DE102017002589A1

DE102017002589A1 - Verbrennungsmotor mit variabler Verdichtung und variablen Steuerzeiten

Info

Publication number: DE102017002589A1
Application number: DE102017002589.4A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-03-09
Filing date: 2017-03-09
Publication date: 2018-09-13

Abstract

Verbrennungsmotor, wahlweise als Vier- oder Zweitakter ausgelegt, dessen Gaswechselsteuerung mittels Gegenkolben erfolgt, mit denen sich eine variable Verdichtung und variable Steuerzeiten einstellen lassen..

Description

Eine der letzten Möglichkeiten den Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren noch einmal wesentlich zu steigern, ist die variable Verdichtung.
Es sind wohl im Laufe der Zeit schon viele Entwürfe dieser Art vorgeschlagen und auch zum Patent angemeldet worden, doch nicht einer dieser Konzepte hat es bis heute zu einer Serienfertigung von Fahrzeugmotoren geschafft. Alle sind und waren einfach zu kompliziert, also für eine Fertigung zu aufwendig und damit für die Praxis nicht verwertbar.
Die nachstehend beschriebene Erfindung löst dieses Problem mit einer Konstruktion, die in der Fertigung nicht mehr Aufwand verlangt, als heutige Motoren ohne eine variable Verdichtung, in dem bei dieser der Gaswechsel nicht mehr mittels Ventile, sondern statt dessen, mittels Gegenkolben gesteuert wird.
Das führt zu nachstehend aufgeführten Vorteilen.

1.) Steuergegenkolben lassen, bei gleichem Durchmesser des Arbeits- und Hauptkolbens, größere Durchgangsquerschnitte als Ventile zu, sowohl für den Auslass als auch für den Einlass, weil bei diesen, deren Aufsitzflächen abgezogen werden müssen und die Querschnitte ihrer Schäfte. Außerdem bleiben beim Einsatz von Steuerkolben die Durchgänge, beim Übergang der Steuerzylinder in den Hauptzylinder völlig durchgangsfrei, im Gegensatz zu Ventilen, die während ihres ganzen Öffnungstaktes einem freien Durchgang immer im Weg stehen.
2.) Kolben können außen immer von einem Kühlmantel umgeben werden und lassen sich auch innen durch Ölspritzer kühlen. Ventile können nicht gekühlt werden, die heißen Auslassventile können, unvollkommen, bestenfalls mit einer Natriumfüllung ausgestattet werden.
3.) Ventile sind durch ihrem Antrieb diejenigen Motorenelemente, die die Drehzahl eines Motors und damit die Leistung eines Motors begrenzen. Da die Kurbelwellen der Steuerkolben, wie sonst die Nockenwellen auch, sich mit halber Drehzahl der Hauptkurbelwelle bewegen, begrenzen die Steuerkolben, die hier sehr viel kleiner sind als der Hauptkolben, nicht im geringsten die Leistung des Motors.
4.) Der Ventiltrieb hat einen hohen Anteil am Gesamtgeräusch den ein Motor im Betrieb verursacht. Kolben verursachen, neben dem Verbrennungsgeräusch, keine zusätzlichen Geräusche.

Der konstruktive Aufbau dieses Motors mit variabler Verdichtung stellt sich wie nachstehend beschrieben dar.
Wie bereits schon am Anfang erwähnt, wird der Gaswechsel durch Gegenkolben bewerkstelligt. Bei hinter einander angeordneten Kolben erfolgt der Antrieb des Auslasskolbens, 1.1 und 2.1, mittels einer Kurbelwelle. Der Antrieb des Einlasskolben, 1.2 und 2.2, an die Kurbelwelle anschließend, mittels eines sog. Hypozykloidengetriebes.
Bei neben einander angeordneten Kolben, ist das H-Getriebe mit einem Zahnradsatz mit der Kurbelwelle verbunden.
Bei zwei Auslasskolben, 3.1 und 4.1, besitzt die Kurbelwelle zwei Kröpfungen, bei zwei Einlasskolben, 3.2 und 4.2, sind zwangsläufig zwei H-Getriebe hintereinander angeordnet.
5 und 6 dienen nur dem Größenvergleich zu Motoren mit Ventiltrieb. Bei insgesamt zwei Steuerkolben sind zwei Zündkerzen neben einander angeordnet, bei insgesamt vier Steuerkolben nur eine in der Mitte
Der Antrieb der Steuerkurbelwelle, 7.1, wiederum erfolgt mittels einer sog. Königswelle, 7.2, von der Hauptkurbelwelle aus, 7.3, die außerdem eine Kardanwelle ist, 7.4, weil diese die Eigenschaft besitzt, dass bei Ablenkung des Gelenks und seiner Drehung, die abgetriebene Welle der antreibenden Welle vor- und nacheilt. Bei dem sonst üblichen Einsatz einer Kardanwelle wird diese Vor- und Nacheilung durch eine gegensätzliche Ablenkung eines zweiten Gelenks wieder ausgeglichen. Hier wird durch eine gleichgerichtete Ablenkung des zweiten Gelenks die Vor- und Nacheilung der dritten Abtriebswelle verdoppelt. Die Ablenkung des ersten unteren Gelenks wird durch die Verdrehung eines Kegelradsatzes, 7.5, zueinander, die Ablenkung eines zweiten oberen Gelenks wird in gleicher Weise durch einem zweiten Kegelradsatzes, 7.6 veranlasst.
Mit dieser Vor- und Nacheilung dieser dritten Abtriebswelle, die hier also die Steuerwelle ist, wird durch unterschiedliche Stellungen der Steuerkolben zu der Stellung des Hauptkolbens beim Zündzeitpunkt, das Verdichtungsverhältnis verändert und anschließend später auch die Öffnungs- und Schließzeitpunkte von Auslass und Einlass.
Die Verstellung der Zahnräder mittels je einer Verstellwelle 7.7, kann sowohl mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder auch elektromechanisch erfolgen, generell elektronisch gesteuert.
Die 8, 9 und 10, sind nur verschiedene Stellungen der 7.
Die Steuerkolben und ihre Steuerwellenlager sind hier in ein Rundteil, 2.3, 4.3 11.1 und 12.1 eingebettet, dass unten den gleichen Außendurchmesser wie der Arbeitskolben besitzt und durch zwei gegenläufige Excenterwellen 11.2 und 12.2 fest mit dem Zylinder verankert ist, wodurch vorteilhaft, dieser Motor auch keine Teilung zwischen Zylinder und Zylinderkopf besitzt. Gleichzeitig kann dieses Rundteil, durch Verdrehen der beiden Excenterwellen, aber auch um den gleichen Betrag angehoben oder abgesenkt werden, wie die Steuerkolben bei ihrer Verstellung durch die Zahnräder, zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses, was gewährleistet, dass der Verdichtungsraum zum Zündzeitpunkt immer die gleiche und glatte Idealform behält.
Wird statt der H-Getriebe eine weitere Steuerkurbelwelle eingesetzt, also insgesamt zwei, die sich hier dann gegenläufig mit gleicher Drehzahl der Hauptkurbelwelle bewegen und dann die zwei oder die vier Kolben nur noch dem Einlass dienen und jetzt, am unteren Ende des Zylinders, rings um diesen, Auslassöffnungen angebracht sind, so arbeitet dieser Motor als Zweitakter mit einer spiralförmigen Gleichstromspülung.
Anbei noch das Steuerdiagramm eines solchen Motors, aus dem die Wirkungsweise des Hypozykloidengetriebes und sein Zusammenwirken mit der Steuerkurbelwelle zu erkennen ist.

Claims

Verbrennungsmotor dadurch gekennzeichnet dass, der Gaswechsel dieses Motors durch Gegenkolben gesteuert wird, wobei die Auslasskolben durch eine Kurbelwelle bewegt werden und die Einlasskolben durch ein sog. Hypozykloidengetriebe mit einem Übersetzungsverhältnis von 3:2.
Verbrennungsmotor wie unter 1. beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkurbelwelle von der Hauptkurbelwelle aus, mit einer sog. Königswelle angetrieben wird, die hier zusätzlich eine Kardanwelle ist, wobei sich eines der oberen und eines der unteren Kegelräder unabhängig von einander, verstellen, lassen, wobei sich ein Vor- bzw. Nachlaufen der Steuerwellen gegenüber der Hauptkurbelwelle einstellt, womit sowohl die Verdichtung, wie gewünscht und erforderlich, verändert wird und sich auch die Steuerzeiten von Auslass und Einlass verlängern oder verkürzen.
Verbrennungsmotor wie unter 1. und 2. beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass dieser zusätzlich mit einem Verdichterkolben ausgestattet ist, in welchem die Steuerkolben laufen, der durch zwei gegenläufige Excenterwellen auf und ab bewegt wird und damit den Brennraum, bei jedem Verdichtungsverhältnis seine Idealform erhalten lässt.
Verbrennungsmotor, wie unter 1. 2. und 3. beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass dieser statt mit zwei H-Getrieben und einer Steuerkurbelwelle, mit zwei gegenläufigen Steuerkurbelwellen ausgerüstet ist, die sich mit der gleichen Drehzahl der Hauptkurbelwelle bewegen, die Steuerkolben nur noch dem Einlass und die ringsum am unteren Ende des Zylinders angebrachten Öffnungen nur dem Auslass dienen, womit diese Motorvariante im Zweitaktverfahren arbeitet.