DE19515695A1 - Kolbenintegrierte Steuerung für Zweitakt- oder Viertakt-Brennkraftmaschinen sowie Brennkraftmaschinen mit einer derartigen Steuerung - Google Patents
Kolbenintegrierte Steuerung für Zweitakt- oder Viertakt-Brennkraftmaschinen sowie Brennkraftmaschinen mit einer derartigen SteuerungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine kolbenintegrierte
Steuerung für Zweitakt- oder Viertakt-Brennkraftmaschinen
gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 sowie des Anspruches 15.
Des weiteren betrifft sie eine Brennkraftmaschine mit einer
derartigen kolbenintegrierten Steuerung gemäß Oberbegriff
des Anspruches 33.
Eine gattungsgemäße Steuerung für Zweitakt-Brennkraft
maschinen ist dabei gemäß der DE-PS 5 36 393 bekannt. Es ist
dabei ein drehbarer, mit Ausschnitten versehener, als
Hohlkörper ausgebildeter Kolbenbolzen vorgesehen, welcher
als Drehschieber die Steuerung einer Zweitakt-Brennkraft
maschine vornimmt, wobei außen an dem Kolbenbolzen ein
Exzenter angelegt ist, in welchem die Pleuelstange der
Kurbelwelle angreift, wobei eine im Kolbenbolzen vorgesehene
kammerartige als Überströmkanal dienende Aussparung je nach
den Exzenterstellungen in Verbindung mit dem Kurbelgehäuse
oder dem Zylinderraum oberhalb des Kolbens gebracht wird.
Die Drehung des Kolbens kann dabei aber nicht beliebig
erfolgen, wobei zur Begrenzung der Drehbewegung auf einen
Verschwenkungsbereich von kleiner als 360° der Kolbenbolzen
mit einem Anschlag versehen ist. Der Kolbenbolzen führt
insofern über den Antrieb seines äußeren vorstehenden
Exzenters eine Pendelbewegung über einen Winkel von kleiner
als 360° zur Steuerung des Motors durch. Weiter nachteilig
ist dabei bei dieser bekannten Steuerung, daß diese ledig
lich zur Steuerung von Zweitakt-Brennkraftmaschinen verwend
bar ist.
Des weiteren ist gemäß der DD-PS 1 07 751 eine Kolbenbolzen
steuerung unter Verwendung eines sich in einem feststehend
gelagerten Kolbenbolzen sich drehenden Steuerkegels bekannt.
Diese Steuerung ist dabei für doppeltwirkende Kolben
vorgesehen.
Des weiteren ist gemäß der DE-PS 7 37 045 eine kolben
integrierte Steuerung bekannt, wobei ein feststehender
Kolbenbolzen verwendet wird, welcher außen mit einer
drehbaren Steuerhülse versehen ist, die mit dem Pleuelkopf
der Pleuelstange fest verbunden ist und für eine Zweitakt-
Brennkraftmaschine mit Kurbelkastenpumpe und getrennten
Spül- und Ladeschlitzen den Durchtritt während des Kolben
abwärtsganges bis zur Freilegung der Auspuffschlitze und
erfolgter Entspannung bzw. bis nach dem Öffnen der Spül
schlitze durch den Kolben verschließt.
Die Drehung der Steuerhülse erfolgt dabei wiederum lediglich
um einen beschränkten Winkelbereich, wobei diese insofern
hin und her pendelt.
Die bekannten Steuerungen für Brennkraftmaschinen ohne
Verwendung von komplizierten Bauteilen, wie Nockenwellen
und Ventile, werden somit unter Verwendung eines sich nicht
kontinuierlich drehenden Drehschiebers gesteuert, wobei sich
insofern mechanische Belastungen der Steuerteile des Motors
und auch Beschränkungen bezüglich der zu erreichenden
Drehzahl und Leistung des Motors ergeben.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, bei einer kolben
integrierten Steuerung für Brennkraftmaschinen nach dem
Oberbegriff des Anspruches 1 und des Anspruches 15 Maßnahmen
zu treffen, welche einerseits weiterhin eine einfache
Steuerung für Zweitakt-Brennkraftmaschinen wie bei der
DE-PS 5 36 393 ermöglichen, ohne die Verwendung einer großen Anzahl
von komplizierten Bauelementen, wie Nockenwellen, Stößel,
Stößelstangen, Kipphebel, Rückstellfedern für die Kipphebel
und Ventile, so daß eine geringe und kompakte Baugröße des
Motors und geringe Fertigungskosten gegeben sind, und wobei
andererseits aber auch speziell die Steuerung nicht nur für
Zweitakt- sondern auch für Viertakt-Brennkraftmaschinen
auslegbar ist, und dabei die Ableitung der Drehbewegung des
Drehschiebers bzw. Kolbenbolzens von der Kurbelwelle in
kontinuierlicher Weise möglich ist.
Bei Zweitakt-Brennkraftmaschinen soll dabei die Steuerung
ferner vorzugsweise derart ausgelegt sein, daß die Anlage
von Überströmkanälen in der Zylinderwandung nicht mehr
notwendig ist.
Des weiteren soll bei einer Zweitakt-Brennkraftmaschine mit
geringen Mitteln eine genaue definierte Trennung der
Gasströme zwischen Frischgas und Abgas gegeben sein, was so
zusätzlich zur Leistungssteigerung dieses Motorprinzips
beitragen soll.
Aufgabe der Erfindung ist des weiteren bei einer Brennkraft
maschine mit kolbenintegrierter Steuerung nach dem Ober
begriff des Anspruches 33 Maßnahmen zu treffen, so daß die
Brennkraftmaschine eine kolbenintegrierte Steuerung mit den
vorab genannten Vorteilen aufweist.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des
Anspruches 1 und 15 sowie des Anspruches 33 gelöst.
Die Ansprüche 2-14 und 16-32 betreffen dabei besonders
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß durch die Verwendung
eines Zahnradgetriebes und einer oder mehrerer durch dieses
angetriebene rotierender Körper in Form eines Kolbenbolzens
oder dazu seitlich im Kolben angeordneter Drehschieber die
Steuerung des Motors in einfachster Weise erfolgen kann,
wobei insofern die Beschickung und Entleerung des Ver
brennungsraumes durchführbar ist.
Diese rotierenden Körper sind konstruktiv einfach und lassen
sich in den Kolben ungefähr in der Position der üblichen
Querbohrung des Kolbenbolzens in dieser oder eine ent
sprechende Querbohrung einsetzen, wobei insofern auf eine
Ventilsteuerung verzichtet werden kann und die Steuerung des
Motors unter Ableitung der Drehbewegung von der Kurbelwelle
mittels kontinuierlicher Drehung des rotierend gelagerten
Kolbenbolzens bzw. Drehschiebers erfolgen kann. Dabei können
zur Steuerung auch mehrere drehbar gelagerte Drehschieber
verwendet werden, wobei der eine beispielsweise den Ansaug
raum und der andere den Auslaßraum aufweist, wobei gleich
zeitig der Kolbenbolzen als Drehschieber zur Steuerung des
Motors verwendet werden kann.
Ein besonderer Vorteil der Steuerung besteht auch darin, daß
zwischen jeweiligen Takten 1 bis 4 zwei weitere Takte 5 bis
6 realisiert werden können. Dies kann zur Minderung
des Brennstoffverbrauches führen.
Dieser Vorteil läßt sich an einem rotierenden Kolbenbolzen
besonders gut umsetzen, indem die Öffnung für Abgasausstoß
länger geöffnet bleibt und sich erst gegen Ende des 6.
Taktes schließt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von zwei in den
Zeichnungen dargestellten unterschiedlichen Ausführungs
formen der kolbenintegrierten Steuerung für eine Viertakt-
Brennkraftmaschine und eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit
Gebläseladung und Kurbelgehäusespülung näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 Einen Halbschnitt durch den Zylinder, den Kolben
und den den Antrieb der Kurbelwelle über eine
Pleuelstange vermittelnden Kolbenbolzen, wobei
die Kurbelwelle, der Lagerzapfen der Kurbelwelle
sowie der dort angreifende Pleuelstangenlager
zapfen und ein kegelstumpfförmiger, die Pleuel
stange umgebender Hohlkörper in Vorderansicht
dargestellt sind, wobei der Hohlkörper als kegel
stumpfförmige Welle Teil eines Zahnradgetriebes
zwischen einem Kegelzahnrad des Kolbenbolzens und
einem Kegelzahnrad des Lagerzapfens der Kurbel
welle ist und ein an ihm fest angelegtes oberes
kleineres und unteres größeres Kegelzahnrad
aufweist;
Fig. 2 Eine Darstellung entsprechend Fig. 1, wobei
statt der kegelstumpfförmigen Welle als
Teil des Zahnradgetriebes zwischen Lagerzapfen
der Kurbelwelle und der Unterseite des
Kolbenbolzens eine Welle verwendet wird,
welcher die Pleuelstange außen umgibt und oben
und unten mit einem gleichgroßen Kegelzahnrad
versehen ist, wobei der Kolbenbolzen so ange
trieben wird, daß er sich im vorliegenden Ver
brennungszyklus einer Zweitakt-Brennkraftmaschine
von 360° einmal um seine Achse dreht, während der
Antrieb des Kolbenbolzens in Fig. 1 derart
erfolgt, daß er sich bei dem dort vorgesehenen
Verbrennungszyklus für eine Viertakt-Brennkraft
maschine von 2 × 360° lediglich nur einmal um
seine Achse dreht;
Fig. 3 Eine Darstellung gemäß Fig. 2, wobei der
Kolbenbolzen gegenüber Fig. 1 und Fig. 2
abgeändert ist und außer einem Ansaug- und einem
Auslaßraum einen mittleren Überströmraum
aufweist und dabei neben Einlaß- und
Auslaßschlitze im Kolbenbolzen zwei gegenüber
liegende Überströmschlitze im Überströmraum
angelegt sind und in dem Ansaugraum eine
zusätzliche Ansaugöffnung, welche in Deckung mit
einer Füllöffnung zum Kurbelwellenraum bringbar
ist, wobei die Ladung über eine Kurbelgehäuse
spülung erfolgt, während in Fig. 2 eine Gebläse
ladung der Zweitakt-Brennkraftmaschine vorgesehen
ist;
Fig. 4 Eine Kolben-Seitenansicht mit zur Hälfte ge
schnittenem Zylinder zur Steuerung einer Vier
takt-Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1 unter Dar
stellung des Ansaugtaktes sowie unter Andeutung
des als Drehschieber ausgebildeten Kolbenbolzens
und der dortigen Einlaß- und Auslaßöffnung sowie
des Kolbeneinlaß- und Kolbenauslaßkanals;
Fig. 5 Einen Schnitt durch den Zylinder mit einer Drauf
sicht auf den Kolbendeckel unter Darstellung der
einen rechteckförmigen Ausschnitt darstellenden
Mündung des Kolbeneinlaß- und Kolbenauslaßkanales
sowie unter schematischer Darstellung des Kolben
bolzens und des um seine Außenseite geführten,
radial vorstehenden, dort fest angeordneten Zahn
rades in Strichelung;
Fig. 6 Eine Draufsicht auf den Kolbenbolzen, welcher in
dem Kolben gemäß Fig. 5 eingesetzt ist, in einer
Darstellung der dort gegebenen Anordnung bzw.
Drehlage der Einlaß- und Auslaßschlitze;
Fig. 7 Ein Abschnitt durch einen vergrößerten
Querschnitt des Kolbenbolzens unter Darstellung
eines Teils des Kolbenbolzenzylindermantels und
der über diesen nach außen vorstehenden Zahnung
des am Kolbenbolzen fest angeordneten Zahnrades
unter Andeutung des Einlaß- und Auslaßschlitzes;
Fig. 8 Eine Darstellung der Abwicklung des in Fig. 1
zu verwendenden Kolbenbolzens;
Fig. 9 Eine Abwicklung des in Fig. 2 zu verwendenden
Kolbenbolzens;
Fig. 10 Eine Abwicklung des in Fig. 3 zu verwendenden
Kolbenbolzens;
Fig. 11-16 Eine schematische Darstellung der Arbeitsweise
der kolbenintegrierten Steuerung für eine Vier
takt-Brennkraftmaschine, wobei in Fig. 11 und
Fig. 12 der Ansaugtakt dargestellt ist, in Fig.
13 das Ende des Ansaugtaktes mit Beginn des
Verdichtungstaktes, in Fig. 14 der Verbrennungstakt
(Krafttakt) dargestellt ist, wobei bis hier hin
eine vollständige Umdrehung der Kurbelwelle um
360° erfolgt ist, und in Fig. 15 das Ende des
Krafttaktes und in Fig. 16 die Kolbenstellung in
der Mitte des Ausstoßtaktes;
Fig. 17-28 Eine Darstellung der kolbenintegrierten Steuerung
gemäß Fig. 11-16, mit einer Querschnittsansicht
durch den Zylinder und einer Draufsicht auf den
Kolbendeckel gemäß Fig. 5 und einer Gegenüber
stellung der jeweils gegebenen Drehstellung des
Kolbenbolzens in einer Draufsicht gemäß Fig. 6
unter Gegenüberstellung der relativen Lage der
Kolbeneinlaß- und Kolbenauslaßkanäle sowie der
Einlaß- und Auslaßschlitze des Kolbenbolzens;
Fig. 29-34 Eine schematische Darstellung der
kolbenintegrierten Steuerung für eine Viertakt-
Brennkraftmaschine gemäß der Darstellung in
Fig. 11-16 bzw. 17-28 unter Darstellung des
zur Hälfte geschnittenen Zylinders und des sich
entsprechend dem Verbrennungszyklus verschiebenden
Kolbens in Seitenansicht (Viertakter);
Fig. 35-40 Eine schematische Darstellung der kolben
integrierten Steuerung für eine Zweitakt-Brenn
kraftmaschine mit Kurbelgehäusespülung unter
Darstellung des Kolbens, des Kolbenbolzens und
des Zylinders im Querschnitt gemäß Fig. 3, sowie
unter Darstellung des Kraftschubbeginns in Fig.
35, des Ausstoßens der Verbrennungsgase in Fig.
36, des Ladens des Verbrennungsraumes (Gaszu
führung) in Fig. 37, der Fortführung der Ladung
gemäß Fig. 38, wobei der Kolben den unteren Tod
punkt erreicht, des Beginns des Ansaugtaktes
gemäß Fig. 39, wobei die Füllöffnung an der
Unterseite des Kolbens und die untere Ansaug
öffnung im Ansaugraum des Kolbenbolzens in
Deckung sind, so daß Frischgase in den Kurbelraum
gelangen, und des Endes des Ansaugtaktes gemäß
Fig. 40, wobei der Kolben seinen oberen Todpunkt
in etwa erreicht und die Kurbelwelle insgesamt
bei dem vorgegebenen Verbrennungszyklus der
Zweitakt-Brennkraftmaschine sich um 360° gedreht
hat;
Fig. 41-46 Eine schematische Darstellung der kolben
integrierten Steuerung für eine Zweitakt-
Brennkraftmaschine mit Gebläseladung unter
Darstellung des Kolbens, Kolbenbolzens und
Zylinders in Querschnitt gemäß Fig. 2, wobei
Fig. 41 den Kraftschubbeginn, Fig. 42 den
Ausstoßtakt, Fig. 43 den Beginn des Ladens des
Verbrennungsraumes durch den Einlaßschlitz und
den seitlich sich öffnenden Einlaßraum des
Kolbenbolzens über den äußeren Gebläseanschluß,
Fig. 44 das Laden des Verbrennungsraumes im
unteren Todpunkt des Kolbens und Fig. 45 und 46
die Verdichtung der Gase im Verbrennungsraum
unter Abstellung der Gebläseladung darstellen;
Fig. 47 Einen Halbschnitt durch den Zylinder, den Kolben
und den den Antrieb der Kurbelwelle über eine
Pleuelstange vermittelnden Kolbenbolzen, sowie
eine Vorderansicht der Kurbelwelle, der
zum Kolbenbolzen geführten Pleuelstange und der
Anordnung eines dort geführten Zahnradgetriebes,
welches einen kegelstumpfförmigen Hohlkörper
gemäß Fig. 1 aufweist, welches nunmehr zur
Steuerung einer Viertakt-Brennkraftmaschine nicht
den Kolbenbolzen dreht, sondern einen oberhalb
davon angeordneten Drehschieber;
Fig. 48 Eine Kolben-Seitenansicht mit zur Hälfte ge
schnittenem Zylinder zur Steuerung der Viertakt-
Brennkraftmaschine gemäß Fig. 47 unter sche
matischer Darstellung des Kolbenbolzens und des
oberhalb davon angeordneten Drehschiebers sowie
des Eingriffs des den Kolbenbolzen umgebenden
Zahnrades mit dem Zahnrad des Drehschiebers unter
Darstellung des Ansaugtaktes gemäß Fig. 4;
Fig. 49 Eine Darstellung gemäß Fig. 48, wobei im Kolben
zwei Drehschieber oberhalb des Kolbenbolzens
angeordnet sind unter Darstellung des Beginns des
Ansaugtaktes einer Viertakt-Brennkraftmaschine
gemäß Fig. 11.
Während in der Schnittansicht gemäß Fig. 1 eine kolben
integrierte Steuerung für eine Viertakt-Brennkraftmaschine
dargestellt ist, ist in den Fig. 2 und 3 eine solche für
eine Zweitakt-Brennkraftmaschine dargestellt. Die Kolben
bolzen 3, 41 und 44 gemäß Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 sind
dabei jeweils als Drehschieber für die Steuerung des Motors
ausgebildet und bestehen jeweils aus einem im Kolben 1,
100, 101 drehbaren und mit Ausschnitten sowie Kanälen und
Öffnungen versehenen Hohlkörper, in welchem das Gasgemisch
auf der einen Seite in einen Ansaugraum 5, 47 axial eintritt
und aus welchen die Verbrennungsgase auf der anderen Seite
aus einem Auslaßraum 6, 48 austreten.
Im Gegensatz zu dieser Steuerung ist in einer in Fig. 47
dargestellten zweiten Ausführungsform nicht der Kolbenbolzen
61 als Drehschieber ausgebildet, sondern in einer Parallel
ebene zum Kolbenbolzen im Bereich oberhalb davon unterhalb
des Kolbendeckels in einer zusätzlichen Querbohrung 49 ein
separater Drehschieber 50 als im Kolben 102 drehbarer und
mit Ausschnitten sowie Kanälen und Öffnungen versehener
Hohlkörper angelegt, in welchem das Gasgemisch auf der einen
Seite in einen Ansaugraum 51 axial eintritt und aus welchem
die Verbrennungsgase auf der anderen Seite aus einem
Auslaßraum 52 axial abziehen.
Die Zuführung des Gasgemisches erfolgt dabei jeweils in den
Zylinder 2 in einen mittleren Bereich der Kolbenlauffläche
über eine dort angelegte Frischgasöffnung 53 und eine
Abgasöffnung 54.
Die Steuerung gemäß Fig. 47 und 48 unter Verwendung eines
Kolbens 102 und die Abwandlung der Steuerung gemäß Fig. 49
unter Verwendung von zwei Drehschiebern 55, 56, welche
oberhalb des Kolbenbolzens 44 angelegt sind, ist dabei
jeweils für eine Viertakt-Brennkraftmaschine wie in Fig. 1
ausgelegt, was im einzelnen zur Steuerung gemäß Fig. 1 noch
erläutert wird.
Der Antrieb des Drehschiebers oder Kolbenbolzens gemäß Fig.
1, 2, 3, 47, 48 und 49 erfolgt dabei jeweils über ein
Zahnradgetriebe, welches ein fest am Kolbenbolzen 3, 41, 44
oder am Drehschieber 50, 55 und 56 angeordnetes Kegelzahnrad
10, 57, 58, 59 zur Herbeiführung der Drehbewegung mit einem
an einem Lagerzapfen 8 der Kurbelwelle 4 der Brennkraft
maschine befestigten, radial vorstehenden Kegelzahnrad 9
kraftmäßig verbindet, wobei gemäß Fig. 47, 48 und 49 ein
zusätzliches auf dem Kolbenbolzen 61 angeordnetes, drehbares
Kegelzahnrad 60 verwendet wird.
Es werden insofern jeweils ein oder mehrere rotierende
Körper in den Kolben ungefähr in der Position des Kolben
bolzens bekannter Zweitakt- oder Viertakt-Brennkraft
maschinen eingesetzt, durch den (die) die Beschickung und
Entleerung des Verbrennungsraumes durchgeführt wird.
Insofern bedarf es nicht mehr der Anlage der bekannten
Vorrichtungen zur Ventilsteuerung der Ein- und Auslaßvor
gänge. Der als rotierender Körper ausgebildete Kolben bzw.
Drehschieber steuert dabei den Einlaß und den Auslaß von
Frisch- und Abgasen. Der Kolbenbolzen bzw. Drehschieber wird
dabei so angetrieben, daß er sich in einem Verbrennungs
zyklus sowohl eine Viertakt-Brennkraftmaschine als auch eine
Zweitakt-Brennkraftmaschine ein einziges Mal um seine Achse
dreht. Dies erfolgt dabei durch den im einzelnen noch
erläuterten, verwendeten Zahnradantrieb, welcher die
Ableitung der Drehbewegung des Kolbenbolzens bzw. Dreh
schiebers aus dem Antrieb der Kurbelwelle 4 bewirkt.
Der Zahnradantrieb ist dabei jeweils so ausgelegt, daß aus
der Drehung der Kurbelwelle eine gleichmäßige fortlaufende
Drehung des Kolbenbolzens bzw. Drehschiebers im Kolben
abgeleitet ist, wobei dies mit einer hohen Drehgeschwindig
keit erfolgen kann, da erfindungsgemäß auf komplizierte
Steuerungs-Bauelemente wie Nockenwellen, Stößel, Stößel
stangen, Kipphebel, Ventile und vor allem auf höhere
Drehzahlen von Motoren begrenzende Rückstellfedern für die
Ventile verzichtet wird.
Durch diesen Antrieb des Kolbenbolzens bzw. Drehschiebers
und durch eine entsprechende Anordnung von Kanälen und
Öffnungen im Kolbenbolzen bzw. Drehschieber und im Kolben
selbst, wird dabei der Einlaß der Frischgase bzw. des
Auslassen der verbrannten Gase gesteuert, wobei die Ein- und
Abführung der Gase im mittleren Bereich der Kolbenlauffläche
erfolgt.
Bei einer Zweitakt-Brennkraftmaschine ergibt sich dabei der
Vorteil, daß bei einem relativ geringen Aufwand eine genau
definierte Trennung der Gasströme zwischen Frischgas und
Abgas erzeugt werden kann, was zu einer Leistungssteigerung
dieses Motorprinzips beiträgt.
Die kolbenintegrierte Steuerung gemäß Fig. 1 weist dabei
einen als Drehschieber arbeitenden Kolbenbolzen 3 auf,
welcher in einer Querbohrung 22 gemäß Fig. 2 im Kolben 1
drehbar gelagert ist. Er weist dabei Ausnehmungen, Kanäle
und Öffnungen auf, so daß er den Einlaß und den Auslaß von
Frisch- und Abgas über die Frischgasöffnung 53 und die
Abgasöffnung 54 steuert. Der Kolbenbolzen wird dabei über
ein Zahnradgetriebe 14, 15 und 16 derart angetrieben, daß er
sich im Kolben entsprechend dem Steuerzeiten dreht, um die
Steuerung des Motors zu übernehmen. Das Zahnradgetriebe für
die in Fig. 1 und 47 dargestellte Steuerung einer Viertakt-
Brennkraftmaschine weist dabei eine hohlkegelstumpfförmige
Welle 14 auf und für die Steuerung einer Zweitakt-Brenn
kraftmaschine eine Hohlzylinderwelle 17. An den Enden der
Hohlzylinderwelle und der hohlkegelstumpfförmigen Welle
befinden sich dabei Kegelzahnräder 15, 16 und 18, 19 (siehe
Fig. 1, 2, 3 und 47).
An den die Steuerung des Motors bewirkenden Kolbenbolzen 3,
41 gemäß Fig. 1 und 2 bzw. 44 gemäß Fig. 3 oder Dreh
schieber 50 gemäß Fig. 47 und 55, 56 gemäß Fig. 49 ist
dabei außermittig ein Kegelzahnrad 10, 57 fest angelegt und
somit mit dem Kolbenbolzen bzw. Drehschieber gleichzeitig
drehbar. Dieses Kegelzahnrad greift dabei in das obere
Kegelzahnrad 15 gemäß Fig. 1 bzw. 18 gemäß Fig. 2 und 3
oder in ein auf den Kolbenbolzen 41 frei drehbar gelagertes
Kegelzahnrad 60 gemäß Fig. 47, 48 und 49.
Da das obere Kegelzahnrad 15, 18 mit der kegelstumpfförmigen
Welle 14 bzw. der Hohlzylinderwelle 17 fest verbunden ist,
und gleiches für das untere Zahnrad 16, 19 gilt, welches mit
dem auf dem Lagerzapfen 8 der Kurbelwelle fest angelegten
Kegelzahnrad 9 kämmt, wird die Drehung der Kurbelwelle 4 in
einer Übersetzung entsprechend der Größe der Kegelzahnräder
in eine Drehung des Kolbenbolzens 3, 41, 44 gemäß Fig. 1-3
und des Drehschiebers 50 gemäß Fig. 47, 48 und 49 über
tragen.
Die Übersetzung bzw. Größe der verwendeten Kegelzahnräder
ist dabei derart gewählt, daß zur Steuerung einer Viertakt-
Brennkraftmaschine auf zwei Kurbelwellenumdrehungen einmal
die im Kolbenbolzen 3 und den Drehschieber 50, 55, 56
angelegten Einlaß- und Auslaßschlitze 23, 24 freigegeben
werden und bei der Steuerung einer Zweitakt-Brennkraft
maschine bei einer einzigen Kurbelwellenumdrehung einmal die
im Kolbenbolzen 41, 44 gemäß Fig. 2 und 3 angelegten
Einlaß- und Auslaßschlitze 42, 43 sowie 45, 46 und des
weiteren die Überströmschlitze 32, 33 bei einer Ausführung
der Zweitakt-Brennkraftmaschine gemäß Fig. 3 mit einer
Kurbelgehäusespülung.
Es kann dabei die Steuerung bei einer Viertakt-Brennkraft
maschine derart erfolgen, daß der Kolbenbolzen bzw. der
Drehschieber pro Verbrennungszyklus, also bei zwei Kurbel
wellenumdrehungen, sich um 360° dreht und daß der Kolben
bolzen bzw. Drehschieber sich bei einer Zweitakt-Brennkraft
maschine ebenfalls einmal dreht.
Bei der Steuerung der Viertakt-Brennkraftmaschine gemäß
Fig. 1, 47, 48 und 49 weist dabei die kegelstumpfförmige
Welle 14 ein oberes Kegelzahnrad 15 auf, welches im Ver
gleich zu den ansonst gleichgroßen Kegelzahnrädern 9, 10, 16
nur die Hälfte der Zahnung aufweist und somit halb so groß
ist.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 47, 48 und 49 ist dabei
das Kegelzahnrad 15 entsprechend nur mit der Hälfte der
Verzahnung versehen und somit halb so groß wie die Kegel
zahnräder 9, 16, 60, 57, 58 und 59, welche gleich groß sind.
In der Ausführung der Steuerung gemäß Fig. 2 und 3 sind
dagegen sämtliche Kegelzahnräder 9, 10, 18, 19 gleich groß,
so daß die Übersetzung 1 : 1 zwischen der Drehung des
Kegelzahnrades 19 und der Drehung des Kolbenbolzens 41, 44
gegeben ist.
Die kegelstumpfförmige Welle 14 und die Hohlzylinderwelle 17
werden dabei zur Montage über die Pleuelstange 11 gestülpt,
welche mit ihrer Pleuelstangenbuchse 13 auf dem Lagerzapfen
8 der Kurbelwelle 4 befestigt ist. Anschließlich wird die
Kurbelstange 11 mit ihrem Pleuelstangenkopf 12 an dem
Kolbenbolzen 3, 41, 44, 61 in der in Fig. 1, 2, 3 und 47
dargestellten Weise mittig befestigt.
Eine Vorrichtung entsprechend der kegelstumpfförmigen Welle
14 und der Hohlzylinderwelle 17 könnte dabei aber auch
seitlich außerhalb der Pleuelstange geführt und befestigt
sein, wobei insofern der Kraftschluß zwischen dem oberen und
unteren Zahnrad dieser Welle und dem Zahnrad auf dem
Lagerzapfen 8 der Kurbelwelle sowie dem Zahnrad 10, 60 auf
dem Kolbenbolzen 3, 61 bzw. dem Kolbenbolzen 41, 44 sicher
gestellt sein muß.
Von dem auf dem Lagerzapfen der Kurbelwelle fest ange
ordneten Zahnrad 9 aus bzw. dessen Verzahnung wird dabei die
kegelstumpfförmige Welle 14 und die Hohlzylinderwelle 17,
welche oben und unten Verzahnungen besitzt, wie ein Kardan
angetrieben und somit der ein mit dem oberen Zahnrad in
Kraftwirkung stehendes Zahnrad aufweisende Kolbenbolzen 3,
41, 44 gemäß Fig. 1, 2, 3 bzw. ein geometrischer Körper,
der als Drehschieber gemäß Fig. 47, 48, 49 arbeitet derart
angetrieben, daß er die Steuerfunktion des Motors übernimmt.
Dabei ist es auch möglich, den Mittelteil der Pleuelstange
11 derart zu gestalten, daß sie nicht nur die bisher
bekannte Funktion übernimmt, also die bei der Verbrennung
des Kraftstoff-Luftgemisches entstehende Schubkraft des
Kolbens auf die Kurbelwelle überträgt, sondern selber
als Kardan ausgebildet und als Drehmittler zwischen
Kurbelwelle und Kolbenbolzen fungiert.
Bei der vorliegenden Erfindung wird insofern der Kolben
bolzen 3, 41, 44 und der Drehschieber 50, 55, 56 derart
gelagert und angetrieben, daß er ein kontinuierlicher
fortlaufend rotierender Körper zur Steuerung des Motors
darstellt. Der Kolbenbolzen gemäß Fig. 1, 2 und 3 bzw.
Drehschieber gemäß Fig. 47, 48 und 49 wird dabei gezielt
gedreht, wobei der Kolbenbolzen als Steuerinstrument eine
weitere Funktion erhält.
Gemäß Fig. 1 weist dabei der Kolbenbolzen 3 einen Ansaug
raum 5 und einen Auslaßraum 6 auf, welche durch eine mittige
Trennwand voneinander getrennt sind. Der Ansaug- und
Auslaßraum 5, 6 öffnen sich dabei seitlich und weisen dabei
einen gleichbleibenden Innendurchmesser auf, welcher etwas
geringer als der Außendurchmesser des als Hohlzylinder
ausgebildeten Kolbenbolzens 3 ist.
Im Kolbenbolzenzylindermantel 25 sind dabei gemäß Fig. 8
ein Einlaßschlitz 23 und ein Auslaßschlitz 24 angelegt,
welche seitlich rechts bzw. links der dort durch Strichelung
angedeuteten Trennwand 7 angelegt sind. Rechts seitlich der
Trennwand 7 ist dabei die radial vorstehende Verzahnung des
auf den Kolbenbolzen 3 fest angelegten Zahnrades 10 ange
deutet. In Fig. 7 ist dabei dieser Aufbau in einem ver
größerten Querschnitt als Abschnitt wiedergegeben. Gemäß
Fig. 1 und Fig. 5 ist dabei in dem Kolbendeckel 26 eine
Einlaßöffnung 27 und Auslaßöffnung 28 angelegt, welche über
einen Kolbeneinlaßkanal 29 und einen Kolbenauslaßkanal 30
bis zum Kolbenbolzenzylindermantel 25 durch den Kolben
geführt sind und dort je nach Drehstellung des Kolbenbolzens
3 mit dem Einlaßschlitz 23 und dem Auslaßschlitz 24 in
Deckung bringbar sind, so daß Frischgase über die Frischgas
öffnung 53 in den Verbrennungsraum oberhalb des Kolben
deckels 26 einströmen können und die verbrannten Gase über
den Kolbenauslaßkanal 30 und den Auslaßraum 6 in die
Abgasöffnung 54 abströmen können.
In dem Kolben 1, 100, 101, 102, 103 sind dabei gemäß Fig. 1, 2, 3, 47
zusätzliche Ausnehmungen neben dem Kolbeneinlaß- und
Auslaßkanal und der Querbohrung 22 zur Lagerung des
Kolbenbolzens angelegt, wobei an der Unterseite des Kolbens
40 insofern eine Eintrittsöffnung 20, 21 zum Einbringen des
Kopfes der Pleuelstange 11 und der auf sie gesetzten
kegelstumpfförmigen Welle 14 oder hohlzylinderförmigen Welle
17 angelegt ist. Des weiteren ist mittig oberhalb des
Kolbenbolzens eine konzentrisch um diesen umlaufende
Ausnehmung angelegt, in welcher das Zahnrad 10 und 60 sowie
der Pleuelstangenkopf mit den nach oben oder seitlich vor
stehenden Teilen zur Aufnahme kommen.
Der Kolben 1 gemäß Fig. 1 sowie 102 und 103 gemäß Fig. 47,
48, 49 für eine Viertakt-Brennkraftmaschine als auch der
Kolben 101, 100 gemäß Fig. 2 und 3 für eine Zweitakt-
Brennkraftmaschine weisen dabei an ihrem äußeren Zylinder
mantel 34 gegenüberliegende, teilweise in Umfangsrichtung
umlaufende Ausnehmungen 35, 36 auf, welche sich seitlich
einem Bereich oberhalb und unterhalb des Kolbenbolzens
zusätzlich gemäß Fig. 4, 29-34 und 48, 49 erstrecken.
In diesen voneinander getrennten gegenüberliegenden Aus
nehmungen 35, 36 strömen dabei die Frischgase und die
verbrannten Gase, wobei auch bei einem Zweitakter eine genau
definierte Trennung der Gasströme zwischen Frischgas und
Abgas gegeben ist, was zu einer Leistungssteigerung dieses
Motorprinzips beiträgt. Die Höhe dieser Ausnehmungen 35, 36,
also die Abschnitte oberhalb und unterhalb der Querbohrung
22 zur Aufnahme des Kolbenbolzens 3, 41, 44 ist dabei derart
bemessen und die Anlage dieser Ausnehmungen im Zylinder
mantel 34 derart vorgenommen, daß bei Verschiebung des
Kolbens zwischen seinem oberen und unteren Todpunkt die
Frischgasöffnung 53 und Abgasöffnung 54 noch im Bereich der
Ausnehmungen 35, 36 liegen. Durch eine entsprechende
Bemessung der Höhe dieser Ausnehmungen können dabei die
Ausström- und Einströmzeiten für die Frischgase und die
verbrannten Gase verlängert werden.
Die Ausbildung des als Hohlkörper ausgebildeten Kolbenbolzen
41, 44 gemäß Fig. 2 und 3 für eine Zweitakt-Brennkraft
maschine ergibt sich dabei aus der Abwicklung des Kolben
bolzens gemäß Fig. 9 und 10. Während der für eine Gebläse
ladung vorgesehene Kolben 101 und Kolbenbolzen 41 gemäß
Fig. 2 entsprechend dem Kolbenbolzen 3 ausgebildet ist und
dabei lediglich etwas kleiner bemessene Einlaß- und Auslaß
schlitze 42, 43 aufweist, welche zu einem Ansaugraum 5 und
einem Auslaßraum 6 führen, der sich seitlich des Kolben
bolzens entsprechend dem Kolbenbolzen 3 öffnet,
ist der gemäß Fig. 3 im Kolben 100 verwendete Kolbenbolzen
44 gegenüber der Steuerung der Fig. 2 abgewandelt. Insofern
erfolgt die Ladung des Verbrennungsraumes in Fig. 3 über
eine Kurbelgehäusespülung, wobei in dem Kolben 101 gemäß
Fig. 2 zusätzlich seitlich zur Eintrittsöffnung 21 eine
Füllöffnung 37 zwischen Kolbenbolzen und Unterseite 40 des
Kolbens sowie auf der gegenüberliegenden Seite ein Kanal 39
angelegt ist.
Ansonsten entspricht der Aufbau des in Fig. 3 verwendeten
Kolbens 100 dem des Kolbens 101 der Fig. 2. Der Kolben
bolzen 44 weist dabei einen äußeren Ansaugraum 47 und einen
gegenüberliegenden Auslaßraum 48 auf, wobei zwischen diesen
ein Überströmraum 31 angelegt ist. Es sind insofern im
Kolbenbolzen 44 zwei Trennwandungen gegeben, wobei in Fig.
10 seitlich rechts und links der Abwicklung des Zahnrades 10
die Überströmschlitze 32, 33 angedeutet sind und seitlich
außerhalb der Trennwandungen der Einlaßschlitz und Auslaß
schlitz 45, 46.
In der schematischen Darstellung der Arbeitsweise der
kolbenintegrierten Steuerung für eine Viertakt-Brennkraft
maschine ist jeweils die Zuführung von Frischgas bzw.
verbrannter Gase durch Punktierung der entsprechenden
Gasmengen angedeutet. Es sind dabei jeweils die geöffneten
Einlaß- bzw. Auslaßöffnungen 27, 28 und Kolbeneinlaß- und
Kolbenauslaßkanäle 29, 30 sowie Einlaß- und Auslaßschlitze
23, 24 mit Bezugszeichen versehen. In den Fig. 17-28 ist
dabei in der oberen Reihe jeweils der im Querschnitt darge
stellte Zylinder 2 und in Draufsicht dargegebene Kolben
deckel 26 wiedergegeben sowie die Einlaßöffnung 27 und 28
des Kolbeneinlaß- und Kolbenauslaßkanales 28, 29. In dem
Fall, daß der unterhalb davon jeweils wiedergegebene
Kolbenbolzen eine derartige Drehstellung hat, daß sein
Einlaßschlitz 23 bzw. Auslaßschlitz 24 in Deckung mit der
Einlaßöffnung 27 bzw. Auslaßöffnung 28 gerät, ist dabei die
Einlaß- bzw. Auslaßöffnung 27, 28 schraffiert dargestellt
(siehe Fig. 19, 20 und 27, 28).
In den Fig. 29-34 ist dabei die schematische Dar
stellung der kolbenintegrierten Steuerung für eine Viertakt-
Brennkraftmaschine zusätzlich unter Darstellung des zur
Hälfte geschnittenen Zylinders 2 und des sich entsprechend
dem Verbrennungszyklus über eine Drehung der Kurbelwelle von
720° verschiebenden Kolbens 1 in Seitenansicht wiedergegeben.
Es ist dabei jeweils die Ausnehmung 35 seitlich in dem
Zylindermantel 34 des Kolbens 1 zu erkennen sowie die
dortige Mündung des als zylinderförmiger Hohlkörper ausge
bildeten Kolbenbolzens 3, wobei in Strichelung das auf
diesen fest angeordnete Zahnrad 10 und die Kolbeneinlaß- und
Kolbenauslaßkanäle 29, 30 dargestellt sind. Ferner erkennt
man den Einlaßschlitz 23 und den Auslaßschlitz 24 des
Kolbenbolzens.
Gemäß Fig. 3 ist dabei in den Fig. 35-40 in einer
schematischen Darstellung die kolbenintegrierte Steuerung
für eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Kurbelgehäuse
spülung dargestellt, wobei in 6 einzelnen Zeichnungen der
Verbrennungszyklus während des Kraftschubbeginns gemäß Fig.
35 bis zum Ende des Ansaugtaktes gemäß Fig. 40 dargestellt
ist. Der einen Überströmraum 31 sowie einen Ansaugraum 47
und einen Auslaßraum 48 aufweisende Kolbenbolzen 44 befindet
sich dabei in Fig. 35 in einer derartigen Drehstellung, daß
weder sein Einlaßschlitz 45 noch sein Auslaßschlitz 46 mit
der Öffnung des Kolbeneinlaß- und Kolbenauslaßkanals 29, 30
in Deckung ist. Entsprechendes gilt dabei für die Überström
schlitze 32, 33 der Überströmöffnung 31. Dagegen ist in
Fig. 36 der Kolbenauslaßkanal 30 mit dem Auslaßschlitz 46
in Deckung gebracht, so daß die verbrannten Gase über die
Ausnehmung 36 in die Abgasöffnung 54 ausströmen können.
Gemäß Fig. 37 befindet der Kolbenbolzen 44 sich dabei in
einer derartigen Drehstellung, daß ein Laden des Ver
brennungsraumes erfolgen kann, wobei dies über eine Ent
lüftung des Kurbelgehäuses erfolgt. Es ist dabei vom
Kugelgehäuse aus eine Verbindung über den Überströmraum 31
in den Kolbeneinlaßkanal 29 gegeben, wobei der Überström
schlitz 32 des Überströmraumes 31 in Deckung mit dem Kanal
39 an der Unterseite des Kolbens sich befindet, so daß das
Frischgas aus dem Kurbelgehäuse über den zweiten Überström
schlitz 32 und den Kolbeneinlaßkanal 29 in den Verbrennungs
raum gelangt.
Diese Öffnung der Kanäle und Drehstellung des Kolbenbolzens
44 ist dabei ebenfalls in Fig. 3& gegeben. In Fig. 39 ist
dabei der Beginn des Ansaugtaktes dargestellt, wobei die
Füllöffnung 37 an der Unterseite des Kolbens und der
Einlaßschlitze 45 im Ansaugraum 47 des Kolbenbolzens 44 in
Deckung sind.
In der schematischen Darstellung der kolbenintegrierten
Steuerung für eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Gebläse
ladung gemäß Fig. 41-46 erfolgt dabei ein Aufbau der
Steuerung gemäß Fig. 2, wobei ein Kolbenbolzen 41 verwendet
wird, welcher durch das Zahnradgetriebe 17, 18, 19 mit den
zusätzlichen Kegelzahnrädern 9 und 10 kontinuierlich während
des Verbrennungszyklusses gedreht wird. Es sind dabei wieder
im Zylindermantel 34 des Kolbens 101 zwei gegenüberliegende
Ausnehmungen 35, 36 angelegt, welche während der Ver
schiebung des Kolbens in Verbindung mit der Frischgasöffnung
53 und der Abgasöffnung 54 stehen, wobei mit einfachstem
Aufwand eine genaue definierte Trennung der Gasströme
zwischen Frischgas und Abgas erreicht wird. Es ist dabei
jeweils die Deckung der Einlaß- und Auslaßschlitze 23, 24
mit den Auslaßöffnungen 27, 28 des Kolbens durch Angabe der
Bezugsziffern angedeutet.
Der Gebläseanschluß erfolgt dabei an der Frischgasöffnung 53
und ist als solcher nicht dargestellt.
Bezugszeichenliste
1, 100, 101, 102, 103 Kolben
2 Zylinder
3 Kolbenbolzen (Fig. 1)
4 Kurbelwelle
5 Ansaugraum (Fig. 1, 2)
6 Auslaßraum (Fig. 1, 2)
7 Trennwand
8 Lagerzapfen der Kurbelwelle
9 Kegelzahnrad am Lagerzapfen der Kurbelwelle
10 Kegelzahnrad am Kolbenbolzen (Fig. 1, 2, 3)
11 Pleuelstange
12 Pleuelstangenkopf
13 Pleuelstangenlagerbuchse
14 Kegelstumpfförmige Welle
15, 16 oberes und unteres Kegelzahnrad am Kegelstumpf
14, 15, 16 Zahnradgetriebe (Fig. 1, 47)
17 Hohlzylinderwelle
18, 19 oberes und unteres Kegelzahnrad am Hohlzylinder
17, 18, 19 Zahnradgetriebe (Fig. 2, 3)
20 Öffnung an der Unterseite des Kolbens (Fig. 1, 47)
21 Öffnung an der Unterseite des Kolbens (Fig. 2, 3)
22 Querbohrung zur Lagerung des Kolbenbolzens (Fig. 1, 2, 3)
23 Einlaßschlitz (Fig. 1)
24 Auslaßschlitz (Fig. 1)
25 Kolbenbolzenzylindermantel
26 Kolbendeckel
27 Einlaßöffnung
28 Auslaßöffnung
29 Kolbeneinlaßkanal
30 Kolbenauslaßkanal
31 Überströmraum (Fig. 3)
32, 33 Überströmschlitze (Fig. 3, 10)
34 Zylindermantel des Kolbens
35, 36 gegenüberliegende Ausnehmungen am Zylinder mantel
37 Füllöffnung zwischen Kolbenbolzen und der Unter seite des Kolbens (Fig. 3, 40)
38 Ansaugöffnung im Kolbenbolzen (Fig. 3, 40)
39 Kanal an der Unterseite des Kolbens (Fig. 3, 40)
40 Unterseite des Kolbens
41 Kolbenbolzen (Fig. 2, Gebläseladung)
42 Einlaßschlitz des Kolbenbolzens (Fig. 2)
43 Auslaßschlitz (Fig. 2)
44 Kolbenbolzen (Fig. 3, Kurbelgehäusespülung)
45 Einlaßschlitz (Fig. 3)
46 Auslaßschlitz (Fig. 3)
47 Ansaugraum (Fig. 3)
48 Auslaßraum (Fig. 3)
49 Querbohrung im Kolben 102 (Fig. 47)
50 separater Drehschieber (Fig. 47)
51 Ansaugraum (Fig. 47)
52 Auslaßraum (Fig. 48)
53 Frischgasöffnung
54 Abgasöffnung
55, 56 Drehschieber (Fig. 49)
57 Kegelzahnrad am Drehschieber (50)
58 Kegelzahnrad am Drehschieber (55)
59 Kegelzahnrad am Drehschieber (56)
60 frei um den Kolbenbolzen (61) drehbares Kegelzahnrad
61 Kolbenbolzen (Fig. 47, 48, 49)
62 Kolbeneinlaßöffnung (Fig. 47)
63 Kolbenauslaßöffnung (Fig. 47)
64 axiale Eintrittsöffnung des Drehschiebers (50)
65 axiale Austrittsöffnung des Drehschiebers (50)
2 Zylinder
3 Kolbenbolzen (Fig. 1)
4 Kurbelwelle
5 Ansaugraum (Fig. 1, 2)
6 Auslaßraum (Fig. 1, 2)
7 Trennwand
8 Lagerzapfen der Kurbelwelle
9 Kegelzahnrad am Lagerzapfen der Kurbelwelle
10 Kegelzahnrad am Kolbenbolzen (Fig. 1, 2, 3)
11 Pleuelstange
12 Pleuelstangenkopf
13 Pleuelstangenlagerbuchse
14 Kegelstumpfförmige Welle
15, 16 oberes und unteres Kegelzahnrad am Kegelstumpf
14, 15, 16 Zahnradgetriebe (Fig. 1, 47)
17 Hohlzylinderwelle
18, 19 oberes und unteres Kegelzahnrad am Hohlzylinder
17, 18, 19 Zahnradgetriebe (Fig. 2, 3)
20 Öffnung an der Unterseite des Kolbens (Fig. 1, 47)
21 Öffnung an der Unterseite des Kolbens (Fig. 2, 3)
22 Querbohrung zur Lagerung des Kolbenbolzens (Fig. 1, 2, 3)
23 Einlaßschlitz (Fig. 1)
24 Auslaßschlitz (Fig. 1)
25 Kolbenbolzenzylindermantel
26 Kolbendeckel
27 Einlaßöffnung
28 Auslaßöffnung
29 Kolbeneinlaßkanal
30 Kolbenauslaßkanal
31 Überströmraum (Fig. 3)
32, 33 Überströmschlitze (Fig. 3, 10)
34 Zylindermantel des Kolbens
35, 36 gegenüberliegende Ausnehmungen am Zylinder mantel
37 Füllöffnung zwischen Kolbenbolzen und der Unter seite des Kolbens (Fig. 3, 40)
38 Ansaugöffnung im Kolbenbolzen (Fig. 3, 40)
39 Kanal an der Unterseite des Kolbens (Fig. 3, 40)
40 Unterseite des Kolbens
41 Kolbenbolzen (Fig. 2, Gebläseladung)
42 Einlaßschlitz des Kolbenbolzens (Fig. 2)
43 Auslaßschlitz (Fig. 2)
44 Kolbenbolzen (Fig. 3, Kurbelgehäusespülung)
45 Einlaßschlitz (Fig. 3)
46 Auslaßschlitz (Fig. 3)
47 Ansaugraum (Fig. 3)
48 Auslaßraum (Fig. 3)
49 Querbohrung im Kolben 102 (Fig. 47)
50 separater Drehschieber (Fig. 47)
51 Ansaugraum (Fig. 47)
52 Auslaßraum (Fig. 48)
53 Frischgasöffnung
54 Abgasöffnung
55, 56 Drehschieber (Fig. 49)
57 Kegelzahnrad am Drehschieber (50)
58 Kegelzahnrad am Drehschieber (55)
59 Kegelzahnrad am Drehschieber (56)
60 frei um den Kolbenbolzen (61) drehbares Kegelzahnrad
61 Kolbenbolzen (Fig. 47, 48, 49)
62 Kolbeneinlaßöffnung (Fig. 47)
63 Kolbenauslaßöffnung (Fig. 47)
64 axiale Eintrittsöffnung des Drehschiebers (50)
65 axiale Austrittsöffnung des Drehschiebers (50)
Claims (33)
1. Kolbenintegrierte Steuerung für Zweitakt- oder Viertakt-
Brennkraftmaschinen, bei welchen die Steuerung durch
einen als Drehschieber arbeitenden Kolbenbolzen bewirkt
wird, welcher den Antrieb der Kurbelwelle vermittelt und
als ein im Kolben drehbarer und mit Ausschnitten ver
sehener Hohlkörper ausgebildet ist, in welchen das
Gasgemisch auf der einen Seite in einen Ansaugraum axial
eintritt und aus welchem die Verbrennungsgase auf der
anderen Seite aus einem Auslaßraum axial abziehen,
dadurch gekennzeichnet, daß
an dem Kolbenbolzen (3, 100, 101) ein zusammen mit diesem
drehbares Zahnrad (10) fest angelegt ist, welches
unmittelbar über ein Zahnradgetriebe (14, 15, 16; 17, 18, 19)
oder ein Kettenantrieb zur Herbeiführung der Drehbewegung
mit einem an einem Lagerzapfen (8) der Kurbelwelle (4)
befestigtes, radial vorstehendes Zahnrad (9) unter
Ableitung der Drehbewegung aus dem Antrieb der Kurbel
welle (4) in Kraftwirkung steht.
2. Kolbenintegrierte Steuerung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
das an dem Kolbenbolzen angelegte Zahnrad (10) als radial
vorstehender, über den Umfang des Zylindermantels (34)
des Kolbenbolzens (3, 100, 101) geführter Zahnkranz
ausgebildet ist.
3. Kolbenintegrierte Steuerung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Zahnradgetriebe (14, 15, 16) für ein Viertaktmotor das
auf dem Kolbenbolzen (3) radial nach außen vorstehende, fest
angelegte Zahnrad (10) als Kegelzahnrad mit einem in
einer Ebene um 9° versetzten Kegelzahnrad (15) kämmt,
welches auf dem oberen Ende einer nach dort konisch
zulaufenden durch eine Öffnung des Kolbens bis unter den
Kolbenbolzen (3) geführten kegelstumpfförmigen Welle
(14) angelegt ist, welche zur Pleuelstange (11) in
Längsrichtung bis zur Pleuelstangenlagerbuchse (13)
geführt ist und an diesem Ende ein zum oberen Kegelzahn
rad (15) in einer parallelen Ebene angeordnetes, über den
Außenmantel radial vorstehendes, fest angelegtes Kegel
zahnrad (16) aufweist, das mit dem auf dem Lagerzapfen
(8) der Kurbelwelle fest angelegten Kegelzahnrad (9)
kämmt, wobei die Übersetzung 1 : 2 ist, und somit der
Kolbenbolzen (3) sich lediglich um eine halbe Umdrehung
gegenüber der der Kurbelwelle (4) dreht.
4. Kolbenintegrierte Steuerung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
zum Antrieb einer Zweitakt-Brennkraftmaschine das
Zahnradgetriebe (17, 18, 19) eine Hohlzylinderwelle (17)
aufweist, welche die Pleuelstange (11) umgibt und an
ihrem oberen Ende durch eine Öffnung (21) des Kolbens
(100, 101) bis unter den Kolbenbolzen (41, 44) geführt ist
und dort ein an ihr fest angeordnetes Kegelzahnrad (18)
und an ihrem anderen Ende ebenfalls ein fest ange
ordnetes, parallel zum oberen Kegelzahnrad (18) aus
gerichtetes Kegelzahnrad (19) aufweist, welches mit einem
oberen am Kolbenbolzen (41, 44) fest angeordneten, radial
vorstehenden Kegelzahnrad (10) bzw. mit einem an dem
Lagerzapfen (8) der Kurbelwelle fest angeordneten, radial
vorstehenden Kegelzahnrad kämmt, wobei die Übersetzung
1 : 1 ist.
5. Kolbenintegrierte Steuerung nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Kolbenbolzen (3; 61) in der Mitte des Kolbens eine
Trennwand (7) aufweist, so daß sich dieser seitlich nach
rechts und links über einen Ansaug- und Auslaßraum (5, 6)
axial öffnet, und wobei zu diesen Räumen im Kolben
bolzenzylindermantel seitlich zumindest ein Einlaß- oder
ein Auslaßschlitz (23, 24) angelegt ist.
6. Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 1
bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Kolbenbolzen (44) einen äußeren Ansaugraum (47) und
einen Auslaßraum (48) sowie einen mittleren Überströmraum
(31) aufweist, wobei in der zylinderförmigen Außenwandung
(25) des Kolbenbolzens (44) im Bereich des Ansaug- oder
Auslaßraumes (47, 48) zumindest ein Einlaß- bzw. Auslaß
schlitz (45, 46) angelegt ist, und in dem mittleren
Überströmraum (31) zumindest zwei um 180° versetzt im
Mantel angelegte Überströmschlitze (32, 33), über welche
das Einlassen der Frischgase aus dem Kurbelwellenraum in
den Verbrennungsraum bei geeigneter Drehstellung ermög
licht ist.
7. Kolbenintegrierte Steuerung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Kolbenbolzen (3) sowohl zur Steuerung eines Zweitakt
als auch eines Viertakt-Verbrennungsmotors verwendet
wird, wobei als Zweitakt-Verbrennungsmotor ein solcher
mit Gebläseladung verwendet ist.
8. Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 1
bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
in dem Kolbendeckel (26) des Kolbens (1, 100, 101)
mindestens eine Einlaß- und Auslaßöffnung (27, 28)
angelegt ist, welche über zumindest einen Kolbeneinlaß- und
einen Kolbenauslaßkanal (29, 30) bis zur Außenseite
des Kolbenbolzens (3, 41, 44) geführt und dort mit dem
dort jeweils mündenden Einlaß- und Auslaßschlitz (23, 24;
41, 43; 45, 46) bei bestimmter Drehung des Kolbenbolzens in
Deckung bringbar sind.
9. Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 1
bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
seitlich neben dem auf der Zylindermantel (25) des
Kolbenbolzens (3, 41, 44) angelegten Zahnrad (10) der
Pleuelstangenkopf (12) gelagert ist, wobei eine axiale
Festlegung der Anordnung aus diesen beiden Teilen eine
Zentrierung des Kolbenbolzens (3, 41, 44) in Längsrichtung
bewirkt.
10. Kolbenintegrierte Steuerung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
in dem Material des Kolbens (1, 100, 101) eine Ausnehmung
angelegt ist, welche die Anordnung aus Zahnrad (10) und
Pleuelstangenkopf (12) umgibt.
11. Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 1
bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
zur Verlängerung der Füll- und Entleerungszeit an dem
äußeren Zylindermantel (34) des Kolbens (1, 100, 101) zwei
gegenüberliegende, in Umfangsrichtung teilweise um
laufende Ausnehmungen (35, 36) angelegt sind, welche sich
seitlich in einen Bereich oberhalb und unterhalb des
Kolbenbolzens (3, 41, 44) erstrecken.
12. Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 6
bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß
an der Unterseite (40) quer durch die dortige Wandung
des Kolbens (100) ein Füllkanal (47) angelegt ist,
welcher sich vom Bereich des Ansaugraumes (47) des
Kolbenbolzens (100) unterhalb der dortigen Ansaugöffnung
(38) bis in den Kurbelraum im Ansaugtakt erstreckt.
13. Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 6
bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß
zum Laden des Verbrennungsraumes in dem Bereich der
Wandung an der Unterseite (40) des Kolbens (100) bis zur
Querbohrung (22) zur Aufnahme des Kolbenbolzens (44)
ein Kanal (39) angelegt ist, welcher vom Kurbelraum bis
zum mittleren Überströmraum (31) geführt ist und dort in
Deckung mit dem unteren Überströmschlitz (32) des
Kolbenbolzens (44) bringbar ist.
14. Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 11
bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß
die in dem Zylindermantel (34) des Kolbens angelegte Aus
nehmungen (35, 36) getrennt für den Bereich der Öffnung
des Ansaugraumes (5) und den Bereich der Öffnung des
Auslaßraumes (6) jeweils in die Frischgas- bzw. Abgas
öffnung (53, 54) des Motors übergehen, welche in der
Zylinderwandung münden.
15. Kolbenintegrierte Steuerung für Zweitakt- oder Viertakt-
Brennkraftmaschinen, bei welchen die Steuerung durch
zumindest einen Drehschieber bewirkt wird, der als im
Kolben drehbarer und mit Ausschnitten versehener Hohl
körper ausgebildet ist, in welchen das Gasgemisch auf der
einen Seite in einen Ansaugraum axial eintritt und/oder
aus welchem die Verbrennungsgase auf der anderen Seite
aus einem Auslaßraum axial abziehen, und wobei der
Antrieb des Drehschiebers durch die Kurbelwelle ver
mittelt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Anordnung des oder der Drehschieber (50, 55, 56) in
mindestens einer Parallelebene zum Kolbenbolzen (61)
zwischen diesem und dem Kolbendeckel (26) gegeben ist und
daß zumindest an einem der Drehschieber (50, 55, 56) ein
zusammen mit diesem drehbares, fest an diesem ange
ordnetes Zahnrad (57, 58, 59) angelegt ist, welches über
ein Zahnradgetriebe (14, 15, 16) zur Herbeiführung der
Drehbewegung des oder der Drehschieber (50, 55, 56) mit
einem an einem Lagerzapfen der Kurbelwelle befestigten,
radial vorstehenden Zahnrad (9) unter Ableitung der
Drehbewegung aus dem Antrieb der Kurbelwelle (4) in
Kraftwirkung steht.
16. Kolbenintegrierte Steuerung nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, daß
in dem Kolben (103) ein Drehschieber (56) für die
Zuführung von Frischgas und ein Drehschieber (55) für die
Abführung von Abgas angelegt ist, wobei in dem einen
Drehschieber (56) der Ansaugraum und in dem anderen
Drehschieber der Auslaßraum angelegt ist, welche sich
seitlich zum äußeren Zylindermantel des Kolbens öffnen,
und daß beide Drehschieber (55, 56) über das gleiche
Zahnradgetriebe (14, 15, 16) angetrieben werden.
17. Kolbenintegrierte Steuerung nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, daß
auf dem Kolbenbolzen (61) ein frei drehbares Zahnrad
(60) angelegt ist, welches mittelbar in Kraftwirkung mit
dem auf dem Lagerzapfen (8) der Kurbelwelle (4) be
festigten, radial vorstehenden Zahnrad (9) steht sowie
des weiteren in unmittelbarer Kraftwirkung mit dem an
einem oder beiden Drehschiebern (55, 56) fest angeordneten,
mit diesem drehbaren Zahnrad (58, 59).
18. Kolbenintegrierte Steuerung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet, daß
einer der Drehschieber mit dem auf dem Kolbenbolzen frei
drehbar angeordneten Zahnrad in Kraftwirkung steht und
daß der zweite Kolbenbolzen einen fest an ihm ange
ordnetes Zahnrad oder einen über seinen Umfang er
streckten Zahnkranz aufweist, welches mit einem an dem
ersten Drehschieber fest angeordneten Zahnrad mittelbar
oder unmittelbar in Kraftwirkung steht.
19. Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 16 -
18,
dadurch gekennzeichnet, daß
die beiden verwendeten Drehschieber (55, 56) parallel
zueinander im Abstand angeordnet sind.
20. Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 17
bis 19,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Zahnradgetriebe zum Antrieb des Drehschiebers zur
Steuerung eines Viertaktmotors das auf dem Kolbenbolzen
(61) frei drehbar angeordnete Zahnrad (60) radial nach
außen vorsteht und als Kegelzahnrad mit einem in einer
Ebene um 90° versetzten Kegelzahnrad (15) kämmt, welches
auf dem oberen Ende einer nach dort konisch zulaufenden,
durch eine Öffnung (20) des Kolbens (102) bis unter den
Kolbenbolzen (61) geführten kegelstumpfförmigen Welle (14)
angelegt ist, welche zur Pleuelstange in Längsrichtung
bis zur Pleuelstangenlagerbuchse (13) geführt ist und an
diesem Ende ein zum oberen Kegelzahnrad (15) in einer
parallelen Ebene angeordnetes, über den Außenmantel der
Welle (14) radial vorstehendes, fest angelegtes Kegel
zahnrad (16) aufweist, das mit dem auf dem Lagerzapfen
(8) fest angelegten Kegelzahnrad (9) kämmt, wobei die
Übersetzung 1 : 2 ist, und somit der Kolbenbolzen (61)
und der oder die Drehschieber (50, 55, 56) sich lediglich
um eine halbe Umdrehung gegenüber der der Kurbelwelle (4)
drehen.
21. Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 17
bis 19,
dadurch gekennzeichnet, daß
zum Antrieb einer Zweitakt-Brennkraftmaschine das
Zahnradgetriebe (17, 18, 19) eine Hohlzylinderwelle (17)
aufweist, welche die Pleuelstange (11) umgibt und an
seinem oberen Ende durch eine Öffnung (20) des Kolbens
(102) bis unter den Kolbenbolzen (61) geführt ist und
dort ein an ihm fest angeordnetes Kegelzahnrad (18) und
an seinem anderen Ende ebenfalls ein fest angeordnetes,
parallel zum oberen Kegelzahnrad (18) ausgerichtetes
Kegelzahnrad (19) aufweist, welches mit dem am oberen
Kolbenbolzen drehbar angeordneten, radial vorstehenden
als Kegelzahnrad ausgebildeten Zahnrad (60) bzw. mit
einem an dem Lagerzapfen (8) der Kurbelwelle fest
angeordneten, radial vorstehenden als Kegelzahnrad
ausgebildeten Zahnrad (9) kämmt, wobei diese Zahnräder
(9, 18, 19, 60) und das Zahnrad (57) des oder der Dreh
schieber gleichgroß sind und die Übersetzung 1 : 1 ist.
22. Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 15
bis 20,
dadurch gekennzeichnet, daß
bei Verwendung lediglich eines einzigen Drehschiebers
(50) dieser etwa in seiner Mitte eine Trennwand (7)
aufweist, so daß sich dieser seitlich nach rechts und
links über einen Ansaug- und Auslaßraum (5, 6) axial
öffnet, und wobei in diesen Räumen am äußeren Zylinder
mantel (25) des Drehschiebers seitlich zumindest ein
Einlaß- und ein Auslaßschlitz (23, 24) angelegt ist.
23. Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 15
bis 21,
dadurch gekennzeichnet, daß
bei Verwendung eines einzigen Drehschiebers dieser einen
äußeren Ansaugraum und einen Auslaßraum (47, 48) sowie
einen mittleren Überströmraum (31) aufweist, oder daß bei
Verwendung von zwei Drehschiebern bei einem Drehschieber
neben einem seitlichen Einlaß- oder Auslaßraum etwa
mittig ein mittlerer Überströmraum angelegt ist,
wobei in der zylinderförmigen Außenwandung des jeweiligen
Drehschiebers im Bereich des Einlaß- bzw. Auslaßraumes
zumindest ein Einlaß- oder Auslaßschlitz (45, 46) angelegt
ist, und in dem mittleren Überströmraum (31) zumindest
zwei um 180° versetzte, im Mantel angelegte Überström
schlitze (32, 33), über welche das Einlassen der Frisch
gase aus dem Kurbelwellenraum in den Verbrennungsraum bei
geeigneter Drehstellung ermöglicht ist.
24. Kolbenintegrierte Steuerung nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Drehschieber (50) sowohl zur Steuerung eines Zweitakt
als auch eines Viertakt-Verbrennungsmotors verwendet
wird, wobei als Zweitakt-Verbrennungsmotor ein solcher
mit Gebläseladung verwendet ist.
25. Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 15
bis 24,
dadurch gekennzeichnet, daß
in dem Kolbendeckel (26) des Kolbens (102) mindestens
eine Einlaß- und Auslaßöffnung (62, 63) angelegt ist,
welche über zumindest einen Kolbeneinlaß- und einen
Kolbenauslaßkanal bis zur Außenseite des oder der
Drehschieber (61) geführt und dort mit dem dort jeweils
mündenden Einlaß- und Auslaßschlitz (23, 24; 45, 46) sowie
einen gegebenenfalls vorgesehenen Überströmschlitz
(32, 33) bei bestimmter Drehung des Drehschiebers (50) in
Deckung bringbar sind.
26. Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 15
bis 25,
dadurch gekennzeichnet, daß
seitlich neben dem auf der Zylindermantelfläche des
Kolbenbolzens (61) angelegten frei drehbaren Zahnrad (60)
der Pleuelstangenkopf (12) gelagert ist, wobei eine
axiale Festlegung der Anordnung aus diesen beiden Teilen
eine Zentrierung des Kolbenbolzens (61) in Längsrichtung
bewirkt.
27. Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 15
bis 26,
dadurch gekennzeichnet, daß
in dem Material des Kolbens (102, 103) Querbohrungen
(22, 49) angeordnet sind, in welchen der oder die Dreh
schieber (50) und der Kolbenbolzen (61) angeordnet sind,
sowie Ausnehmungen, in welche die Anordnung der den
Kolbenbolzen (61) und den oder die Drehschieber (50)
umgebenden Zahnräder (60, 57) und des Pleuelstangenkopfes
(12) erfolgt.
28. Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 15
bis 27,
dadurch gekennzeichnet, daß
zur Verlängerung der Füll- und Entleerungszeit an dem
äußeren Zylindermantel des Kolbens (102, 103) zwei
gegenüberliegende, in Umfangsrichtung teilweise um
laufende Ausnehmungen (35, 36) angelegt sind, welche sich
seitlich in einem Bereich oberhalb und unterhalb der
axialen Eintritts- bzw. Austrittsöffnung (64, 65) der oder
des Drehschiebers (50, 55, 56) erstrecken.
29. Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 23
bis 28,
dadurch gekennzeichnet, daß
an der Unterseite quer durch die dortige Wandung des
Kolbens (102, 103) ein Füllkanal angelegt ist, welcher
sich vom Bereich des Ansaugraumes (47) des Drehschiebers
unterhalb der dortigen Ansaugöffnung (38) bis in den
Kurbelraum erstreckt.
30. Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 23
bis 29,
dadurch gekennzeichnet, daß
zum Laden des Verbrennungsraumes in dem Bereich der
Wandung an der Unterseite des Kolbens (102, 103) bis zur
Querbohrung zur Aufnahme des Drehschiebers ein Kanal (39)
angelegt ist, welcher vom Kurbelraum bis zum mittleren
Überströmraum (31) geführt ist und dort in Deckung mit dem
unteren Überströmschlitz (32) des Drehschiebers bei
geeigneter Drehstellung bringbar ist.
31. Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 28
bis 30,
dadurch gekennzeichnet, daß
die in dem Zylindermantel des Kolbens (102, 103) angelegten
Ausnehmungen (35, 36) getrennt für den Bereich der
Eintrittsöffnung (64) des Ansaugraumes und den Bereich der
Austrittsöffnung (65) des Auslaßraumes jeweils in die
Frischgas- bzw. Abgasöffnung (53, 54) des Motors übergehen,
welche in der Zylinderwandung mündet.
32. Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 15
bis 31,
dadurch gekennzeichnet, daß
bei Anlage mehrerer Drehschieber (55, 56) einer davon der
Kolbenbolzen (61) ist.
33. Zweitakt- oder Viertakt-Verbrennungskraftmaschine mit
einer kolbenintegrierten Steuerung, welche durch zu
mindest einen Drehschieber bewirkt wird, der als im Kolben
drehbarer und mit Ausschnitten versehener Hohlkörper
ausgebildet ist, in welchem das Gasgemisch auf der einen
Seite in einen Ansaugraum axial eintritt und/oder aus
welchem die Verbrennungsgase auf der anderen Seite aus
einem Auslaßraum axial abziehen, und wobei der Antrieb
des Drehschiebers durch die Kurbelwelle vermittelt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Steuerung nach einem der Ansprüche 1-32 ausgebildet
ist.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19515695A DE19515695C2 (de) | 1994-10-20 | 1995-04-28 | Kolbenintegrierte Steuerung für eine Zweitakt- oder Viertakt-Brennkraftmaschine |
PCT/DE1995/001505 WO1996012875A1 (de) | 1994-10-20 | 1995-10-19 | Kolbenintegrierte steuerung für zweitakt- oder viertakt-brennkraftmaschinen sowie brennkraftmaschine mit einer derartigen steuerung |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4437509 | 1994-10-20 | ||
DE19515695A DE19515695C2 (de) | 1994-10-20 | 1995-04-28 | Kolbenintegrierte Steuerung für eine Zweitakt- oder Viertakt-Brennkraftmaschine |
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Publication Number | Publication Date |
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DE19515695A1 true DE19515695A1 (de) | 1996-05-09 |
DE19515695C2 DE19515695C2 (de) | 1998-07-02 |
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ID=6531263
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DE19515695A Expired - Fee Related DE19515695C2 (de) | 1994-10-20 | 1995-04-28 | Kolbenintegrierte Steuerung für eine Zweitakt- oder Viertakt-Brennkraftmaschine |
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Country | Link |
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DE (1) | DE19515695C2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE19615594A1 (de) * | 1996-04-19 | 1997-10-23 | Dirk Loehr | Kolbenintegrierte Steuerung für Zweitakt- oder Viertakt-Brennkraftmaschinen sowie Brennkraftmaschine mit einer derartigen Steuerung |
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- 1995-04-28 DE DE19515695A patent/DE19515695C2/de not_active Expired - Fee Related
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DE19515695C2 (de) | 1998-07-02 |
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