DE10222751B4

DE10222751B4 - Viertakt-Verbrennungsmotor, Kurbeltrieb für einen Verbrennungsmotor sowie Mehrzylinder-Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE10222751B4
Application number: DE2002122751
Authority: DE
Inventors: Heinz Lammert
Original assignee: Individual
Current assignee: Lammert Heinz De
Priority date: 2002-05-23
Filing date: 2002-05-23
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2022-05-24
Also published as: DE10222751A1

Abstract

Viertakt-Verbrennungsmotor mit einem Arbeitskolben (1), der durch einen viertaktigen Verbrennungsprozess in eine oszillierende Bewegung in einem einen Brennraum (25) aufweisenden Kolbengehäuse versetzt wird, um eine Abtriebswelle (6) anzutreiben, mit einem zur Steuerung des Verbrennungsprozesses im Kolbengehäuse vorgesehenen rotierenden, von der Abtriebswelle (6) angetriebenen Steuer-Zylinder (3), der eine an dem Brennraum (25) gelegene Steuer-Öffnung (3c, 31) aufweist, die mit am Umfang eines Steuerelementes (15, 33) angeordneten Bohrungen (17, 18, 19) für die Aufnahme eines Zündelements, eines Vergaser-Anschlusses und eines Abgas-Anschlusses zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass ein am Brennraum (25) gelegener Kompressionsteil (1a) des Arbeitskolbens (1) im Steuer-Zylinder (3) und ein Pleuelstangen-seitiges Ende (1d) des Arbeitskolbens (1) in einem ruhenden Führungsgehäuse (4c), auf dem der Steuerzylinder (3) über ein Kegelrad (11) gelagert ist, gelegen ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Viertakt-Verbrennungsmotor, einen Kurbeltrieb für einen Verbrennungsmotor sowie einen Mehrzylinder-Verbrennungsmotor.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind Viertakt-Verbrennungsmotoren mit Ventilsteuerung bekannt, bei denen die Ventile als Masse-Federsystem eine oszillierende Bewegung vollführen müssen. Eine derartig übliche Ventilsteuerung hat den Nachteil, dass dabei auftretende Beschleunigungen für den Motor leistungsbegrenzend sein können.

Aus der DE 4 333 488 A1 ist ein Drehzylindermotor bekannt, bei dem die Ein- und Auslasssteuerung über federbeaufschlagte Ein- bzw. Auslassdüsen in der Zylindermantelfläche und über Öffnungsschlitze in der Deckplatte gestaltet werden kann. Diese Gestaltung hat den Nachteil, dass die Düsenführung, Abdichtung und Feder eine Aufdickung am Zylinder erfordert. Folge ist schlechte Wärmeabführung. Ein weiterer Nachteil ist, dass bei der Drehbewegung des Motorzylinders insbesondere durch Pleuelstangenrückwirkung, Reibkräfte in Umfangsrichtung auf den Kolben wirken und über den Kurbeltrieb aufgenommen werden müssen und ihn unzulässig belasten.

Motoren sind wasser- oder luftgekühlt. Für die Luftkühlung wird im allgemeinen Stand der Technik der Zylinderaußenmantel mit Rippen ausgebildet.

Feststehende Rippen haben den Nachteil, dass bei stationären Motoren ein zusätzliches Gebläse für die Kühlung erforderlich ist.

Aus der EP 0 016 381 B1 ist ein luftgekühlter, Drehschieber-gesteuerter Viertakt-Verbrennungsmotor mit drehbar gelagerter Zylinderbuchse bekannt, bei dem die Verbindung mit der Außenluft zur Luftkühlung über das Kurbelgehäuse erfolgt, indem bei der Aufwärtsbewegung des Kolben vom unteren Totpunkt UT zum oberen Totpunkt OT Luft über selbsttätig wirkende Ventilanordnung in das Kurbelgehäuse einströmen kann, und bei der Abwärtsbewegung in Kanäle zum Kühlen der Zylinderbuchse geleitet wird.

Der Nachteil zeigt sich in der begrenzten Kühlwirkung im sonst geschlossenen Zylinder und mit der damit verbundenen Überhitzung der Zylinderbuchse, der Gleitflächen und Lagerungen.

Aus der GB 2 129 488 A ist eine Verbrennungskraftmaschine mit Drehzylindersteuerung bekannt, bei der die Zylinderbuchse in einem feststehenden Zylinder in eine Drehbewegung versetzt wird und ein bestimmtes Drehzahlverhältnis zur Kurbelwelle besteht. Die Zylinderbuchse hat eine Öffnung in ihrer Zylinderwand, in Ausrichtung auf Einlassöffnung, Auslassöffnung und auf eine Zündkerze oder Einspritzeinrichtung am Umfang des feststehenden Zylinders zur Steuerung der 4 Takte des Viertaktmotors bei ihrer Drehbewegung.

Ein Nachteil ist die Gefahr der Überhitzung von Zylinderbuchse und Lagerung, weil Wärme von der sich drehenden Zylinderbuchse nur unzureichend über Gleitkontakt abgeführt werden kann.

Nachteilig auf den Kurbeltrieb wirken die Reibkräfte zwischen Zylinderbuchse und Kolben, da sie als Drehmoment um die Kolbenachse vom Kurbeltrieb aufgenommen werden müssen.

Aus der EP 0 644 319 A1 ist eine Viertakt-Verbrennungskraftmaschine mit rotierender Laufbuchse bekannt, die sich mit halber Drehzahl der Kurbelwelle in einem feststehenden Zylinder dreht. Eine Öffnung in der Mantelseite der stirnseitig offenen Buchse wird bei ihrer Drehbewegung im feststehenden Zylinder mit der Einlass- oder Auslassöffnung zum Einlass- oder Auslassvorgang örtlich in Übereinstimmung gebracht. Bei halber Drehzahl, bezogen auf die Kurbelwelle, werden die 4 Takte des Viertaktmotors realisiert. Ein Nachteil ist die Gefahr der Überhitzung von Zylinderbuchse und Lagerung, weil Wärme von der sich drehenden Zylinderbuchse nur unzureichend über Gleitkontakt abgeführt werden kann.

Kurbelwellen können aus mehreren Teilen gebaut oder aus einem Stück geschmiedet oder gegossen sein. Als Komponenten sind üblicherweise ein Eingriffsglied, Kurbelwangen und Lagerzapfen zur Lagerung der Kurbelwelle im Gehäuse vorgesehen. Nach dem allgemeinen Stand der Technik werden Kurbelwellen für Verbrennungsmotoren außerhalb der Kurbelwangen auf einem Zapfen gelagert. Zwischen den Wangen befinden sich Kurbelbolzen bzw. Eingriffsglied und Pleuelstange. Ein Nachteil ist, dass die Kurbelwelle einschließlich Wangen und Eingriffsglied auf Biegung und Torsion beansprucht werden, was nachteilige Schwingungen bewirkt.

Aus der DE 3 642 681 A ist eine Kurbelwelle für Hubkolben-Verbrennungskraftmaschinen bekannt, wo die Kurbelwangen scheibenförmig ausgebildet sind und an ihrer äußeren Randzone geführt werden Weiterhin sind aus dem allgemeinen Stand der Technik Mehrzylindermotoren bekannt, bei denen die Leistung der einzelnen Zylinder durch Reihenschaltung auf eine Kurbelwelle zusammengeführt wird. Die zu übertragende Leistung und damit auch die Kraftwirkung auf die Kurbelwelle addiert sich dabei vom äußeren Zylinder in Richtung Abtrieb. Als Nachteil ergibt sich dabei, dass die Kraftwirkungen von allen Zylindern von dem Eingriffsglied und den Kurbelwangen des dem Abtrieb nächstgelegenen Zylinders aufgenommen werden muss.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, der möglichst einfach gebaut, gleichzeitig robust und zuverlässig ist. Eine weitere Aufgabe ist es, eine Bauweise für einen Verbrennungsmotor vorzusehen, bei der dieser ohne zusätzliche Kühlung auskommt.

Weiterhin soll ein Kurbeltrieb bereitgestellt werden, der hinsichtlich der auf den Motor übertragenen Schwingungen günstig gestaltet ist.

Als weitere Aufgabe ist ein Steuermechanismus verfügbar zu machen, der eine robuste Bauweise des Motors ermöglicht.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Mehrzylinder-Verbrennungsmotor bereitzustellen, der einfach gebaut, gleichzeitig robust und zuverlässig ist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Alternative Ausführungsformen sind in den auf diese rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß ist ein Viertakt-Verbrennungsmotor mit einem Arbeitskolben vorgesehen, der durch den viertaktigen Verbrennungsprozess in eine in einem Kolbengehäuse mit einem Brennraum oszillierende Bewegung versetzt wird, um eine Abtriebswelle anzutreiben, wobei zur Steuerung des Verbrennungsprozesses das Kolbengehäuse aus einem rotierenden, von der Abtriebswelle angetriebenen Steuer-Zylinder gebildet wird, der eine an dem Brennraum gelegene Steuer-Öffnung aufweist, und diese mit am Umfang eines Steuerelementes angeordneten Bohrungen für die Aufnahme eines Zündelements, eines Vergaser-Anschlusses und eines Abgas-Anschlusses zusammenwirkt.

Erfindungsgemäß wird die aus dem Stand der Technik bekannte Ventilsteuerung mit Nocken und Nockenwelle ersetzt durch ein feststehendes Steuer-Element, das zur Motorsteuerung mit einer Steuer-Öffnung in einem rotierenden Steuer-Zylinder, der vom Kurbeltrieb angetrieben ist zusammenwirkt. Vorteilhaft an der Endung ist daher, dass für die Steuerung dadurch im Arbeits- oder Steuer-Zylinder weder zusätzliche Teile noch Aufdickungen erforderlich sind.

Der erfindungsgemäß vorgesehene Arbeits- oder Steuer-Zylinder weist Kühlrippen auf, die mit dem Steuer-Zylinder um den Bereich mit dem Verbrennungsraum rotieren. Aufgrund der bei der Rotation bewirkten Luftbewegung wird eine Abführung der überschüssigen Wärme von der Verbrennungskraftmaschine und damit eine gleichmäßige Kühlung des Steuer-Zylinders an seinem bzw. ihrem gesamten Umfang sowie auch die Kühlung des feststehenden Steuer-Elementes erreicht. Vorteilhafterweise werden die Rippen in Flügelform als Kreisscheiben oder als Rippen schräg zur Achse des Arbeitszylinders angeordnet. Derartige Rippen erzeugen einen Luftstrom in radialer Richtung und in Umfangsrichtung mit axialer Komponente.

Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Hubbewegung des Arbeitskolbens in einem drehenden Steuer-Zylinder wird in vorteilhafter Weise ein Schmierfilm am Arbeitskolben aufgebaut, wobei der technische Aufwand geringer ist als bei einer reinen Hubbewegung des Kolbens, wie es aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt ist.

Durch die Verwendung eines drehenden Steuer-Zylinders wird die Vernebelung des Kraftstoffs im Verbrennungsraum optimiert.

Durch die Gestaltung des Pleuelstangenseitigen Endes des Arbeitskolbens und eines Schaftes wird ein Kippen oder Verkanten des Arbeitskolbens auf Grund der größeren Länge desselben vermieden. Außerdem wird die Zylinderlauffläche nicht von rückwirkenden Kräften der Pleuelstange belastet, da diese als Seitenkräfte vom feststehenden Kurbelgehäuse aufgenommen werden.

Erfindungsgemäß wird auch ein Kurbeltrieb für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, der eine Pleuelstange, eine Kurbelwelle, die von einer gelenkig mit dieser verbundenen Pleuelstange angetrieben wird, und Kurbelwangen zum Antrieb der Abtriebswelle aufweist, wobei die Pleuelstange über ein Eingriffsglied auf zumindest eine Kurbelwange wirkt, wobei die zumindest eine Kurbelwange innerhalb der Kurbelwelle gelegen ist und die innere Wälzbahn des Wälzlagers bildet. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Kurbeltriebes wird ein vorteilhafter Kraftverlauf erreicht.

Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Mehrzylinder-Verbrennungsmotor bereitgestellt, der aus mehreren rotierenden, von einer Abtriebswelle angetriebenen Steuer-Zylindern mit einem Brennraum und einem aufgrund eines viertaktigen Verbrennungsprozesses in jedem Steuer-Zylinder oszillierenden Arbeitskolben gebildet wird, wobei jeder Arbeitskolben auf jeweils eine Kurbelwelle wirkt.

Außerdem wird erfindungsgemäß ein Mehrzylinder-Verbrennungsmotor bereitgestellt, der aus mehreren rotierenden, von einer Abtriebswelle angetriebenen Steuer-Zylindern mit einem Brennraum und einem aufgrund eines viertaktigen Verbrennungsprozesses in jedem Steuer-Zylinder oszillierenden Arbeitskolben gebildet wird, wobei die Leistung über Abtriebsglieder zusammengeführt wird, die mit dem rotierendem Steuer-Zylinder oder mit dessen Antriebselementen verbunden sind.

In einer weiteren Ausführungsform wird ein Mehrzylinder-Verbrennungsmotor bereitgestellt, der aus mehreren rotierenden, von einer Abtriebswelle angetriebenen Steuer-Zylindern mit einem Brennraum und einem aufgrund eines viertaktigen Verbrennungsprozesses in jedem Steuer-Zylinder oszillierenden, auf eine Kurbelwelle wirkenden Arbeitskolben gebildet wird, wobei die Leistung auf eine Abtriebswelle geführt wird, die parallel zur Kurbelwelle angeordnet ist und die Leistung über eine Paarung parallel angeordneter Zahnräder übertragen wird.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren beschrieben, die zeigen:
1 eine Schnittdarstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors mit einer ersten Ausführungsform des zugehörigen Steuer-Zylinders und des mit diesem zusammenwirkenden Steuer-Elements,
2 einen Schnitt A-A des Verbrennungsmotors nach der 1,
3 einen Schnitt B-B durch das in der 2 dargestellte Führungsgehäuse, das neben dem ebenfalls dort dargestellten Kurbelgehäuse angeordnet ist,
4 einen Schnitt C-C in der Darstellung der 1,
5 den Funktionsverlauf zwischen Kolbenweg und dem Drehwinkel des Steuer-Zylinders, wobei die Ausführungsform desselben nach der 1 und eine Übersetzung der Drehbewegung des Kurbeltriebs zu dem Steuer-Zylinder von 2:1 zugrundegelegt ist,
6 die verschiedenen Relativstellungen von Steuer-Element und Steuer-Zylinder in der Ausführungsform nach der 1 zu den verschiedenen Motorzuständen oder Drehwinkeln des Steuer-Zylinders nach der 5,
7a einen Schnitt in radialer Richtung durch eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuermechanismus mit dem Steuer-Zylinder und dem Steuer-Element,
7b einen Schnitt in axialer Richtung durch die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuermechanismus nach der 7a,
8 drei schematische Darstellungen einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung der an dem Steuer-Zylinder sowie am Steuer-Element vorgesehenen Kühlrippen, wobei ein axialer sowie jeweils ein radialer Schnitt von zwei Varianten einer Kühlrippen-Anordnung dargestellt ist,
9 eine erste Ausführungsform des Steuer-Elements mit einem Gewinde für einen Abgasanschluss und einen Einschraubstutzen im Zusammenwirken mit der Steuer-Öffnung des Steuer-Zylinders nach der 1,
In 10 eine in bezug auf die 9 zweite Ausführungsform des Steuer-Elements im Zusammenwirken mit der Steuer-Öffnung des Steuer-Zylinders nach der 1,
11 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors in einer Zweizylinder-Anordnung in einer speziellen Anordnung des Kurbeltriebs mit Kurbelwangen und der mit dieser zusammenwirkenden Abtriebswelle, wobei die Kurbelwangen durch parallelen Kraftfluss symmetrisch auf die Abtriebswelle wirkt,
12 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors in einer Einzylinder-Anordnung in einer weiteren speziellen Anordnung des Kurbeltriebs mit zwei Kurbelwangen und der mit dieser zusammenwirkenden Abtriebswelle, wobei die Abtriebswelle im Zentrum des Kurbeltriebes an nur einer Kurbelwange mit einem zusätzlichen Stützlager angeordnet ist und die Kraftübertragung auf die Abtriebswelle unsymmetrisch ist, da die mit der Abtriebswelle verbundene erste Kurbelwange das gesamte Drehmoment vom Eingriffsglied aufnehmen muss und die zweite Kurbelwange dabei das Eingriffsglied in radialer Richtung abstützt,
13 eine schematische Darstellung der Leistungs-Zusammenführung bei einem erfindungsgemäßen Mehrzylinder-Verbrennungsmotor nach einer ersten Variante mittels eines Zahnradtriebs oder Zahnrad-Getriebes bei unsymmetrischer Lastverteilung auf die Kurbelwangen.
14 eine schematische Darstellung eines Hülltriebs als Alternative zur Leistungs-Zusammenführung nach der 13,
15 eine schematische Darstellung der Leistungs-Zusammenführung bei einem erfindungsgemäßen Mehrzylinder-Verbrennungsmotor nach einer zweiten Variante, bei der die Abtriebswelle parallel zur Kurbeltrieb-Achse angeordnet ist und eine Kegelradübersetzung 2:1 gegeben ist, wobei die Kurbelwelle mit dem zugehörigen Eingriffsglied symmetrisch belastet ist, da von jeder der beiden Kurbelwangen die Leistung auf die Abtriebswelle mittels Zahnräder übertragen wird,
16 eine schematische Darstellung der Leistungs-Zusammenführung bei einem erfindungsgemäßen Mehrzylinder-Verbrennungsmotor nach einer weiteren Variante, bei der jede Kurbelwange mit einem Zahnrad verbunden ist und mehrere Kurbelwellen am Umfang der Zahnräder angeordnet sind, wobei die Kraftübertragung auf die Abtriebswelle bei symmetrischer Belastung der Kurbelwelle gegeben ist.
Die Schnittdarstellung in 1 zeigt die erste Ausführungsform des Verbrennungsmotors, die durch die Schnittdarstellungen der 2, 3, 4 ergänzt wird. Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor oder die erfindungsgemäße Verbrennungs-Kraftmaschine arbeitet nach dem Viertakt- Prinzip und weist einen Arbeitskolben oder Kolben 1 mit einem Kompressionsteil 1a und einem Führungsteil 1b sowie einem zwischen diesen gelegenen Kolbenschaft 1c auf, der zumindest mit seinem Kompressionsteils 1a in einem zylindrischen Kompressionsgehäuse eines Arbeits- oder eines Steuer-Zylinders 3 gelegen ist, mittels dem die Verbrennungsprozesse gesteuert werden. Im Betriebszustand führt der Arbeitskolben 1 aufgrund von mittels des Steuer-Zylinders 3 gesteuerten Verbrennungsprozessen eine hin- und hergehende oder oszillierende Bewegung aus. Der Arbeitskolben 1 wirkt dadurch mittels einer Pleuelstange 2 auf einen Kurbeltrieb 5 mit einer Kurbelwelle 5w auf deren Eingriffsglied 5a, der bzw. die mit einer Abtriebswelle 6 verbunden ist, um an dieser eine Drehbewegung zu erzeugen. Außerdem wirkt der Kurbeltrieb 5 über ein Steuer-Getriebe SG mit einem ersten Übertragungselement 7 und einem zweiten Übertragungselement 11 auf den Steuer-Zylinder 3, wobei eine Übersetzung von 2:1 oder 4:1 oder 8:1 vorgesehen ist. Bei der oszillierenden Bewegung des Arbeitskolbens 1 wird der Steuer-Zylinder 3 durch das Steuer-Getriebe SG in Rotation versetzt.
Erfindungsgemäß ist also ein Viertakt-Verbrennungsmotor mit einem Arbeitskolben vorgesehen, der durch den viertaktigen Verbrennungsprozess in eine in einem Kolbengehäuse mit einem Brennraum oszillierende Bewegung versetzt wird, um eine Abtriebswelle anzutreiben, wobei zur Steuerung des Verbrennungsprozesses das Kolbengehäuse aus einem rotierenden, von der Abtriebswelle angetriebenen Steuer-Zylinder 3 gebildet wird, der eine an dem Brennraum gelegene Steuer-Öffnung 3c aufweist, und diese mit am Umfang eines Steuer-Elementes 15 angeordneten Bohrungen für die Aufnahme eines Zündelements, eines Vergaser-Anschlusses und eines Abgas-Anschlusses zusammenwirkt.
Der Arbeitskolben 1 steht zum Antrieb der Abtriebswelle 6 sowie zum Antrieb des Steuer-Zylinders 3 mit dem Kurbeltrieb 5 in Verbindung. Zu diesem Zweck wird der Arbeitskolben 1 mit seinem Führungsteil 1b in einem Führungsgehäuse 4c als Teil eines Kurbelgehäuses 4 geführt, in dem der Kurbeltrieb 5 angeordnet ist. Das Führungsgehäuse 4c ist im Wesentlichen zylindrisch gebildet, wobei dessen Längsachse mit der Längsachse des Arbeitskolbens 1 übereinstimmt. Das Kurbelgehäuse 4 mit seinem Führungsgehäuse 4c ist stationär oder ruhend im Vergleich zum Arbeitszylinder, d.h. dieses ist mit der Maschinenlagerung fest verbunden.
Zur Führung des Führungsteiles 1b des Kolben 1 mit seinen Führungsflächen 1g, 1h sind im Inneren des Führungsgehäuses 4c, d.h. an seiner dem pleuelstangenseitigen Ende 1d des Kolbens 1 zugewandten Seite, Führungsflächen in Form von Nuten 4a und Führungsflächen 4b und Führungen 4d vorgesehen, die mit Führungsflächen 1g, 1h eines entsprechenden Profils des Führungsteiles 1b zusammenwirken. Die Führungsflächen 4a, 4b, 4d sind vorgesehen sowohl zur Abstützung der Seitenkräfte, die von der Pleuelstange 2 auf das Führungsteil 1b oder den Kolben-Schaft 1c wirken, als auch zur Aufnahme der von dem Steuer-Zylinder 3 auf den Kolben 1 wirkenden Reibkräfte, die als Drehmoment um die Kolbenachse wirken. Die Führungsflächen 4a, 4b, 4d verhindern aufgrund ihrer Profilgestaltung, dass die auf den Kolben wirkenden Umfangskräfte auf den Kurbeltrieb 5 übertragen werden.
Der am Brennraum 25 gelegene Kompressionsteil 1a des Arbeitskolbens 1 ist vorzugsweise im Steuer-Zylinder 3 und mit seinem Pleuelstangenseitigen Ende 1d in einem ruhenden Führungsgehäuse 4c gelegen. Das Führungsgehäuse 4c kann insbesondere Teil eines Kurbelgehäuses 4 sein, in dem der Kurbeltrieb 5 angeordnet ist. Weiterhin kann die Pleuelstange 2 mit Kurbelwellenseitigem Pleuelstangenauge 2a und kolbenseitigem Pleuelstangenauge 2b mittels einer Führung 4d im Führungsgehäuse 4c geführt sein. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Pleuelstange 2 mittels eines Bolzens 14 drehbar mit dem Arbeitskolben 1 verbunden, der an seinem pleuelstangenseitigen Ende, dem Führungsteil 1b, Führungsflächen 1g, 1h aufweist, die mit Führungsflächen 4a, 4b, 4d des Führungsgehäuses 4c zusammenwirken, um Pleuelstangenkräfte in Umfangsrichtung aufzunehmen.
Das gegenüber dem Führungsteil 1b gelegene axiale Ende des Arbeitskolbens 1 ist geschlossen und wird im folgenden Kolbenboden 1f genannt. Dieses ist vorzugsweise als gesondertes Teil am Kolben 1 montiert.
Das Führungsteil 1b ist derart gestaltet, dass dieses eine Anlagefläche im Zusammenwirken mit dem Führungsgehäuse 4c bildet, so dass ein Kippen oder Verkanten des Kolbens 1 auf Grund seiner Länge vermieden wird. Dadurch wird auch der Kompressionsteil 1a nicht von rückwirkenden Kräften der Pleuelstange 2 belastet, da die Seitenkräfte vom feststehenden Führungsgehäuse 4c aufgenommen werden.
Der Kolben 1 ist gelenkig mit der Pleuelstange 2 verbunden, wobei die Gelenkachse senkrecht zur Längsachse des Kolbens 1 verläuft. Die Gelenkverbindung kann beispielsweise mittels eines Bolzens 14 vorgesehen sein, der in einer Lagerbuchse 16 des Kolbens 1 in seinem pleuelstangenseitigen Ende 1d positioniert ist.
Die Pleuelstange 2 ist wiederum gelenkig mit dem Kurbeltrieb 5 oder mit einer Kurbelwelle 5w des Kurbeltriebs 5 verbunden. Die Verbindung von Pleuelstange 2 und Kurbelwelle 5w kann mittels einem von der Pleuelstange 2 geführten Eingriffsglied 5a erfolgen, das über ein an der Kurbelwelle 5w angeordnetes formschlüssiges Kraftübertragungs-Element 5b auf die Kurbelwelle 5w wirkt. Das formschlüssige Kraftübertragungs-Element verbindet vorzugsweise Kurbelwangen 5c und 5d. Die nachstehenden Ausführungen beziehen sich auf ein Ausführungsformen mit Kurbelwangen. Die Kurbelwelle 5w ist drehbar im Kurbelgehäuse 4 beispielsweise mittels Wälzlagern 10 gelagert ist, wobei die Verbindungsstelle für die Pleuelstange 2 am Kurbeltrieb 5 exzentrisch an diesem vorgesehen ist. Dadurch wird die translatorische und oszillierende Kolbenbewegung über die Pleuelstange 2 zum Kurbeltrieb 5 zur Erzeugung einer Drehbewegung des Kurbeltriebs 5 um seine Drehachse 6a übertragen, die vorzugsweise senkrecht zur Bewegungsrichtung des Kolbens 1 verläuft. Der Arbeitskolben 1 wirkt also über eine Pleuelstange 2 und einen Kurbeltrieb 5 mit einer Kurbelwelle 5w auf die Abtriebswelle 6, wobei die Pleuelstange 2 über ein Eingriffsglied 5a auf die Kurbelwelle 5w wirkt, die zumindest eine zylinderförmige Kurbelwange 5c, 5d aufweist, die das Innere der Kurbelwellenlagerung bildet.
Zu dem Kurbeltrieb 5 können die Kurbelwelle 5w mit Kurbelwangen 5c, 5d, das Eingriffsglied 5a, die Pleuelstange 2, die Lagerung im Kurbelgehäuse 4 und das Kurbelgehäuse 4 selbst gezählt werden. Die vorzugsweise Ausgestaltung des Kurbeltriebs 5 sieht vor, dass die äußere Oberfläche des Kraftübertragungs-Elements mit den Kurbelwangen 5c, 5d als Außenzylinder geformt und in den Innenringen von Wälzlagern 10 montiert sind, um die elastischen Verformungen der Kurbelwelle 5w zu reduzieren. Damit übernehmen die Kurbelwangen gleichzeitig die Funktion des üblicherweise vorgesehenen Kurbelwellenzapfens. Es sind also vorzugsweise zwei Kurbelwangen 5c, 5d vorgesehen, die verbunden sind mit einem Eingriffsglied 5a, das zum Antrieb des Kurbeltriebs mit der Pleuelstange 2 gelenkig verbunden ist. Die Kurbelwelle 5w ist vorzugsweise mittels Wälzlagern 10 gelagert.
Der erfindungsgemäße Kurbeltrieb kann für beliebige Verbrennungsmotoren vorgesehen sein, wobei dieser eine Pleuelstange, eine Kurbelwelle, die von einer gelenkig mit dieser verbundenen Pleuelstange angetrieben wird, und Kurbelwangen zum Antrieb der Abtriebswelle aufweist, wobei die Pleuelstange über ein Eingriffsglied auf zumindest eine Kurbelwange wirkt, wobei die zumindest eine Kurbelwange innerhalb der Kurbelwelle gelegen ist und die innere Wälzbahn des Wälzlagers bildet. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Kurbeltriebs wird ein vorteilhafter Kraftverlauf erreicht.
Die Kurbelwelle 5w kann Aussparungen für den Masseausgleich aufweisen. Es können auch Dreh- oder Wälzlager ohne Innenring eingesetzt werden. In diesem Fall ist der Außenzylinder des Kraftübertragungs-Elements mit den Kurbelwangen 5c als Wälzbahn bestimmt. Für jeden Arbeitszylinder ist eine Kurbelwelle vorgesehen. Die Kurbelwelle 5w kann als ein Stück gefertigt oder aus mehreren Teilen zusammengebaut sein. Eine geteilte Ausführung kann den Einsatz von Wälzlagern für die Pleuelstangen-Lagerung ohne geteiltes Pleuelstangen-Auge ermöglichen. Ist die Kurbelwelle 5w aus einem Stück hergestellt, ist kann das Pleuelstangen-Auge aus Montagegründen geteilt sein. Statt der genannten Lagerarten können auch Gleitlager verwendet werden.
Um den Kolben 1 für die Aufnahme der Umfangskräfte zu gestalten und um seine Masse zu minimieren, ist der Kolbenschaft 1c im Anschluss an den Kompressionsbereich 1a bis zum Führungsteil 1b vorzugsweise als Rohr und insbesondere als dünnwandiges Rohr ausgebildet. Das gegenüber dem Führungsteil 1b gelegene axiale Ende des Arbeitskolbens 1 ist geschlossen und wird im folgenden Kolbenboden 1f genannt. Dieses ist vorzugsweise als gesondertes Teil am Kolben 1 montiert. Die Zuführung von Energie beim Arbeitstakt Verbrennen und die Entnahme von Energie bei den Arbeitstakten, Ansaugen, Verdichten, Ausstoßen und Entnahme von Energie während der vier Arbeitstakte durch den Verbraucher erfordert einen Energiespeicher beispielsweise in Form eines Schwungrades. Bei der Zuführung von Energie erhöht sich die Winkelgeschwindigkeit und bei Entnahme erfolgt eine Reduzierung. Der Energiespeicher wird erfindungsgemäß durch die Kurbelwangen, die in den Innenringen der Wälzlager integriert sind, dem Steuer-Zylinder mit seinen Kühlrippen und dem Abtriebsglied gebildet. Masseausgleich für das Eingriffsglied und für die Pleuelstange ist an den Kurbelwangen in Form von Aussparungen oder durch lokale Zusatzmassen vorgesehen.
Die Kurbelwelle 5w ist drehfest mit einer Abtriebswelle 6 verbunden. Die Kurbelwelle 5w treibt über ein Steuergetriebe SG den Steuer-Zylinder 3 an. Dies ist beispielsweise durch eine drehfeste Verbindung 6b der von der Kurbelwelle 5w angetriebenen Abtriebswelle 6 mit einem ersten Übertragungselement 7 realisiert, das auf ein zweites, mit dem rotierenden Steuer-Zylinder 3 verbundenes Übertragungselement 11 wirkt. Das erste Übertragungselement ist vorzugsweise als Kegelrad 7 und das zweite Übertragungselement vorzugsweise als mit dem Kegelrad 7 zusammenwirkendes Kegelrad 11 gestaltet.
Bei einem Mehrzylinderbetrieb, also bei einer Motorenanordnung mit mehreren Arbeitskolben 1 und Steuer-Zylindern 3 ist für jeden Arbeitszylinder eine Kurbelwelle vorgesehen. Eine Zusammenführung der einzelnen Zylinderleistungen erfolgt entweder über eine Abtriebswelle, die parallel zu den Kurbelwellen angeordnet ist und von den Kurbelwellen angetrieben wird, oder über ein Getriebe, z.B. Kettentrieb, das die Leistung über die Drehbewegungen der Arbeitszylinder zusammen führt (11 bis 16).
Die Kraftübertragung von der Kurbelwelle 5w auf die Abtriebswelle 6 kann von der Kurbelwange 5c über eine an der Abtriebswelle angeordnete drehfeste Verbindung 6b erfolgen. Die Abtriebswelle 6 mit dem ersten Übertragungselement oder dem Kegelrad 7 kann in einem Flanschgehäuse 9 angeordnet sein. Vorzugsweise ist in dessen Inneren das Kurbelgehäuse gelegen. Die Abtriebswelle 6 ist drehbar, vorzugsweise mittels einer im Flanschgehäuse 9 angeordneten Wälzlager-Anordnung 9a gelagert. Das die Abtriebswelle 6 umgebende Gehäuse ist mittels einer Dichtung gegen Schmutz von außen und gegen Lecköl nach außen abgedichtet. Bei einer Lagerung der Abtriebswelle 6 mittels Wälzlagern 9a können diese über Buchsen 9b und 9d auf Distanz gehalten werden und an der dem Gehäuse zugewandten Seite mit einer Dichtung wie einem Wellendichtring 9c abgedichtet sein.
Das zweite Übertragungselement oder das Kegelrad 11 überträgt seine Drehbewegung auf die im Betrieb rotierenden Steuer-Zylinder 3, mittels deren Drehbewegung die Steuerung der Zündvorgänge erfolgt. Zur Verbindung des Steuer-Zylinders 3 mit dem zweiten Übertragungselement 11 beispielsweise mittels Befestigungselement 3a kann der Steuer-Zylinder 3 einen Flansch 3k aufweisen. Das zweite Übertragungselement oder das Kegelrad 11 ist auf der Außenseite des zylindrischen Führungsgehäuses 4c des Kurbelgehäuses 4 mittels eines inneren Drehlagers 12 drehbar gelagert. Gegenüber dem Getriebegehäuse oder Gehäuse 20, in dem die Abtriebswelle 6 und das erste Übertragungselement 7 sowie vorzugsweise auch zum Teil das Kurbelgehäuse befindet, ist das zweite Übertragungselement 11 mittels eines äußeren Drehlagers 13 vorzugsweise in Form eines Wälzlagers gelagert.
Vorzugsweise weist der zylindrische Teil oder das Führungsgehäuse 4c des Kurbelgehäuses 4 einen Außenzylinder zur Aufnahme eines Drehlagers oder Wälzlagers 12 auf, von dem wiederum das zweite Übertragungselement oder das Kegelrad aufgenommen wird. Der Innenring des Drehlagers 12 kann mittels einer Nutmutter 12a und einem Sicherungsblech 12b axial gesichert sein. Der Außenring des Drehlagers 12 wird vorzugsweise über den Bord 11d des Kegelrades 11 mittels Hülse 11c von den Befestigungselementen 3a des Flansches 3k axial gehalten. Die Lagerung des zweiten Übertragungselementes 11 ist außerdem mittels des äußeren Drehlagers 13 vorzugsweise in einem Flanschgehäuse 8 als Teil des Gehäuses 20 vorgesehen, wobei der Innenring mittels Hülse 11b über die Befestigungselemente 3a des Flansches 3k axial gehalten wird. Der Außenring des Lagers 13 ist im Flanschgehäuse 8 für Toleranz- und Wärmeausgleich axial verschiebbar angeordnet. Das Kurbelgehäuse 4 kann mit Schrauben 21 mit dem Gehäuse 20 verschraubt sein. In einer alternativen Ausführungsform kann das Gehäuse 20 mit dem Kurbelgehäuse 4 einteilig ausgebildet sein.
An dem Steuer-Zylinder 3 ist zumindest eine sich vorzugsweise radial von dessen äußerem Umfang erstreckende Kühlrippe 3f angeordnet, deren Gestalt je nach den im Einzelfall bestehenden Anforderungen an die Wärmeabfuhr verschiedenartig ausgebildet sein kann. In 1 eine Kühlrippe in flügelartiger Gestalt dargestellt. Erfindungsgemäß wird der rotierende Arbeitszylinder mit Rippen versehen, die bei der Rotation einen Luftstrom erzeugen um überschüssige Wärme von der Verbrennungskraftmaschine abzuführen. Vorzugsweise wirken die Rippen 3f am Umfang des Steuer-Zylinders 3 mit Rippen 15a des Steuer-Elements 15 zur Kühlung zusammen, wobei eine erzwungene Konvektion bei der Drehbewegung des Arbeitszylinders 3 vorzugsweise in freier Atmosphäre bewirkt wird. Rippen werden in Flügelform als Kreisscheiben oder als Rippen schräg zur Achse des Arbeitszylinders angeordnet. Die Rippen des Arbeitszylinders erzeugen einen Luftstrom zur Kühlung des Steuer-Zylinders 3 selbst und zur Kühlung des feststehenden Steuerelementes 15. Flügelförmige und schräg zur Achse angeordnete Rippen erzeugen einen Luftstrom in radialer Richtung und in Umfangsrichtung mit axialer Komponente.
Der Steuer-Zylinder 3 ist stirnseitig, d.h. an der Seite des Kompressionsteils 1a des Kolbens 1 mittels eines Bodens geschlossen. In weiterer Folge wird die Innenseite des Bodens mit Zylinderboden 3d und die Außenseite mit Zylinderboden 3n bezeichnet. Zwischen dem Zylinderboden 3d und der diesem zugewandten axialen Stirnfläche des Kolbens 1, dem Kolbenboden 1f, bildet sich ein Brennraum 25 aus, der also innerhalb der Zylinderbohrung des Steuer-Zylinders 3 vom Zylinderboden 3d des Steuer-Zylinders 3, dem Kolbenboden 1f und der Steuer-Öffnung 3c gebildet ist. Der am Brennraum 25 gelegene zylindrische Abschnitt des Steuer-Zylinders 3, der sich an den Zylinderboden 3d anschließt, sowie der Zylinderboden 3d werden im folgenden Steuer-Abschnitt SA genannt.
Der zylindrische Steuer-Abschnitt SA weist zumindest eine, exzentrisch zur Achse des Steuer-Zylinders 3 angeordnete Steuer-Öffnung 3c auf, die im Zusammenwirken mit einem stationären oder relativ zum Steuer-Zylinder 3 ruhenden Steuer-Element 15 die Steuerung des Arbeitszyklus bewirkt. Die Steuer-Öffnung 3c kann ganz oder teilweise an der Außenfläche 3e des Steuer-Zylinders 3 oder ganz oder teilweise am Zylinderboden 3n gelegen sein.
Das Steuer-Element 15 kann zu diesem Zweck mit der Maschinenlagerung verbunden sein. Das in der 1 dargestellte Steuer-Element 15 hat die Form einer Kappe. Das Steuer-Element 15 weist eine Bohrung 17 und zugehörige Kanäle für den Vergaser-Anschluss für das Füllen des Brennraums 25, eine Bohrung 18 zur Aufnahme eines Zündelements sowie eine Bohrung 19 für den Abgasanschluss auf. Vorzugsweise ist eine weitere Bohrung für den Schmierölanschluss 22a im Zusammenwirken mit Bohrung 15b zur Ölverteilung vorgesehen. Diese Bohrungen können jeweils auch mehrfach vorgesehen sein. Die Steuer-Öffnung 3c stellt vorzugsweise eine Öffnung ohne zusätzliche Aufdickung dar. Die Drehrichtung des Steuer-Zylinders 3 ist daher aufgrund der Anordnung der Bohrungen 17, 18, 19 im Steuer-Element 15 im oder entgegen dem Uhrzeigersinn vorgegeben.
In einer ersten, in der 1 gezeigten Ausführungsform erstreckt sich die Steuer-Öffnung 3c teilweise über den Zylinderboden 3n und ein Teil der Steuer-Öffnung ist an der Zylinder-Außenseite des Steuer-Zylinders 3 gelegen. Das Steuer-Element 15 mit seinen Bohrungen und Kanälen umschließt dabei die Stirnseite des Steuer-Zylinders 3 oder deren Zylinderboden 3n. Die Steuer-Öffnung 3c kann dabei auch ganz auf dem Zylinderboden 3n, jedoch zur Erfüllung seiner Funktion exzentrisch auf diesem gelegen sein. Die Steuer-Öffnung 3c kann also auf der Mantelseite des Steuer-Zylinders 3 oder zumindest teilweise auf der Stirnseite des Steuer-Zylinders 3 gelegen sein. Das Steuer-Element 15 besitzt in dieser Ausführungsform die Gestalt einer Kappe oder eines Deckels. In der 7a und 7b hat das Steuer-Element, dort mit dem Bezugszeichen 33 versehen, die Gestalt eines Ringes und wirkt mit einer Steuer-Öffnung (in den 7a und 7b mit dem Bezugszeichen 31 versehen) zusammen, die an der Außenseite des Steuer-Abschnittes SA des Steuer-Zylinders 30 gelegen ist. Vorzugsweise ist das Steuer-Element in dieser Ausführungsform in einer entsprechenden Nut des Steuer-Zylinders 30 aufgenommen oder in einer solchen derart eingebettet, dass eine Relativdrehung des Steuer-Zylinders 30 und des Steuer-Elements 33 zueinander möglich ist.
Aufgrund des Zusammenwirkens der Steuer-Öffnung 3c und des Steuer-Elements 15 als Tribosystem werden die funktionellen Aufgaben, Bewegungsübertragung und Stoffabdichtung erfüllt. Dabei wird durch das zugeführte Schmieröl ein Schmierfilm gebildet, der auch als Sperrschicht wirkt und unbeabsichtigten Gasaustausch zwischen den Kanälen und nach außen verhindert. Die Funktionen werden Steuer-Zylinder-seitig und Zylinderzapfenseitig durch geeignete Passungswahl erfüllt, während stirnseitig die funktionellen Aufgaben zwischen Steuer-Zylinder 3 und Steuer-Element 15 mittels Wälzlager oder mit Anlaufscheiben erfüllt werden. Das Zusammenwirken von Steuer-Öffnung 3c und Steuer-Element 15 zum Füllen, Verdichten, Zünden und Verbrennen ist in den 5 und 6 dargestellt. Durch das feststehende Steuer-Element 15 kann in Abhängigkeit der momentanen Drehstellung der Steuer-Öffnung jeder Betriebszustand (wie Füllen, Verdichten, Zünden und Verbrennen) realisiert werden, so dass durch die momentane Drehstellung die Steuerung bestimmt wird. Eine Änderung der Drehrichtung des Steuer-Zylinders erfordert ein Steuer-Element, bei dem die Anschlussbohrungen, beginnend bei Füllen, in entgegengesetzter Richtung angeordnet werden. Durch die Verwendung eines drehenden Zylinders wird der Kraftstoff besser vernebelt als in einem stehenden Zylinder.
Das am Kompressionsteil 1a gelegene Ende des im Betrieb rotierenden Steuer-Zylinders 3 weist also eine Steuer-Öffnung 3c auf, die im Zusammenwirken mit einem mit der Maschinenlagerung verbundenen, gegenüber dem Steuer-Zylinder ruhenden Steuer-Element 15, das mit Kanälen und Anschlussbohrungen für den Gasaustausch, dem Zündelement und einem längsverschieblichen Arbeitskolben die Steuerung des Arbeitszyklus, d.h. die Verbrennungszustände Füllen, Verdichten, Zünden, Entspannen ermöglicht.
Die Übersetzung von 2:1 bedeutet bei dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor, dass sich bei zwei Umdrehungen der Kurbelwelle der Steuer-Zylinder nur ein Mal dreht. Analog bedeutet eine Übersetzung von 1:4, dass sich bei 4 Umdrehungen der Kurbelwelle der Steuer-Zylinder einmal dreht. Bei der Übersetzung 4:1 müssen im Steuer-Element jeweils 2 und bei der Übersetzung 8:1 jeweils 4 Kanäle und Anschlussbohrungen für das Füllen, für das Zündelement und für Abgasanschluss vorgesehen sein.
An dem Steuer-Zylinder 3 ist stirnseitig, d.h. an seiner dem ersten Übertragungselement gegenüber liegenden Seite ein sich nach außen erstreckendes Anschluss-Element vorzugsweise in Form eines Zylinderzapfens 3g angeordnet, das zur Aufnahme und Befestigung eines Steuer-Elementes in Form eines Rings dient. Der Steuer-Element 15 ist mit einem feststehenden, d.h. gegenüber dem Steuer-Zylinder stationären Motorenteil und vorzugsweise mit dem Maschinengehäuse 20 fest verbunden. Die mechanische Verbindung oder Fixierung ist in den Figuren nicht dargestellt.
In 5 und 6 ist die Steuerfunktion des Steuer-Elements 15 im Zusammenwirken mit der Steuer-Öffnung 3c erläutert, wobei die 5 den Funktionsverlauf zwischen dem Kolbenweg und dem Drehwinkel des Arbeits- oder Steuer-Zylinders 3 bei einer Übersetzung von 2:1 zeigt. Die Darstellungen der 5 und 6 gelten auch für die in den 7a und 7b dargestellten Ausführungsform, d.h. sowohl für die Ausführungsform der 1 für das Zusammenwirken der Steuer-Öffnung 3c im Arbeitszylinder mit dem Steuer-Element 15 und dem Kolben 1 und als auch für die Ausführungsform der 7a und 7b für das Zusammenwirken der Steuer-Öffnung 31 im Steuer-Zylinder 30 mit dem Steuer-Element 33 und dem Kolben 1.
6 zeigt dabei das Zusammenwirken der Steuer-Öffnung 3c im Steuer-Zylinder 3 mit dem Steuer-Element 15 und dem Arbeitskolben 1 in den jeweiligen Totlagen-Stellungen des Arbeitskolbens 1 bei einer Übersetzung von 2:1.
Weiterhin ist ein Funktionselement 31 vorgesehen, wobei ein Gleitkontakt zwischen diesem Funktionselement und dem Steuer-Element 15 besteht. Axial ist das Steuer-Element 15 durch ein Wälzlager 15c gehalten und mit Befestigungselement 3b und Scheibe 3m gesichert. Die Stirnseite des Steuer-Elementes 15 ist durch einen Deckel 24 verschlossen. Über die Ölleitung 22 wird Schmieröl über Schmierölanschluss 22a in das Steuer-Element 15 gedrückt und zur Schmierung der Gleitkontaktflächen des Steuer-Elementes 15 durch Bohrungen 15b verteilt. Labyrinthdichtung 3h verhindert das Austreten von Öl nach außen. Für das Auffangen von Lecköl ist im Steuer-Element 15 eine Ölfangnut 23 eingearbeitet. Eine Leckölleitung zur Rückführung des Öles in den Ölsumpf ist nicht dargestellt.
In den 7a, 7b ist eine Alternativlösung für die Steuerung und Kühlung dargestellt. Die Steuer-Öffnung 31 des Steuer-Zylinders befindet sich nur in dessen Mantelbereich wo es im Zusammenwirken mit dem Steuer-Element 33 die Steuerung übernimmt. Auf den stirnseitigen Zapfen 34 des Steuer-Zylinders wird zusätzlich ein Kühlrippenpaket 32 mittels beispielsweise einer Nutmutter 35 befestigt. Die Rippen von Steuer-Zylinder 30, Steuer-Element 33, Kühlrippenpaket 32 sind vorzugsweise kreisförmige Scheiben. Durch die rotierenden Rippen beidseits des Steuer-Elementes 33 erfolgt dessen Kühlung. Gegen Lecköl sind Dichtungen und vorzugsweise Labyrinth-Dichtungen 33a beidseits des Steuer-Elementes 33 vorgesehen. Leckölfangringe 36 sind als zusätzliche Teile am Steuer-Element 33 befestigt.
8 zeigt eine schematische Darstellung der Rippenanordnung mit Rippen, die zur Kühlung des Steuer-Zylinders 40 selbst und des Steuer-Elementes 41 schräg zur Achse des Steuer-Zylinders angeordnet sind. Die Darstellung zeigt die Rippen 40a des Steuer-Zylinders 40 und die Rippen 41a des Steuer-Elementes 41. Bei einer Schrägstellung der Rippen 40a wird neben der Luftbewegung in radialer Richtung und in Umfangsrichtung eine axiale Luftbewegung erzeugt, die auch die Rippen 41a des Steuer-Elements 41 durchströmen und dabei abkühlen. Insbesondere können die am Umfang des Steuer-Zylinders 3 angeordneten Rippen 3f mit am Steuer-Element 15 angeordneten Rippen 15a zur Kühlung zusammenwirken. In Variante I sind die Rippen des Steuer-Zylinders senkrecht zur Kreisnormalen angegeben und in Variante II schräg zur Kreisnormalen. Auch eine gekrümmte Rippenform ist möglich.
Die 9 zeigt die Steuer-Öffnung 3c im Steuer-Zylinder zusammen mit dem Kanal und Anschlussbohrung 19, das in dieser Darstellung normal zur Zylinderachse verläuft. Die Steuer-Öffnung 3c hat gemäß der Darstellungen der 9 und 10 die Form eines Schlitzes im Eck von Stirn- und Mantelfläche des Steuer-Zylinders 3, um einerseits eine möglichst große Fläche für den Gasaustausch gestalten zu können und andererseits den Gasaustausch dadurch optimal zu gestalten, dass das Gas sowohl parallel zur Zylinderachse als auch normal zur Zylinderachse strömen kann.
In der 10 ist eine alternative Ausführungsform für den Verlauf dieses Kanals angegeben, der als Kanal und Anschlussbohrung 19p parallel zur Zylinderachse verläuft. In weiteren Ausführungsformen kann die Anordnung der Kanäle auch schräg zur Kolben- oder Steuer-Zylinder-Achse verlaufen. In den 9 und 10 sind als Beispiel Gewinde für Abgasanschluss für Einschraubstutzen dargestellt, wobei jedoch auch andere Anschlussformen möglich sind.
Die 11 und 12 zeigt jeweils die schematische Darstellung des Kurbeltriebes mit Kurbelwangen, die in den beiden Darstellungen in Wälzlager-Innenringen integriert sind, aber unterschiedliche Abtriebsglieder aufweisen.
In der Darstellung nach der 11 werden die Kurbelwangen durch parallelen Kraftfluss auf die Abtriebswelle 50 symmetrisch belastet. Das Eingriffsglied 5a wird auf Schub beansprucht. Diese Übertragungsform ist vor allem bei Mehrzylinderbetrieb zweckmäßig. 11 zeigt diese Form der Kraftübertragung bei der Anordnung von zwei Steuer-Zylindern 3.
In 12 ist die Abtriebswelle 6 im Zentrum des Kurbeltriebes an nur einer Kurbelwange 5c mit einem zusätzlichen Stützlager 45 angeordnet. Die Kraftübertragung ist unsymmetrisch da die mit der Abtriebswelle 6 verbundene Kurbelwange das gesamte Drehmoment vom Eingriffsglied aufnehmen muss und die andere Kurbelwange 5d dabei das Eingriffsglied 5a in radialer Richtung abstützt. Auf Grund der einfachen Bauweise ist diese Form der Kraftübertragung bei Einzylinderbetrieb und bei Mehrzylinderbetrieb nach 13 zweckmäßig.
Die Kurbelwelle ist in Wälzlagern gelagert. Die Kurbelwangen werden als Außenzylinder ausgebildet mit Aussparungen für den Masseausgleich und werden in die Innenringe der Wälzlager montiert. Rippen sind am Umfang des Steuer-Zylinders 3 angeordnet und kühlen bei dessen Drehbewegung im Zusammenwirken mit den feststehenden Rippen des Steuer-Elementes 15 die Verbrennungskraftmaschine. Bei Mehrzylinderbetrieb ist für jeden Steuer-Zylinder eine Kurbelwelle vorgesehen. Eine Zusammenführung der einzelnen Zylinderleistungen erfolgt entweder über eine Abtriebswelle, die parallel zu den Kurbelwellen angeordnet ist und von den Kurbelwellen angetrieben wird oder über ein Getriebe, z.B. Kettentrieb, das die Leistung über die Drehbewegungen der Steuer-Zylinder zusammen führt.
Die 13 und 14 dienen der Beschreibung der Leistungszusammenführung bei Mehrzylinderbetrieb nach einer ersten Variante A, wobei beispielhaft drei Arbeitskolben dargestellt sind. Für dort dargestellte Anordnungen aus Steuer-Zylinder und Arbeitskolben I, II, III ist der Kegeltrieb mit den Kegelrädern 7 und 11 für die Steuerung, für die Kühlung, und zur Übertragung der Leistung des Steuer-Zylinders ausgelegt. Dadurch ist es möglich, die Leistung am Schaft des Kegelrades 11 abzuführen, entweder über die Stirnräder 47, die im Beispiel 13 bei allen drei Steuer-Zylindern im Eingriff sind oder über einen Hülltrieb zum Beispiel Kettentrieb 48 mit den Kettenrädern 49 nach 14.
Die 15 zeigt das Schema der Leistungszusammenführung von drei Anordnungen aus Steuer-Zylinder und Arbeitskolben nach einer zweiten Variante B mit der Abtriebswelle 50, die parallel zum Kurbeltrieb bei einer Kegelradübersetzung 2:1 angeordnet ist. Die Kurbelwelle mit Eingriffsglied 5a ist symmetrisch belastet, da von jeder der beiden Kurbelwangen 5c die Leistung auf die Abtriebswelle 50 mittels Zahnräder 52/51 übertragen wird. Die Zahnräder 52 können auch auf den Innenseiten der Kurbelwangen 5c angeordnet sein. Der Kegelradtrieb mit den Kegelrädern 7 und 11 hat bei der Anordnung aus Steuer-Zylinder und Arbeitskolben I die Aufgabe, ihn in die für die Steuerung und Kühlung notwendige Drehbewegung zu versetzen. Die Drehbewegungen für die Steuerung und Kühlung der Anordnungen aus Steuer-Zylinder und Arbeitskolben II und III erfolgt über Stirnräder oder über einen Hülltrieb (z.B. Kettentrieb analog 14). Die Drehrichtung der Anordnung aus Steuer-Zylinder und Arbeitskolben II ist beim dargestellten Zahnradtrieb mit Zahnrad 47 entgegengesetzt der Drehrichtung der Anordnungen aus Steuer-Zylinder und Arbeitskolben I und III. Das bedeutet, dass die Kanäle und Bohrungen 17, 18, 19 im Steuer-Element 15 oder 33 in entgegen gesetzter Richtung angeordnet sein müssen, beginnend mit dem Kanal 17. Die Anordnungen aus Steuer-Zylinder und Arbeitskolben werden in Reihe zur Abtriebswelle 50 angeordnet (15). Mehrere Anordnungen aus Steuer-Zylinder und Arbeitskolben können auch über Zahnräder 52, die am Umfang der Zahnräder 51 angeordnet sind, die Leistung symmetrisch von beiden Kurbelwangen auf die Abtriebswelle 50 übertragen.
Die 16 zeigt, dass mehrere Kurbelwellen bei denen jede Kurbelwange 5c mit einem Zahnrad 52 verbunden ist, am Umfang der Zahnräder 51 angeordnet werden können. Die Kraftübertragung auf die Abtriebswelle 50 erfolgt bei symmetrischer Belastung der Kurbelwelle. Die Zahnräder 52 können auf den Innenseiten oder außenseitig der Kurbelwangen 5c angeordnet sein.
Erfindungsgemäß erfolgt bei Mehrzylinderbetrieb die Leistungszusammenführung entweder nach der Variante A über die Drehbewegung der Steuer-Zylinder, beispielsweise über einen Zahnradtrieb oder Hülltrieb bei unsymmetrischer Lastverteilung auf die Kurbelwangen oder nach der Variante B über eine parallel zur Kurbelwelle angeordnete Abtriebswelle, die von den Kurbelwellen angetrieben wird bei symmetrischer Lastverteilung auf die Kurbelwangen.
Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor kann also aus mehreren Steuer-Zylindern 3 und Arbeitskolben 1 gebildet sein, wobei jeder Kolben 1 auf jeweils eine Kurbelwelle 5w wirkt. Auch kann der Verbrennungsmotor aus mehreren Steuer-Zylindern 3 und Arbeitskolben 1 gebildet sein, wobei die Leistung über Abtriebsglieder 47 oder 48 zusammengeführt wird, die mit dem rotierendem Steuer-Zylinder 3 oder mit dessen Antriebselementen verbunden sind.
Alternativ kann der Verbrennungsmotor aus mehreren Steuer-Zylindern 3 und Arbeitskolben 1 gebildet sein, wobei die Leistung auf eine Abtriebswelle 50 geführt wird, die parallel zur Kurbelwelle 5w angeordnet ist und die Leistung über eine Paarung parallel angeordneter Zahnräder 52, 51 übertragen wird.

Claims

Viertakt-Verbrennungsmotor mit einem Arbeitskolben (1), der durch einen viertaktigen Verbrennungsprozess in eine oszillierende Bewegung in einem einen Brennraum (25) aufweisenden Kolbengehäuse versetzt wird, um eine Abtriebswelle (6) anzutreiben, mit einem zur Steuerung des Verbrennungsprozesses im Kolbengehäuse vorgesehenen rotierenden, von der Abtriebswelle (6) angetriebenen Steuer-Zylinder (3), der eine an dem Brennraum (25) gelegene Steuer-Öffnung (3c, 31) aufweist, die mit am Umfang eines Steuerelementes (15, 33) angeordneten Bohrungen (17, 18, 19) für die Aufnahme eines Zündelements, eines Vergaser-Anschlusses und eines Abgas-Anschlusses zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass ein am Brennraum (25) gelegener Kompressionsteil (1a) des Arbeitskolbens (1) im Steuer-Zylinder (3) und ein Pleuelstangen-seitiges Ende (1d) des Arbeitskolbens (1) in einem ruhenden Führungsgehäuse (4c), auf dem der Steuerzylinder (3) über ein Kegelrad (11) gelagert ist, gelegen ist.
Viertakt-Verbrennungsmotor nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsgehäuse (4c) Teil eines Kurbelgehäuses (4) ist, in dem der Kurbeltrieb (5) angeordnet ist.
Viertakt-Verbrennungsmotor nach einem der vor anstehenden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pleuelstange (2) mittels einer Gleitführung (4d) im Führungsgehäuse (4c) geführt ist.
Viertakt-Verbrennungsmotor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pleuelstange (2) mittels eines Bolzens (14) drehbar mit dem Arbeitskolben (1) verbunden ist, der an seinem Führungsteil (1b) Führungsflächen (1g,1h) aufweist, die mit Führungsflächen (4a, 4b) des Führungsgehäuses (4c) zusammenwirken, um Pleuelstangen-Kräfte in Umfangsrichtung aufzunehmen.
Viertakt-Verbrennungsmotor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtung des Steuer-Zylinders (3) aufgrund der Anordnung der Bohrungen (17, 18, 19) im Steuer-Element im oder entgegen dem Uhrzeigersinn vorgegeben ist.
Viertakt-Verbrennungsmotor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Rippen (3f) am Umfang des Steuer-Zylinders (3) angeordnet sind, die im Zusammenwirken mit Rippen (15a) des Steuer-Elements (15, 33) eine Kühlung bewirken.
Viertakt-Verbrennungsmotor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbeltrieb mit einer Pleuelstange (2), einer Kurbelwelle (5w), die von einer gelenkig mit dieser verbundenen Pleuelstange (2) angetrieben wird, und Kurbelwangen (5c, 5d) zum Antrieb der Abtriebswelle (6) ausgerüstet ist, wobei die Pleuelstange (2) über ein Eingriffsglied (5a) auf zumindest eine Kurbelwange (5c, 5d) wirkt, wobei die zumindest eine Kurbelwange (5c, 5d) innerhalb der Kurbelwelle (5w) gelegen ist und die innere Wälzbahn des Wälzlagers (10) bildet.
Viertakt-Verbrennungsmotor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor mit mehreren rotierenden, von einer Abtriebswelle (6) angetriebenen Steuer-Zylindern (3) mit einem Brennraum (25) und einem aufgrund eines viertaktigen Verbrennungsprozesses in jedem Steuer-Zylinder (3) oszillierenden Arbeitskolben (1) ausgerüstet ist, wobei jeder Arbeitskolben (1) auf jeweils eine Kurbelwelle (5w) wirkt.
Viertakt-Verbrennungsmotor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor mit mehreren rotierenden, von einer Abtriebswelle (6) angetriebenen Steuer-Zylindern (3) mit einem Brennraum (25) und einem aufgrund eines viertaktigen Verbrennungsprozesses in jedem Steuer-Zylinder (3) oszillierenden Arbeitskolben (1) ausgerüstet ist, wobei die Leistung über Abtriebsglieder (47) oder (48) zusammengeführt wird, die mit dem rotierenden Steuer-Zylinder (3) oder mit dessen Antriebselementen verbunden sind.
Viertakt-Verbrennungsmotor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor mit mehreren rotierenden, von einer Abtriebswelle (6,50) angetriebenen Steuer-Zylindern (3) mit einem Brennraum (25) und einem aufgrund eines viertaktigen Verbrennungsprozesses in jedem Steuer-Zylinder (3) oszillierenden, auf eine Kurbelwelle (5w) wirkenden Arbeitskolben (1) ausgerüstet ist, wobei die Leistung auf eine Abtriebswelle (50) geführt wird, die parallel zur Kurbelwelle (5w) angeordnet ist und die Leistung über eine Paarung parallel angeordneter Zahnräder (51, 52) übertragen wird.