DE19523114A1 - Verbrennungsmotor mit Hubkolben und einer Ventilanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit Hubkolben und einer Ventilanordnung zur Steuerung von Ein- und Auslaß der Gase in und aus einem Ver­ brennungsraum, einer Schmiermittelfördereinrichtung und einem Kurbeltrieb mit Kurbelgehäuse und Pleuel.

Im Stand der Technik sind Verbrennungsmotoren der eingangs genannten Art in vielfältigen Ausführungen bekannt. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades und der Motorleistung ist es erforderlich, die wirksa­ men Strömungsquerschnitte von Ein- und Auslaßventil möglichst groß zu gestalten. Hierzu sind insbeson­ dere Mehrventilanordnungen bekannt. Bei diesen An­ ordnungen werden für den Einlaß pro Zylinder bis zu drei Ventile und für den Auslaß ein oder zwei Ven­ tile verwendet.

Nachteilig ist hierbei, daß für die Mehrventilan­ ordnungen ein hoher fertigungstechnischer Aufwand erforderlich ist und eine aufwendige Steuerungsan­ ordnung zur Steuerung der Ventile über Nocken benö­ tigt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verbrennungsmo­ tor anzugeben, der die Ventilsteuerung in einfacher Weise ermöglicht und mit dem ein hoher Gasdurchsatz erreicht wird. Der Motor soll außerdem eine effek­ tive Schmierung ermöglichen.

Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe da­ durch, daß der sich unterhalb des Kolbens befin­ dende Hubraumabschnitt gegenüber dem Kurbelgehäuse abgetrennt ist, wobei das Pleuel an einer eine Gleitbewegung ermöglichenden Dichtungseinrichtung durch die Abtrennung geführt ist und mindestens ein Ventil durch den im Verbrennungsraum entstehenden Über- bzw. Unterdruck gesteuert wird.

Hierbei ist vorteilhaft, daß ein großer Gasdurch­ satz erreicht wird und die Steuerung des Motors mit einfachen Mitteln, nämlich mit nur einem großen Auslaßventil und mit nur einer Nockenwelle im Zy­ linderkopf des Motors, erfolgen kann.

Das Einlaßventil kann im Kolbenkopf untergebracht werden, wodurch ein schneller Einlaß und Ausstoß der Gase erreicht wird und weniger bewegte Teile zur Steuerung der Motorspülung erforderlich sind.

Ferner ist es möglich, daß das durch den im Ver­ brennungsraum entstehenden Über- bzw. Unterdruck gesteuerte Ventil in einem Zylinderkopf angeordnet ist und über eine Gasführungsleitung mit einem Saugventil verbunden ist, welches die Verbindung mit dem sich unterhalb des Kolbens befindenden Hub­ raumabschnitt steuert.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsge­ mäßen Verbrennungsmotors sieht vor, daß der Schmierstoff durch Bohrungen im Pleuel an die zu schmierenden Flächen zwischen Kolben und Zylinder geführt wird, wobei der Schmierstoff angesaugt wird.

Dadurch wird eine effektive Schmierung gewährlei­ stet. Vorteilhaft ist ferner, daß eine exaktere Do­ sierung der Schmierstoffzufuhr je nach Erfordernis möglich und der Aufwand zur Herstellung des Motores weiter verringert wird.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines Aus­ führungsbeispieles näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch den erfindungsge­ mäßen Motor bei einer Ausgestaltung als Zweitaktmotor,

Fig. 2 die gleiche Anordnung beim Erreichen des oberen Totpunktes durch den Kolben,
die Fig. 3 bis 6 Anordnungen des erfindungs­ gemäßen Motors in Viertaktausführung mit im Kolben eingebauten Durchlaßventil und einem von einer Nockenwelle gesteuerten Auslaßventil mit verschiedenen Arten der Schmierung und
die Fig. 7 bis 10 eine erfindungsgemäße Mo­ toranordnung in Viertaktausführung mit einem Saug- und Druckventil zur Steuerung der Luftzu­ fuhr am Zylinder unterhalb des Kolbens und mit Einlaß- und Auslaßventil am Zylinderkopf.

Bei den in den Fig. 1 und 2 erläuterten Zweitaktmotor entweichen die verbrannten Gase bei geschlossenem Ansaugventil 1 dadurch, daß sich das Kolbenventil 2 öffnet und die Luft in die Brenn­ kammer 3 nachströmt. Der Kolben 11 weist vier Dich­ tungsringe auf, wobei die mittleren Dichtungsringe schräg angeordnet sind, um eine Berührung mit den Ein- bzw. Auslaßkanälen zu verhindern. Der obere Dichtungsring 4 dient zur Abdichtung der Verbren­ nungsgase, die mittleren Ringe sind als Ölab­ streifringe 5 vorgesehen und gewährleistet, daß der Schmierstoff zwischen den Ringen an der Kolben­ bzw. Zylinderwand verteilt wird. Der untere Dich­ tungsring 6 dient zur Abdichtung des unteren Berei­ ches des Motors, wodurch die Luftkompression ermög­ licht wird. Das Kurbelgehäuse 7 ist gegenüber dem Arbeitsraum des Zylinders hermetisch abgedichtet. Das Pleuel 7 ist hierzu mit einer Pleueldichtung 9 versehen und besteht aus zwei Pleuelstangen, die durch ein Gelenk 10 miteinander verbunden sind.

Durch im Kolben 11 und im Pleuel 8 angebrachte Boh­ rungen erfolgt die Schmierstoffzuführung. Im oberen Bereich des Kolbens 11 ist das Kolbenventil 2 ange­ ordnet, das durch die Druckverhältnisse in der Ver­ brennungskammer und durch die Trägheit des Ventils bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens geschlossen und bei der Abwärtsbewegung des Kolben geöffnet ist, so daß die erforderliche Verbrennungsluft über das Ansaugventil 1 angesaugt oder bei geschlossenem Kolbenventil 2 in der Brennkammer 3 verdichtet wer­ den kann.

Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens öffnet sich das Ventil 2 nach dem der Auslaßkanal für die Verbren­ nungsgase geöffnet ist und der Überdruck, der das Ventil 2 schließt, entweichen kann. Der Überdruck in der Innenkammer des Kolbens 11 öffnet das Ein­ laßventil 2 und die Frischluft strömt in die Ver­ brennungskammer ein. Das Ansaugventil 1 ist dabei geschlossen und verhindert so das Zurückströmen der Frischluft in den Luftzufuhrkanal. Bei der Auf­ wärtsbewegung des Kolbens 11 entsteht ein Unter­ druck in der Innenkammer des Kolbens, wodurch über das Ventil 1 neue Luft in die Innenkammer des Kol­ bens 11 strömt. Das Ventil 2 ist dabei geschlossen, so daß die Verbrennungsgase in der Brennkammer kom­ poniert werden. Das Ventil 1 wird ebenfalls durch den bestehenden Über- bzw. Unterdruck gesteuert.

Der Schierstoff wird über Bohrungen zwischen die Dichtungsringe des Kolbens geführt. Der Schmier­ stoff verbleibt dabei zwischen den Ringen und ge­ währleistet die Schmierung der Zylinderinnenwand bei der Auf-und-Ab-Bewegung des Kolbens 11. Die Dichtungsringe sind in der dargestellten Ausführung als Zweitaktmotor schräg angeordnet, damit die ge­ samte Kolbenmantelseite mit Schmierstoff versorgt wird und gleichzeitig gewährleistet wird, daß kein Schmierstoff in die Abgaskanäle gelangt. Der über­ flüssige Schmierstoff wird über Zylinderbohrungen 12 und der Pleuelstangenbohrungen 13 zurückgeführt. Da der überflüssige Schmierstoff nicht in die Ab­ gase gelangt, wird ein gegenüber herkömmlichen Zweitaktmotoren sehr viel sauberes Gasgemisch vom Motor ausgestoßen, so daß die Umwelt dadurch we­ sentlich entlastet wird.

In den Fig. 3 bis 5 ist die Arbeitsweise bei ei­ nem Viertaktmotor erläutert. Im oberen Bereich des Kolbens 11 ist ein Kolbenventil 2 angebracht. Über die Bohrungen im Kolben werden durch dessen Bewe­ gung die Verbrennungsgase und der Schmierstoff zu den Wänden des Zylinders und zu den bewegten Teilen des Kolbens geführt sowie die Frischluft in die Brennkammer eingeführt und verdichtet.

Die Nockenwellensteuerung ist nur für das Auslaß­ ventil 16 erforderlich. Zur Steuerung genügt ein großes Auslaßventil, eine Nockenwelle und ein großes Einlaßventil im Kolbenkopf.

Die Fig. 3 zeigt einen Motor mit zwei Pumpen für den Schmierstoffkreislauf. Aus der Darstellung ist ersichtlich, daß es dabei möglich ist einige Teile in bekannter Weise durch eine mit druckarbeitender Schmierung mit Öl zu versorgen, während bei einigen Teilen das Schmiermittel lediglich durch ansaugen ohne eine erforderliche Pumpe zugeführt wird.

Bei der in Fig. 5 erläuterten Anordnung wird das Auslaßventil durch eine Nockenwelle geöffnet, so daß die Abgase entweichen können. Bei der Abwärts­ bewegung des Kolbens 11 und bei geschlossenem Aus­ laßventil entsteht in der Verbrennungskammer ein Unterdruck, der bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 11 das Einlaßventil öffnet. Damit wird automatisch erreicht, daß das Einlaß- und das Auslaßventil nicht aneinanderstoßen, weil der im Verbrennungs­ raum herrschende Überdruck das Einlaßventil nach unten drückt. Gleichzeitig wird dadurch eine Berührung von Einlaßventil und Zylinderkopf vermie­ den.

Fig. 6 erläutert die Schmierung der Pleueldichtung 9, was über eine Bohrung in der Pleuelstange er­ reicht wird. Aus der Fig. 6 ist die Kolbennut 17 am Kolbenkopf erkennbar, die zwischen den Dichtun­ gen angebracht ist und der Schmiermittelzu- bzw. -abfuhr dient.

Die Fig. 7 bis 10 erläutern Ausführungsbeispiele für den erfindungsgemäßen Motor in Viertaktanord­ nung mit Saug- und Druckventilanordnungen zur Steuerung der Luftzufuhr in und aus den Zylinder. Diese Ventile sind unterhalb des Kolbens ange­ bracht. Im Zylinderkopf befindet sich zusätzlich je ein Einlaßventil 18 und ein Auslaßventil 16. Die Art der verwendeten Ventile kann dabei in vielfäl­ tigen Formen gestaltet sein.

Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor gestattet ein schnelleres Durchströmen der Gase und damit ein in schnelleren Ablauf der Takte, wodurch höhere Drehzahlen und höhere Leistungen erzielt werden können.

Bei den in Fig. 8 gezeigten Ausstoßtakt wird durch das Saugventil 19 die Luft in den entstehenden Hohlraum angesaugt. Durch ein Druckventil 20 ge­ langt die Luft zum Einlaßventil der Brennkammer und wird dort verdichtet. Das Druckventil 20 ist dabei geschlossen. Der Kolben preßt dabei die Luft in die Luftzuführung. Diese Anordnung entspricht einer Turboausführung, mit der mehr Luft- oder Luftkraft­ stoffgemisch in den Verbrennungsraum gebracht wer­ den kann, was zu einer Leistungssteigerung führt. Während des Ausstoßens der Verbrennungsabgase wird gleichzeitig wieder neue Verbrennungsluft ange­ saugt. Der Kolben verrichtet deshalb bei jeder Be­ wegung Arbeit ohne das zusätzliche Takte erforder­ lich sind. Das durch die Nockenwelle 14 und die Ventilfeder 15 betätigte Auslaßventil 16 weist eine Feder auf, die stärker als die des Einlaßventiles ist.

Fig. 11 erläutert das hydraulische Schmiersystem des erfindungsgemäßen Motors. In dieser Figur ist die Schmierung der Ventilaufhängung des Kolbenkopf­ ventils dargestellt. Der Aufbau des Dichtungsven­ tils und der Pleuelstange ist ebenfalls erläutert.

Beim Zweitaktmotor wird das Einlaßventil schräg an­ geordnet, damit ein Entweichen der eingepreßten Gase verhindert wird. Anstelle einer Nockenwelle wird hierbei das Auslaßventil von einer elektroma­ gnetischen Anordnung gesteuert.

Bezugszeichenliste

1 Ansaugventil
2 Kolbenventil
3 Brennkammer
4 oberer Dichtungsring
5 Ölabstreifringe
6 unterer Dichtungsring
7 Kurbelgehäuse
8 Pleuel
9 Pleueldichtung
10 Pleuelgelenk
11 Kolben
12 Zylinderbohrung
13 Pleuelstangenbohrung
14 Nockenwelle
15 Ventilfeder
16 Auslaßventil
17 Kolbennut
18 Einlaßventil
19 Saugventil
20 Druckventil

Claims (4)

1. Verbrennungsmotor mit Hubkolben und einer Ven­ tilanordnung zur Steuerung von Ein- und Auslaß der Gase in und aus einem Verbrennungsraum, einer Schmiermittelfördereinrichtung und einem Kurbel­ trieb mit Kurbelgehäuse (7) und Pleuel (11), dadurch gekennzeichnet, daß der sich unterhalb des Kolbens (11) befindende Hubraumabschnitt gegenüber dem Kur­ belgehäuse (7) abgetrennt ist, wobei das Pleuel (8) an einer eine Gleitbewegung ermöglichenden Dichtungs­ einrichtung durch die Abtrennung geführt ist und mindestens ein Ventil durch den im Verbrennungsraum entstehenden Über- bzw. Unterdruck gesteuert wird.

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das durch den im Verbrennungsraum entstehenden Über- bzw. Unterdruck gesteuerte Ven­ til am Kolben (11) angeordnet ist.

3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das durch den im Verbrennungsraum entstehenden Über- bzw. Unterdruck gesteuerte Ven­ til in einem Zylinderkopf angeordnet ist und über eine Gasführungsleitung mit einem Saugventil (19) verbunden ist, welches die Verbindung mit dem sich unterhalb des Kolbens (11) befindenden Hubraumab­ schnitt steuert.

4. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel durch Bohrungen im Pleuel (8) an die Zylinderwand ge­ führt und durch Ansaugen gefördert wird.