DE10204689A1

DE10204689A1 - Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE10204689A1
Application number: DE10204689A
Authority: DE
Inventors: Josef Zeitler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2002-02-06
Publication date: 2003-07-17

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen neuartigen Verbrennungsmotor mit wenigstens einer Zylinderanordnung mit einem Arbeitszylinder und mit einem in dem Arbeitszylinder axial verschiebbaren Kolben, dessen Hubbewegung in eine Drehbewegung einer Motorwelle umgesetzt wird, mit wenigstens einem gesteuerten Einlaß zum Einbringen von frischem Luft-Treibstoff-Gemisch in den Arbeitsraum sowie mit wenigstens einem gesteuerten Auslaß zum Abführen der Verbrennungsgase, wobei der wenigstens eine Einlaß von wenigstens einer Öffnung zumindest eines Überströmkanals gebildet ist, der mit einem das Luft-Gas-Gemisch verdichtenden Raum in Verbindung steht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor und dabei speziell auf einen nach dem Zweitakt-Prinzip arbeitenden Verbrennungsmotor gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1.

Zweitakt-Verbrennungs- oder Otto-Motoren sind in unterschiedliche Ausführungen bekannt und können bei kleiner Baugröße mit hoher Motorleistung und unter Vermeidung einer aufwendigen Ventilsteuerung hergestellt werden, finden aber insbesondere aus Gründen des Umweltschutzes, d. h. wegen der Notwendigkeit Schmieröl dem Treibstoff (Benzin) beizumischen, nur noch in beschränktem Maße Verwendung.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen nach dem Zweitaktprinzip arbeitenden Verbrennungsmotor aufzuzeigen, der diesen Nachteil vermeidet und eine hohe Lebensdauer aufweist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verbrennungsmotor entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Verdichterkolben ein Ringkolben, der in einem konzentrisch zum Arbeitszylinder angeordneten ringförmigen Verdichterzylinder vorgesehen und zum Verdichten und zum Zuführen des Luft-Treibstoffgemisches in den Arbeitsraum des Arbeitszylinders gegen die Wirkung von Rückstellmitteln aus einer Ausgangsstellung bewegbar ist, und zwar bevorzugt über an der Kurbel- oder Motorwelle vorgesehene Steuernocken, die mit einer Steuerfläche des Ringkolbens zusammenwirken.

Da bei dem erfindungsgemäßen Motor nicht das Kurbelgehäuse zum Verdichten des frischen Luft-Treibstoff-Gemisches dient, sondern der Verdichterkolben, ist eine Beimischung von Schmieröl zum Kraftstoff nicht erforderlich. Die Schmierung der Lager der Motorwelle einschließlich der Pleullager usw. kann wie bei einem Viertaktmotor durch Motoröl erfolgen. Der Verdichterkolben und der zugehörige Zylinder können verschleißarm ausgeführt werden, so daß sich eine hohe Lebensdauer für den Motor ergibt.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 1 und 2, die den Zylinder des Verbrennungsmotors in vereinfachter Darstellung und im Schnitt sowie in zwei 6 unterschiedlichen Betriebszuständen zeigen, näher erläutert.
In den Figuren ist mit 1 allgemein eine Zylinderanordnung eines als Zweitaktmotor ausgebildeten Verbrennungsmotors bezeichnet. Die Zylinderanordnung 1 umfaßt einen Arbeitszylinder 2, in dem ein Kolben 3 axial verschiebbar vorgesehen ist. Der Zylinder 2 ist an seinem oberen Ende durch den in den Figuren schematisch angedeuteten Zylinderdeckel 4 verschlossen, so daß sich zwischen dem Zylinderdeckel 4 und dem Kolben 3 ein im Volumen veränderbarer Arbeits- bzw. Verbrennungsraum 5 gebildet ist. Der Kolben 3 wirkt in üblicher Weise über eine Pleuelstange 6 mit der in dem nicht dargestellten Motorgehäuse drehbar gelagerten Motor- bzw. Kurbelwelle 7 zusammen.
Der Zylinder 2 ist von einem weiteren, ringförmigen Verdichterzylinder 8 umschlossen, in welchem ein ringförmiger Verdichterkolben 9 axial verschiebbar ist, und zwar gegen die Wirkung einer Feder 10 aus einer abgesenkten unteren Hubstellung nach oben. Oberhalb des Kolbens 9 bildet der Zylinder 8 einen in seinem Volumen veränderbaren Zylinder- oder Verdichterraum 11, der über Kanäle 12 mit Einlässen 13 am Zylinder 1 in Verbindung steht, die (Einlässe) zum Zuführen des Luft- Treibstoff-Gemisches in den Arbeitsraum 5 dienen. Mit 14 ist in den Figuren auch ein Auslaß angedeutet, der zum Abführen der Verbrennungsgase dient und der mit dem nicht dargestellten Auspuff des Motors verbunden ist. Der Kolben 3 steuert in der bei Zweitaktmotoren üblichen Weise den Einlaß 13 und den bzw. die Auslässe 14.
Für eine gesteuerte Bewegung des Ringkolbens 9 sind auf der Kurbelwelle 7 beidseitig von der Pleuelstange 6 zwei Nockenscheiben 15 vorgesehen, die beim Umlaufen der Kurbelwelle 7 den Ringkolben 9 gegen die Wirkung der Rückstellfeder 10 nach oben bewegen und anschließend wieder freigeben, so daß der Kolben 9 synchron mit der Bewegung des Kolbens 3, aber entgegengesetzt zu dieser Bewegung des Kolbens 3 die nachstehend noch näher beschriebene Hubbewegung ausführt. In der Fig. 1 befindet sich der Ringkolben 9 in seiner untersten Ausgangsstellung und in der Fig. 2 in einer Stellung zwischen der unteren Ausgangsstellung und einer oberen Hubstellung.
In den oberhalb des Ringkolbens 9 im Zylinder 8 gebildeten Zylinderraum 11 mündet ein Anschluß 16, über den das Luft-Treibstoff-Gemisch angesaugt bzw. zugeführt wird, und zwar über ein Rückschlagventil 17. Der Kolben 9 dient in der nachstehend noch näher beschriebenen Weise zur Steuerung der Zuleitung 16, insbesondere aber als Verdichterkolben zum Zuführen des Luft-Treibstoff-Gemisches über die Kanäle 12 und Einlässe 13 in den Zylinder 2 sowie zum Spülen dieses Zylinders.
Die Arbeitsweise des Verbrennungsmotors bzw. der in den Figuren dargestellten Zylinderanordnung läßt sich, wie folgt, beschreiben:
In der Fig. 1 bewegt sich der Kolben 3 entsprechend dem dortigen Pfeil A vor dem Zünden des in dem Arbeitsraum 5 komprimierten Luft-Treibstoff-Gemisches nach oben. Sobald die Einlässe 13 und Auslässe 14 durch den sich nach oben bewegenden Kolben 3 verschlossen sind, bewegt sich der Ringkolben 9 gesteuert durch die Steuernocken 15 aus einer angehobenen, den Anschluß 16 verschließenden Stellung nach unten, so daß durch die dabei folgende Vergrößerung des Volumens des Zylinderraumes 11 über den Anschluß 16 und das Rückschlagventil 17 frisches Luft- Treibstoff-Gemisch angesaugt wird. In der Fig. 1 sind die Einlässe 13 und Auslässe 14 bereits durch den Kolben 3 verschlossen, der Ringkolben befindet sich in seiner untersten Stellung. Im oberen Totpunkt des Kolbens 3 oder kurz davor erfolgt dann in üblicher Weise des Zünden des im Arbeitsraum 5 komprimierten Luft-Gas-Gemisches.
In dem darauf folgenden Arbeitstakt bewegt sich der Kolben 3 nach dem Zünden des Luft-Treibstoff-Gemisches im Arbeitsraum 5 entsprechend dem Pfeil B der Fig. 2 nach unten im Sinne eines Vergrößerns des Abstandes zwischen dem Kolben 3 und dem Zylinderdeckel 4. Gleichzeitig wird der Ringkolben 9 in entgegengesetzter Richtung nach oben bewegt (Pfeil A') der Fig. 2, wodurch nach dem Öffnen der Einlässe 13 das frische Luft-Treibstoff-Gemisch unter Druck in den Arbeitsraum 5 eintreten und hierbei auch das in diesem Arbeitsraum 5 vorhandene Verbrennungsgas über den Auslaß 14 verdrängen kann. Bei dem anschließenden Nach-Oben-Bewegen (Pfeil A) des Kolbens 3 werden die Einlässe 13 und Auslässe 14 durch diesen Kolben 3 wieder verschlossen und es erfolgt dann das Komprimieren des Luft-Brennstoff-Gemisches im Arbeitsraum 5. Sobald die Einlässe 13 durch den Kolben 3 verschlossen sind, wird der Ringkolben 9 entsprechend dem Pfeil B' der Fig. 1 wieder nach unten bewegt, um so die Zuführung 16 zu öffnen und erneut frisches Luft-Treibstoff-Gemisch über die Zuführung 16 in den sich im Volumen vergrößernden Zylinderraum 11 anzusaugen.
Die Vorteile des beschriebenen Zweitakt-Motors bestehen u. a. darin, daß abweichend von der üblichen Konstruktion des Zuführen des frischen Luft-Treibstoff-Gemisches nicht über einen mit einem geschlossenen Kurbelgehäuse in Verbindung stehenden Überströmkanal erfolgt, der Verbrennungsmotor also mit dem üblichen Treibstoff (z. B. Benzin) ohne Zusätze von Öl betrieben werden kann, die Schmierung der Lager für die Kurbelwelle 7, der Pleuellager, der mit dem Ringkolben 9 zusammenwirkenden Flächen der Steuernoppen 15 usw. in der bei Viertaktmotoren üblichen Form durch Motoröl erfolgen kann. Weiterhin werden durch den als Verdichterkolben wirkenden Ringkolben 9 auch ein besonders effektives Zuleiten des frischen Luft-Brennstoff- Gemisches in den Arbeitsraum 5 sowie ein optimales Spülen dieses Arbeitsraumes erreicht.
Weiterhin sind auch elastischen Elemente, wie beispielsweise Gummimembranen zum Einbringen des frischen Luft-Treibstoff-Gemisches in dem Arbeitsraum 5 vermieden die (Membranen) einen erhöhten Verschleiß unterliegen.
Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, daß zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne daß dadurch der der Erfindung tragende Gedanke verlassen wird. So ist es möglich, anstelle mehrerer Kanäle 12 einen die Achse der Zylinderanordnung 1 zumindest teilweise umschließenden Ringkanal vorzusehen, der dann über eine oder mehrere Einlaßöffnungen 13 in den Arbeitsraum 5 mündet.
Weiterhin ist es möglich, den Ringkolben 9 und/oder dessen Steuerung so auszuführen, daß nach dem Verschließen des Auslasses 14 über den Ringkolben 9 eine Verdichtung des Luft-Kraftstoff-Gemisches bzw. eine Aufladung des Motors erfolgt, bevor sich der Kolben 3 in die obere Hubstellung bewegt hat. Erreicht werden kann diese z. B. dadurch, daß der Auslaß 14 durch eine Steuerkante des Ringkolbens gesteuert wird, und zwar bei entsprechender Ausbildung und Anordnung des Ringkolbens und bei entsprechender Ausbildung der Steuernocken 15. Bezugszeichenliste 1 Zylinderanordnung eines Zweitakt-Motors
2 Arbeitszylinder
3 Arbeitskolben
4 Zylinderdeckel
5 Arbeits- oder Verbrennungsraum
6 Pleuelstange
7 Kurbelwelle
8 Verdichtungszylinder
9 Ringkolben oder Verdichterkolben
10 Rückstellfeder
11 Zylinderraum oder Verdichterraum
12 Kanal
13 Einlaß
14 Auslaß
15 Steuernocken
16 Anschluß
17 Rückschlagventil

Claims

1. Verbrennungsmotor mit wenigstens einer Zylinderanordnung (1) mit einem Arbeitszylinder (2) und mit einem in dem Arbeitszylinder (2) axial verschiebbaren Kolben (3), dessen Hubbewegung in eine Drehbewegung einer Motorwelle (7) umgesetzt wird, mit wenigstens einem gesteuerten Einlaß (13) zum Einbringen von frischen Luft-Teibstoff-Gemisch in dem Arbeitsraum (5) sowie mit wenigstens einem gesteuerten Auslaß (14) zum Abführen der Verbrennungsgase, wobei der wenigstens eine Einlaß (13) von wenigstens einer Öffnung zumindest eines Überströmkanals (12) gebildet ist, der mit einem das Luft-Gas-Gemisch verdichtenden Raum (11) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der das Luft-Brennstoff-Gemisch verdichtende Raum von dem Zylinderraum (11) eines Verdichter-Zylinders (8) gebildet ist, in welchem ein Verdichter-Kolben (9) axial verschiebbar vorgesehen ist, und daß der Verdichterkolben (9) über die Motorwelle (7) synchron mit der Bewegung des Arbeitskolbens (3) bewegbar ist.

2. Motor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Ausbildung als Zweitaktmotor.

3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch wenigstens einen durch den Kolben (3) gesteuerten Einlaß (13) zum Einbringen von frischen Luft-Teibstoff- Gemisch in dem Arbeitsraum (5) sowie durch wenigstens einen durch den Kolben (3) ebenfalls gesteuerten Auslaß (14) zum Abführen der Verbrennungsgase.

4. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, daß der Verdichterzylinder ein ringförmiger, den Arbeitszylinder in einem Teilbereich umschließender Zylinder (8) und der Verdichterkolben ein Ringkolben (9) ist.

5. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichterkolben (9) durch wenigstens einen Nocken (15) auf der Motorwelle (7) betätigt wird.

6. Motor nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Rückstellmittel (10) zum Rückstellen des Verdichterkolbens (9) in eine Ausgangsstellung, in der der im Verdichterzylinder (8) durch den Verdichterkolben (9) begrenzte Zylinderraum (11) das größte Volumen aufweist.

7. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichterkolben mit wenigstens einer Steuerfläche gegen den wenigstens einen Steuernocken (15) anliegt.

8. Motor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerfläche an einer dem Verdichterraum (11) abgewandten Seite des Verdichterkolbens (9) vorgesehen ist.

9. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichterkolben (9) entgegengesetzt zu dem Arbeitskolben (3) bewegt wird.

10. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichterkolben (9) eine Aufladung des Arbeitsraumes (5) mit den Luft- Treibstoff-Gemisch bewirkt.

11. Motor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichterkolben (9) nach dem Verschließen des Auslasses (14) zum Abführen der Verbrennungsgase eine Verdichtung des dem Arbeitsraum (5) zugeführten Luft-Treibstoff-Gemisches bewirkt, bevor der Kolben (3) des Motors seine obere, dem kleinsten Volumen des Arbeitsraumes (5) entsprechende Hubstellung erreicht hat.

12. Motor nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichterkolben (5) dem Kolben (3) des Motors vorauseilt.

13. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichterkolben (9) den Auslaß (14) zum Abführen der Verbrennungsgase steuert.