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3 eine schematische Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie III-III in 1,
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4 eine schematische Schnittdarstellung in Anlehnung an 3, wobei mehrere Kurvenscheiben auf der Antriebswelle angeordnet sind, und
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5 eine schematische Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels der Kurvenscheibe
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In 1 ist ein Bereich eines Verbrennungsmotors 10 dargestellt, welcher mehrere Zylinder 11 umfasst, die jeweils einen Kolben 12 aufweisen. Durch den Kolben 12 wird ein Zylinderinnenraum 21 in einen ersten Zylinderraum 22 und einen zweiten Zylinderraum 23 geteilt. In jedem Zylinder 11 wird ein Kraftstoff-Luft-Gemisch verdichtet und verbrannt. Hierfür wird dem ersten Zylinderraum 22 das Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt. Durch die Verbrennung erhöht sich der Druck in dem Zylinderraum 22, so dass eine Kraft auf die Fläche 24 wirkt, die den Kolben 12 veranlasst, sich in Richtung x1 zu bewegen. Bei der Bewegung des Kolbens 12 in Richtung x1 vergrößert sich der Zylinderraum 22, während sich der Zylinderraum 23 verkleinert.
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An dem Kolben 12 ist eine Pleuelstange 13 befestigt. Die Pleuelstange 13 ist entlang der Längsachse a1 in Richtung x1 und x2 bewegbar. Da sich die Pleuelstange 13 lediglich in die Richtungen x1, x2 auf ihrer Längsachse a1 bewegt, ist es möglich, den Zylinderraum 23 bezüglich der Pleuelstange 13, die eine Öffnung 28 in der Zylinderwand 29 mittels einer nicht dargestellten Dichtung abzudichten. Auf diese Weise ist es möglich, auch in dem Teilvolumen 23 ein Kraftstoff-Luft-Gemisch zu entzünden, so dass bei der Verbrennung eine Kraft auf eine Fläche 17 des Kolbens 12 ausgeübt und eine Bewegung des Kolbens 12 in Richtung x2 veranlasst wird. Alternativ könnte z. B. in dem Zylinderraum 23 auch ein Dampfdruck angelegt werden.
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An einem von dem Zylinder 11 abgewandten Endbereich weisen die Pleuelstangen 13 Rollen 14a und 14b auf. In 1 ist lediglich die Rolle 14a dargestellt. Die Rollen 14a und 14b wirken mit einer Kurvenscheibe 15 zusammen, so dass mittels der Rollen 14a und 14b eine Kraft von der Pleuelstange 13 auf die Kurvenscheibe 15 übertragbar ist. Auf diese Weise kann die Kurvenscheibe 15 in Rotation versetzt werden. Die auf die Kurvenscheibe 15 übertragene Kraft wirkt auf der Längsachse a1, welche die Drehachse a5 der Antriebswelle 18 nicht schneidet. Es entsteht daher ein Drehmoment in Richtung u um die Drehachse a5, wenn eine Kraft in Richtung x1 auf die Kurvenscheibe wirkt.
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Die Kurvenscheibe 15 umfasst Steuerkurven 16a und 16b. Die Steuerkurve 16a wirkt mit der Rolle 14a und die Steuerkurve 16b mit der Rolle 14b zusammen. Mittels der Steuerkurven 16a und 16b ist die Pleuelstange 13 an der Kurvenscheibe 15 zwangsgeführt. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 1 und 3, weist die Übertragungsvorrichtung zwei Rollen 14a und 14b auf, die sich auf einer gemeinsamen Drehachse a2 befinden und axial mit dem Abstand b voneinander versetzt angeordnet sind. Die Steuerkurven 16a und 16b weisen ebenfalls einen konstanten Abstand b voneinander auf (der Abstand b ist 3 entnehmbar).
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Bei einer Umdrehung der Kurvenscheibe 15 werden vier Takte des Zylinders 11 ausgeführt: Ansaugen, Verdichten, Arbeiten, Ausstoßen. Bei einem Arbeitsspiel des Zylinders 11 erfolgt beim Kurvenscheibenmotor eine Umdrehung der Antriebswelle 18.
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Die Kurvenscheibe 15 ist mit Wälzlagern 20a und 20b auf der Antriebswelle 18 gelagert. Die Kurvenscheibe 15 ist auf diese Weise koaxial zu der Antriebswelle 18 angeordnet und relativ zu der Antriebswelle 18 drehbar. Mittels einer Kupplung 19, die bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 1 und 3 als Lamellenkupplung ausgebildet ist, kann die Kurvenscheibe 15 mit der Antriebswelle verbunden werden, so dass ein Drehmoment von der Kurvenscheibe 15 auf die Antriebswelle 18 übertragbar ist. Erste Kupplungsmittel 25 sind fest mit der Kurvenscheibe 15 verbunden und zweite Kupplungsmittel 26 sind fest mit der Antriebswelle 18 verbunden.
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Die ersten Kupplungsmittel 25 und die zweiten Kupplungsmittel 26 sind lösbar in Eingriff bringbar. Die ersten Kupplungsmittel 25 umfassen gemäß 3 ein erstes Lamellenpaket und die zweiten Kupplungsmittel 26 ein zweites Lamellenpaket. Das erste Lamellenpaket und das zweite Lamellenpaket können mittels einer Betätigung 27 zwischen einer Eingriffsposition und einer Löseposition bewegt werden. Die Betätigung 27 ist in die Richtungen w1 und w2 parallel zu der Längsachse a5 bewegbar.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 sind drei Antriebsvorrichtungen 30, 31 und 32 vorgesehen. Jede Antriebsvorrichtung weist eine Kurvenscheibe 15 auf. Die Antriebsvorrichtung 30 umfasst eine Kurvenscheibe 15a, die Antriebsvorrichtung 31 umfasst eine Kurvenscheibe 15b und die Antriebsvorrichtung 32 umfasst eine Kurvenscheibe 15c. Jede Kurvenscheibe 15a, 15b und 15c ist mit Wälzlagern 20a und 20b auf der Antriebswelle 18 gelagert.
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Jede Kurvenscheibe 15a, 15b und 15c kann mit einem oder mehreren Zylindern 11 zusammenwirken. Z. B. wirkt die erste Kurvenscheibe 15a mit zwei Zylindern 11, die zweite Kurvenscheibe 15b mit drei Zylindern 11 und die dritte Kurvenscheibe 15c mit vier Zylindern 11 zusammen. Es kann dann, je nach Leistungsbedarf, eine unterschiedliche Anzahl von Kurvenscheiben mit der Antriebswelle 18 verbunden werden.
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Die Zylinder 11, die nicht zur Leistungserzeugung benötigt werden, sind ausgeschaltet und von der Antriebswelle 18 entkoppelt. Die Zylinder 11, die zur Leistungserzeugung benötigt werden, sind eingeschaltet und von mit der Antriebswelle 18 gekoppelt, d. h. drehverbunden. Je nach Leistungsbedarf kann auf diese Weise immer im günstigsten Wirkungsgrad des Motors 10 gearbeitet werden.
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Wenn z. B. mit der Kurvenscheibe 15a zwei, mit der Kurvenscheibe 15b drei und mit der Kurvenscheibe 15c vier Zylinder 11 zusammenwirken, können folgende Antriebsvarianten vorliegen:
- – Antrieb mittels zwei Zylindern, wenn die Kurvenscheiben 15b und 15c von der Antriebswelle 18 entkuppelt sind,
- – Antrieb mittels drei Zylindern, wenn die Kurvenscheiben 15a und 15c von der Antriebswelle 18 entkuppelt sind,
- – Antrieb mittels vier Zylindern, wenn die Kurvenscheiben 15a und 15b von der Antriebswelle 18 entkuppelt sind,
- – Antrieb mittels fünf Zylindern, wenn die Kurvenscheibe 15c von der Antriebswelle 18 entkuppelt ist,
- – Antrieb mittels sechs Zylindern, wenn die Kurvenscheibe 15b von der Antriebswelle 18 entkuppelt ist,
- – Antrieb mittels sieben Zylindern, wenn die Kurvenscheibe 15a von der Antriebswelle 18 entkuppelt ist,
- – Antrieb mittels neun Zylindern, wenn keine Kurvenscheibe von der Antriebswelle 18 entkuppelt ist, d. h. alle Kurvenscheiben sind mit der Antriebswelle verbunden.
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Die Funktion eines in 5 dargestellten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich bezüglich der Übertragungsvorrichtung von den in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen. Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzen die Rollen 14c, 14d voneinander beabstandete Drehachsen a3, a4. Die Rolle 14c wirkt mit einer Steuerkurve 16c einer Kurvenscheibe 15d und die Rolle 14d wirkt mit einer Steuerkurve 16d der Kurvenscheibe 15d zusammen.
