DE19615594A1 - Kolbenintegrierte Steuerung für Zweitakt- oder Viertakt-Brennkraftmaschinen sowie Brennkraftmaschine mit einer derartigen Steuerung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine kolbenintegrierte Steuerung für Zweitakt- oder Viertakt-Brennkraftmaschinen gemäß Oberbegriff des Anspruches 1. Des weiteren betrifft sie eine Brennkraftmaschine mit einer derartigen kolben­ integrierten Steuerung.

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 in dem Kolbenbolzen ein Exzenter angelegt ist, an 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 Verbrennungsraum oberhalb des Kolbens gebracht wird.

Die Drehung des Kolbenbolzens kann dabei aber nicht beliebig erfolgen, wobei zur Begrenzung der Drehbewegung auf einen Bereich von kleiner als 360° der Kolbenbolzen mit einem Anschlag versehen ist. Der Kolbenbolzen führt insofern über den Antrieb seines äußeren vorstehenden Exzenters eine Pendelbewegung um einen Winkel von kleiner als 360° zur Steuerung des Motors durch. Weiter nachteilig ist dabei bei dieser bekannten Steuerung, daß diese lediglich zur Steuerung von Zweitakt-Brennkraftmaschinen verwendbar ist.

Gemäß der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentan­ meldung 195 15 695.1-13 ist eine kolbenintegrierte Steuerung für Zweitakt- oder Viertakt-Brennkraftmaschinen beschrieben.

Diese Steuerung ist dabei wie die gemäß der DE-PS 5 36 393 ohne komplizierte Bauelemente wie einer äußeren Nockenwelle, Stößel und dgl. erstellbar, so daß eine kompakte Baugröße des Motors und geringe Fertigungskosten gegeben sind, wobei ferner die Ableitung der Drehbewegung des Drehschiebers bzw. Kolbenbolzens von der Kurbelwelle in kontinuierlicher Weise erfolgt und somit die auf die Steuerung wirkenden Be­ lastungen verringert sind. Es ist dabei eine genaue de­ finierte Trennung der Gasströme zwischen Frischgas und Abgas gegeben, so daß eine hohe Steigerung der Motorleistung sich ergibt.

Ein Nachteil dieser kolbenintegrierten Steuerungen, bei welchen das Gasgemisch auf der einen Seite des als Hohl­ körper oder mit Überstromkanälen ausgebildeten und als Drehschieber wirkenden Kolbenbolzens in einen Ansaugraum axial eintritt und/oder aus welchen die Verbrennungsgas auf der anderen Seite aus einem Auslaßraum axial abziehen besteht darin, daß bei höherer Verdichtung sich sehr hohe, auf das Triebwerk übertragene Drücke einstellen, denen Kolben, Kolbenbolzen und Pleuel standhalten müssen. Diese Teile müssen demzufolge sehr stark ausgeführt sein und lassen sich sonst für Drehschieberfunktionen nicht verwenden.

Außerdem muß im Brennraum ein hohes Maß an Dichtigkeit bestehen, welches ebenfalls bei als Drehschieber ausge­ bildeten Kolbenbolzen problematisch ist. Eine hohe Ver­ dichtung erfolgt dabei, insbesondere bei Motoren, bei welchen Kraftstoff eingespritzt wird, insbesondere bei Dieselmotoren.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine kolben­ integrierte Steuerung der eingangs genannten Art und eine Brennkraftmaschine mit einer derartigen Steuerung derart zu verbessern, daß sich die genannten Konstruktionsschwierig­ keiten eines als Drehschiebers ausgebildeten Kolbenbolzens und insbesondere die sich bei Verwendung eines derartigen Drehschiebers ergebenden Dichtigkeitsprobleme im Brennraum nicht einstellen. Es soll dabei möglichst eine noch weiter­ gehende Leistungssteigerung des Motors als bei Verwendung einer Steuerung gemäß der deutschen Patentanmeldung 195 15 695.1-13 erreichbar sein.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruches 1 sowie des Anspruches 14 gelöst.

Die Ansprüche 2-13 betreffen dabei besonders vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung.

Die Erfindung geht dabei von dem Gedanken aus, den gemäß der Patentanmeldung 195 15 695.1-13 als Drehschieber ausge­ bildeten Kolbenbolzen nicht mehr zur Führung der Ver­ brennungsgase und Abgase zu verwenden, sondern als kolben­ integrierte Nockenwelle, wobei über deren Steuernocken in im Kolben verlaufenden Überströmkanälen, welche zu dem Verbrennungsraum führen, Tellerventile üblicher Bauart angeordnet sind. Es hat sich gezeigt, daß mittels derartiger Tellerventile im Brennraum ein hohes Maß an Dichtigkeit erreichbar ist, wobei auch bei Verdichtung und die sich ergebenden, sehr hohen, auf das Triebwerk übertragenen Drücken, Kolben, Kolbenbolzen und Pleuel den Drücken stand­ halten. Es ist dabei möglich, Tellerventile unmittelbar im oder als Kolbenboden anzuordnen und dabei zusätzliche Tellerventile im Zylinderdeckel, so daß die Fläche zur Anlage der Ventile gegen üblichen Bauweisen verdoppelt wird. Eine besonders hohe Leistungssteigerung ist dabei dann erreichbar, sofern im Verbrennungsraum der Ventildeckel des Auslaßtellerventiles sich über die gesamte Querschnitts­ breite im Zylinderdeckel erstreckt, und dabei auch im Kolben lediglich ein einziges Einlaß-Tellerventil angelegt wird, dessen Ventildeckel dem gesamten Kolbenboden bildet. Bei Anlage eines Einlaßtellerventiles ist es dabei möglich, den Ventildeckel ohne Schwierigkeiten gegenüber dem äußeren Kolbenmantel des Kolbenkopfes abzudichten, wobei über die Stirnfläche des Kolbenmantels und den dort aufsitzenden Ventildeckel die übertragenen Drücke ohne Schwierigkeiten abfangbar sind. Grundsätzlich ist es dabei möglich, statt der am Zylinderdeckel angelegten Auslaßventile diese auch unmittelbar im Kolben zu integrieren, wobei insofern auf eine zusätzliche externe Nockenwelle verzichtbar ist. Sofern dabei die Auslaßventile im Zylinderdeckel angelegt werden, ist die Bauart eines derartigen Zylinderkopfes gegenüber herkömmlichen Mehrventilzylinderköpfen erheblich verein­ facht, wobei im Zylinderkopf lediglich nur noch Abgas- oder Frischgaskanäle anzulegen sind und insofern auch die Konstruktion der externen Nockenwelle und der weiteren Steuerungsmechanik sich erheblich vereinfacht.

Insbesondere bei Ausbildung der Steuerung mit einem "Ein­ ventil-Zylinderkopf" und einem "Einventil-Kolbenboden" ist dabei eine bessere Bespülung des Verbrennungsraumes erziel­ bar, so daß sich eine erhebliche Leistungssteigerung des Motors ergibt. Eine weitere Leistungssteigerung kann dabei gemäß Anspruch 6 durch Anordnung zweier Zylinderkolben­ aggregate erreicht werden, welche unter Erzielung einer doppelten Vorkompression parallelbetrieben werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier Ausführungs­ beispiele unter Bezug auf deren Zeichnungen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 Zwei nebeneinander angeordnete, parallellaufende gleiche Zylinderkolbenaggregate mit in Form eines Kolbenbolzens kolbenintegrierter Nockenwelle und mit einem großflächigen Auslaß- bzw. Einlaß-Teller­ ventil im Kolbenboden und Zylinderdeckel, wobei ein höherer Ladedruck durch ein insofern mögliches doppeltes Vorkompressionsverfahren sich ergibt. Die Drehung des Kolbenbolzens erfolgt dabei über die der Kurbelwelle (siehe Fig. 2);

Fig. 2 Ein Zylinderkolbenaggregat mit kolbenintegrierter Nockenwelle, wobei lediglich kolbenintegrierte Einlaß- und Auslaßventile zur Verwendung kommen, welche über einen rechten und linken Nocken ge­ steuert werden, welche auf der Außenseite eines quer durch den Kolben geführten und dort drehbar gelagerten Kolbenbolzens angeordnet sind, welcher über ein Zahnradgetriebe in Drehung versetzt wird, welches mit einem auf einem Lagerzapfen der Kurbel­ welle angeordnetes radial vorstehendes Zahnrad in Kraftwirkung steht;

Fig. 3 Eine Darstellung der in Fig. 1 verwendeten Einlaß- und Auslaßventile, wobei im Ventilschaft des oberen Ventils ein Längskanal angeordnet ist, über welchen die Einbringung eines Imbußschlüssels zur Verstellung des Ventilspiels des als Kolben­ boden verwendeten Tellerventils möglich ist.

Die in Fig. 1 dargestellten Zylinderkolbenaggregate 100, 101 weisen jeweils einen Zylinder 1, 2 sowie ein Zylinderdeckel 31 auf, in welchem Kolben 4, 12 über eine Pleuelstange 38 und Lagerzapfen sowie Pleuelstangenbuchsen 34, 35 mittels einer Kurbelwelle 33 antreibbar sind. Die Pleuelstange 38 wirkt dabei auf einen Kolbenbolzen 6, 6′, welcher unterhalb der Kolbenköpfe quer durch den Kolben 4, 12 geführt und in diesem drehbar gelagert ist. Der Kolbenbolzen weist dabei ein zusammen mit diesem drehbares Zahnrad 32 auf, welches fest an diesem angelegt ist und welches unmittelbar über ein Zahnradgetriebe 32, 39, 40, 41, 37 zur Herbeiführung der Drehbewegung mit einem an einem Lagerzapfen neben der Pleuelstangenbuchse 34, 35 der Kurbelwelle 33 befestigtes, radial vorstehendes Zahnrad 37 unter Ableitung der Dreh­ bewegung aus dem Antrieb der Kurbelwelle in Kraftwirkung steht.

Als Zahnradgetriebe wird dabei eine konisch zulaufende, durch eine Öffnung des Kolbens 4, 12 bis unter den Kolben­ bolzen geführte kegelstumpfförmige Welle 39 verwendet, wobei an dieser oben und unten jeweils fest ein kleineres Kegel­ zahnrad 40 und ein größeres Kegelzahnrad 41 angelegt ist. Das Kegelzahnrad 41 kämmt dabei mit dem auf dem Lagerzapfen der Kurbelwelle 33 seitlich angeordneten, radial vor­ stehenden Kegelzahnrad 37.

Auf den Kolbenbolzen 6, 6′ ist dabei jeweils mittig ein Nocken 5, 11 angelegt, welcher zwischen einer mittigen gabelförmigen Halterung 38′ der von der Pleuelstangenbuchse 34, 35 ausgehenden Pleuelstange 38 gelagert ist innerhalb der Kolben 4, 12 ist dabei über den gesamten Öffnungsquer­ schnitt als Kolbenboden ein Tellerventil 3, 13 angelegt, dessen Ventildeckel 19, 20 eine mittige untere Stößelstange 21, 22 aufweist, welche in einer Ventilführung aus einer Rückstellfeder 23, 24 und Anschlag 25, 26 gelagert ist und bei der Drehung der Kolbenbolzen 6, 6′ durch die auflaufenden Nocken 5, 11 nach außen unter Öffnung des Ventils 3, 13 verschoben wird.

In dem den Ventilen 3, 13 gegenüberliegenden Abschnitte der Verbrennungsräume 9, 18 ist dabei jeweils ein Tellerventil 14, 15 in dem Zylinderdeckel 31 gelagert. Der Ventildeckel 27, 28 besitzt dabei einen Durchmesser fast in der Größe des gesamten Öffnungsquerschnittes der Verbrennungsräume 8, 19. Über eine Ventilführung 29, 30 in dem Zylinderdeckel 31 ist dabei das jeweilige Ventil 14, 15 gelagert, wobei in dem Ventilschaft 63 ein Kanal 62 angelegt ist, über welchem eine Zündkerze 61 im Verbrennungsraum anlegbar ist sowie durch Einbringung eines geeigneten Werkzeuges die Tellerventile 3, 13 einstellbar sind. Die Kolbengehäuse 44, 45 sind dabei durch eine Öffnung 10 ständig verbunden, wobei eine Brenn­ stoff- bzw. Luftzufuhr über Zuführungsöffnungen 47, 48 erfolgt, in welchen jeweils ein Überdruckventil 16, 17 angelegt ist.

Im folgenden wird die Funktion der kolbenintegrierten Steuerung unter Verwendung der drehbaren Kolbenbolzen 6, 6′, welche als kolbenintegrierte Nockenwellen ausgebildet sind, anhand der Kolbenaggregate 100, 101 erläutert, wobei zusätz­ lich die Arbeitsweise der Kolbenaggregate zur Erzielung einer doppelten Vorkompression beschrieben ist.

Das Zylinderkolbenaggregat 100 ist dabei im Ansaugtakt (Takt 1) dargestellt, während das Zylinderkolbenaggregat 101 sich im Verbrennungstakt (Takt 3) befindet. Die Kolben 4, 12 der Zylinder 1, 2 dieser beiden Zylinderkolbenaggregate bewegen sich dabei in diesen beiden Arbeitstakten abwärts. Das Auslaß-Tellerventil 3, daß sich im Kopf des Kolbens 4 befindet und durch den Nocken 5, der sich auf den Kolben­ bolzen 6 befindet, am Stößel 21 beaufschlagt wird, wird dabei geöffnet. Dadurch kann das Brennstoffgemisch (bei einem Einspritzer oder Dieselmotor die zu kompromierende Luft) das sich in den Kurbel- und Vorkompressionsräumen 7, 8 des Kurbelgehäuses 44, 45 befindet, in den Brennraum 9 des linken Zylinders 1 gelangen. Die Kurbel- und Vorkom­ pressionsräume 7, 8 sind durch eine Rohrverbindung 10 miteinander verbunden. Wenn die Kolben 4, 12 den unteren Totpunkt erreicht haben, ist das Einlaß-Tellerventil 3 im Zylinder 1 wieder völlig verschlossen. Parallel zum Kolben 4 bewegt sich dabei der Kolben 12 in dem rechten Zylinder 2 (jedoch sind alle 4 Arbeitstakte um 360° oder zwei Takte versetzt, so daß in der Abwärtsbewegung des Kolbens 12 dort der Arbeits- und Verbrennungstakt stattfindet und die Einlaß- und Auslaß-Tellerventile 13, 14 verschlossen sind).

Die ebenfalls parallel arbeitenden Überdruckventile 16, 17, welche ebenfalls als Pleuelventile ausgebildet werden können, sind dabei geschlossen. Diese Ventile sind dabei geöffnet, sofern der Kolben sich vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt bewegt und geschlossen, sofern der Kolben sich vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt bewegt.

Sofern nun statt des Ansaugtaktes die Verdichtungsphase im Zylinder 1 durchzuführen ist, sind dort beide Tellerventile 3, 15 geschlossen und beide Überdruckventile 16, 17 offen. Der Kolben 4 bewegt sich dabei aufwärts und komprimiert. Gleichzeitig wird in den Kurbel- und Vorkompressionsräumen 7, 8 der beiden Zylinder 1, 2 durch die schließlich geöffneten Überdruckventile 16, 17 Luft oder Kraftstoff-Luftgemisch durch das Vakuum der sich aufwärts bewegenden Kolben 4, 12 angesaugt.

Im Zylinder 2 spielt sich dabei zugleich der Ausstoßtakt ab, das heißt, das Auslaß-Tellerventil 14 öffnet sich und die verbrannten Gase verlassen den Brennraum 18. Sobald die Kolben den oberen Totpunkt erreicht haben, wird das Kraft­ stoff-Luftgemisch im Brennraum 9 gezündet und der Kraft- oder Arbeitstakt beginnt dort, während im Zylinder 2 der Ansaugtakt mit dem Öffnen des im Kolben 12 integrierten Einlaß-Tellerventils 13 beginnt. Wieder füllen die Kurbel- und Vorkompressionsräume 7, 8 einen Brennraum, diesmal den des Zylinders 2.

Wesentliche Vorteile einer derartigen "kolbenintegrierten und zylinderkopfkombinierte" Steuerung, bei welche ein drehbarer Kolbenbolzen als kolbenintegrierte Nockenwelle verwendet wird, bestehen darin, daß mehr Platz zur Anlegung von Ventilöffnungen gegeben ist. So wurden bei den bis­ herigen Steuersystemen immer nur entweder der Zylinderkopf oder der Kolben zur Anlage der Steuerung benutzt. Jetzt wird durch die Anlage von Ventilen sowohl im Kolben als auch im Zylinderdeckel die Fläche zur Aufnahme der Steueraggregate, insbesondere zur Anbringung der Ventilöffnungen und der Ventildeckel praktisch verdoppelt. Durch diese erfindungs­ gemäße Steuerung ergibt sich somit eine erheblich erhöhte Leistung des Motors. Eine Erhöhung der Motorleistung wird dabei durch die Anordnung und Verbindung der Arbeitsweise der Zylinderkolbenaggregate 100, 101 zusätzlich erreicht, wobei eine doppelte Vorkompression erzielbar ist. Eine derartige Arbeitsweise ist dabei z. B. bei 2- oder 4-Zylindermotoren erreichbar, also bei Motoren mit einer geraden Zylinderzahl. Bei diesem doppelten Vorkompressions­ verfahren erfolgt dabei jeweils immer über zwei Kolben die Befüllung eines einzigen Brennraumes, wobei insofern eine hohe Befüllung (Ladedruck) der Brennräume erzielbar ist.

Ein "Einventil-Zylinderkopf" gemäß der Zylinderkolben­ aggregate 100, 101 nach Fig. 1 ist dabei gegenüber den herkömmlichen Mehrventilzylinderköpfen in der Konstruktion erheblich einfacher und kann nur noch als Rumpfzylinderkopf gelten. Er weist dabei entweder nur noch Abgas- oder nur noch Frischgaskanäle auf, wobei insofern auch eine geringe Anzahl von Ventilen vorliegt und die zur Betätigung dieser Ventile notwendige äußere Nockenwelle bedeutend einfacher gestaltet werden kann.

Ein Vorteil gegenüber kolbenbolzengesteuerten Motoren, beispielsweise gemäß der deutschen Patentanmeldung 195 15 695.1-13, liegt bei dieser kombinierten Version darin, daß das Betreiben von Dieselmotoren weniger problematisch ist, da Ventilmotore weniger Abdichtungsprobleme als kolben­ bolzengesteuerte Motore haben, bei welchen der Kolbenbolzen als Drehschieber wirkt oder außen eine Drehhülse aufweist. Ferner ist ein höherer Gasdurchlaß erzielbar.

Die kolbenintegrierten Ventile 3, 13 werden durch den mit den Nocken 5, 11 bestückten Kolbenbolzen 6, 6′, der durch die Kurbelwelle in Drehbewegung versetzt wird, gesteuert. Die Ladung des Motors erfolgt genauso wie bei der Kolben­ bolzensteuerung, wobei lediglich die Gase nicht durch den Kolbenbolzen, sondern durch Kanäle (Durchströmungskanal 42) im Kolben, die mit Ventilen verschlossen und geöffnet werden, geleitet werden.

Im Gegensatz zu der Version ohne Ventile können bei der Version mit Ventilen größere Kanäle zum Ein- und Auslassen realisiert werden. Damit ist ein höherer Gasdurchlaß gegeben. Der Vorteil der Platzersparnis durch den fehlenden Zylinderkopf und sonstiger entfallender Teile wie Ventile, Ventilführungen, komplizierte Nockenwellen bleibt dabei. Hochkompressions-Motoren wie diese sind leichter dicht. Die Bauweise bleibt dabei kompakt.

Das in Fig. 2 dargestellt Zylinderkolbenaggregat 102 weist dabei gegenüber den Zylinderkolbenaggregaten 100, 101 der Fig. 1 den Vorteil auf, daß sowohl das Einlaß- als auch das Auslaßtellerventil über den als kolbenintegrierte Nocken­ welle ausgebildeten Kolbenbolzen 54 und den beiden auf diesem rechts und links angeordneten Nocken 55, 56 steuerbar sind. Insofern bedarf es keiner externen Nockenwelle zur Steuerung eines der Ventile, wie dies bei den Auslaß- Tellerventilen 14, 15 gemäß Fig. 1 der Fall ist.

Die Drehbewegung des Kolbenbolzen 54 wird dabei mittels einem Zahnradgetriebe über den Antrieb der Kurbelwelle 33 abgeleitet, wie dies bei den Zylinderkolbenaggregaten 100, 101 der Fig. 1 verwendet wird, wobei auf dem Kolben­ bolzen 54 ein dies drehendes Zahnrad 32 fest angelegt ist. Die auf der Oberfläche des Kolbenbolzens liegenden Nocken 55, 56 laufen dabei durch Führungsnuten 57, 58 des Kolbens 68, wobei im Kolbenkopf auf der rechten Seite ein erster Durchströmungskanal 43 und auf der linken Seite ein zweiter Durchströmungskanal 49 angelegt ist. Diese Durchströmungs­ kanäle führen dabei in dem Bereich oberhalb des Kolbens also in den dortigen Verbrennungsraum 65 unterhalb des Zylinder­ deckels 31. In den beiden Durchströmungskanälen 43, 49 ist dabei jeweils ein Einlaß- oder ein Auslaßtellerventil 50, 51 angelegt. Während der Durchströmungskanal 43 von einer ersten äußeren Ausnehmung 66 am Kolbenmantel ausgeht und insofern eine Zufuhr von Kraftstoffluftgemisch aus dem Einlaßkanal 59 in der Wandung des Zylinders 1′ möglich ist, geht der Durchströmungskanal 49 in eine zweite äußere Ausnehmung 67 über, welche ebenfalls am Kolbenmantel auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbens angelegt ist. In der Auslaßphase des Zylinderkolbenaggregates 102 befindet sich dabei die äußere Ausnehmung 67 im Bereich des Auslaßkanals 60, so daß ein Ausstoß der verbrannten Gase möglich ist.

Durch Anlage einer größeren Anzahl von Einlaß- und Auslaß­ tellerventilen innerhalb des Kolbens und einer größeren Anzahl von Nocken auf dem Kolbenbolzen 54 kann dabei eine erheblich höhere Durchströmung des Kolbens und des Ver­ brennungsraumes erzielt werden und somit eine erhebliche Leistungssteigerung.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden insofern mindestens 4 Ventile im Kolbenkopf angeordnet. Die Zuführung eines Kraftstoffluftgemisches kann dabei auch unmittelbar über ein Einlaßkanal erfolgen, welcher in der Höhe des Kurbelgehäuse 46 angelegt ist, wobei insofern geeignete Durchströmungskanäle im Kolben bis oberhalb des Kolbenbodens oder zur Ausnehmung 66 anzulegen sind.

Bezugszeichenliste

100, 101 (Fig. 1) Zylinderkolbenaggregate
102 (Fig. 2)
1, 2, 1′ Zylinder der Zylinderkolbenaggregate (100, 101) bzw. (102)
3, 13 Einlaßtellerventil
4, 12 Kolben
5, 11 Nocken
6, 6′ Kolbenbolzen
7, 8 Kurbel- und Vorkompressionsräume
9, 18 Brennräume
10, 10′ Rohrverbindung
14, 15 Auslaßtellerventile
16, 17 Überdruckventile
19, 20 Ventildeckel der Ventile (3, 13)
21, 22 Stößel dieser Ventile
23, 24 Rückstellfedern dieser Ventile
25, 26 oberer Anschlag für diese Rückstell­ federn
27, 28 Ventildeckel der Tellerventile (14, 15)
29, 30 Ventilführung dafür mit Rückstellfedern im Deckel der Zylinder (1, 2)
31, 31′ Deckel der Zylinder (1, 2) bzw. (1′)
32 Zahnrad auf den Kolbenbolzen (6, 6′) bzw. (54)
33 Kurbelwelle
34, 35, 36 Pleuelstangenbuchse auf Lagerzapfen der Kurbelwelle
37 Zahnrad auf der Kurbelwelle
38 Pleuelstange
38′ Pleuelstangenkopf mit gabelförmiger Halterung
39 kegelstumpfförmige Welle
40 oberes Kegelzahnrad daran
41 unteres Kegelzahnrad
42, 43 erster Durchströmkanal in den Kolben (4, 12) bzw. (68)
44, 45, 46 Kurbelgehäuse
47, 48 Zuführungsöffnungen der Zylinder (1, 2)
49 zweiter Durchströmungskanal im Kolben (68)
50, 51 Tellerventile in den Durchströmungs­ kanälen (43, 49)
52, 53 Ventilführung dafür im Kolben
54 Kolbenbolzen
55, 56 Nocken auf Kolbenbolzen
57, 58 Führungsnut für die Nocken
59 Einlaßkanal
60 Auslaßkanal
61 Zündkerzen
62 Kanal im Ventilschaft
63 Ventilschaft
64 Stellschraube des Ventils (2, 13)
65 Verbrennungsraum
66 Ausnehmung im Kolbenmantel
67 zweite Ausnehmung im Kolbenmantel
68 Kolben
69 Auslaß
70 Stößel
71 Stößel.

Claims (14)

1. Kolbenintegrierte Steuerung für Zweitakt- oder Viertakt-Brennkraftmaschinen, bei welchen die Steuerung durch einen Kolbenbolzen (6, 6′; 54) bewirkt wird, welcher durch eine Pleuelstange (38) den Antrieb der Kurbelwelle (33) auf den Kolben (4, 12; 68) vermittelt und im Kolben drehbar angelegt ist und wobei ein zusammen mit dem Kolbenbolzen drehbares Zahnrad (32) fest an diesem angelegt ist, welches unmittelbar über ein Zahnradgetriebe (32, 39, 40, 41, 37) oder ein Kettenantrieb zur Herbeiführung der Drehbewegung mit einem an einem Pleuelstangenlagerzapfen der Kurbelwelle (33) befestigtes, radial vorstehendes Zahnrad (37) unter Ableitung der Drehbewegung aus dem Antrieb der Kurbelwelle in Kraftwirkung steht, dadurch gekennzeichnet,
daß der drehbare Kolbenbolzen (6, 6′; 54) als kolbenintegrierte Nockenwelle zumindest einen von seiner Außenseite nach außen radial vorstehenden Steuernocken (5, 11; 55, 56) aufweist, welcher in einem bestimmten Drehwinkel gegen den Stößel (21, 22; 70, 71) zumindest eines im oder als Kolbenboden angeordneten Tellerventils (3, 13; 50) wirkt und dieses öffnet, welches als Einlaßventil am Ende eines durch den Kolbenboden geführten Durchströmungs­ kanals (42, 43) angeordnet ist, der das das Brennstoff­ gemisch führende Kurbelgehäuse (44, 45, 46) oder ein Einlaßkanal (59) mit dem Zylinderraum (9, 18; 65) oberhalb des Kolbens (4, 12; 68) verbindet und wobei in Zylinder­ deckel (31, 31′) oberhalb des Kolbens zumindest ein Auslaßventil (14, 15) in Form eines Tellerventils angelegt ist, welches über eine separate von der Kurbel­ welle (33) beaufschlagte Nockenwelle gesteuert wird,
oder daß im Kolben (68) zu dem ersten Durchströmungskanal (43) ein zweiter Durchströmungskanal (49) angelegt ist, welcher statt eines Einlaßtellerventiles (50) ein Auslaßtellerventil (51) aufweist, und daß dieser zweite Durchströmungskanal (49) zu einer äußeren Ausnehmung (67) am Kolbenmantel geführt ist, welche in der Auslaß­ phase des Zylinderaggregates einen Auslaßkanal (60) in der Zylinderwandung öffnet, wobei die Brennstoff- oder Luftzufuhr über einen Einlaßkanal (59) in der Zylinder­ wandung und eine weitere äußere Ausnehmung (66) am Kolbenmantel oder durch das Kurbelgehäuse (46) und einen zu dieser äußeren Ausnehmung (66) oder den Verbrennungs­ raum (65) führenden Durchströmungskanal erfolgt.

2. Kolbenintegrierte Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß statt des Einlaßtellerventil (3, 13) in dem durch den Kolbenboden geführten Durchströmungskanals ein Auslaß­ tellerventil angeordnet ist, und statt des Auslaßteller­ ventils (14, 15) in dem Zylinderdeckel (31) oberhalb des Kolbens (4, 12) ein Einlaßtellerventil.

3. Kolbenintegrierte Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventildeckel eines einzigen Einlaß- oder Auslaß­ tellerventils (3, 13) den Kolbenboden bildet, wobei der Ventilsitz somit zum oberen Ende der Zylinderwandung des Kolbens (4, 12) ausgebildet ist.

4. Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die im oder als Kolbenboden angeordneten Tellerventile (3, 13) über einen Stößel (21, 22) betätigt werden, welcher mittig längs des Kolbens (4, 12) verläuft und mit einem mittig des Kolbenbolzens (6, 6′) angelegten Nocken (5, 11) in Kraftwirkung gelangt.

5. Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ein- bzw. Auslaßtellerventil (14, 15) in der Zylinder­ wandung oberhalb des Kolbens (4, 12) im wesentlichen mit seinem Ventildeckel über die gesamte Querschnittsbreite des Zylinderdeckels (31) angelegt ist.

6. Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei parallellaufende Zylinderkolbenaggregate (100, 101) nebeneinander angeordnet sind, welche eine gemeinsame Kurbelwelle (33) besitzen und deren Kurbel­ wellenräume (44, 45) durch eine Verbindung (10) ständig ineinander übergehen, wobei das im Durchströmungskanal (42) des Kolbenbodens angelegte Auslaß- bzw. Einlaß­ tellerventil (3, 13) und das im Zylinderdeckel (31) oberhalb des Kolbens (4, 12) angelegte Einlaß- oder Auslaßtellerventil (14, 15) zu den Ventilen des benachbarten Zylinderkolbenaggregates für einen 4-Takter um 2 Takte verschoben gesteuert ist, und wobei im Kurbelgehäuse (44, 45) jeweils eine Zuführungsöffnung (47, 48) für das Brennstoffgemisch bzw. die Luft mit einem Rückschlagventil (16, 17) angelegt ist, wobei beim Ansaugen und Verbrennen (1. und 3. Takt) die Rückschlag­ ventile (16, 17) geschlossen und beim Verdichten und Ausstoßen geöffnet sind.

7. Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Pleuelstangenkopf (38′) über eine gabelförmige Halterung mit dem Kolbenbolzen (6, 6′) verbunden ist, wobei zwischen den beiden Gabelabschnitten mittig auf dem Kolbenbolzen (6, 6′) zumindest einer der Nocken (5, 11) zur Betätigung des oder der im oder als Kolbenboden ange­ ordneten Auslaß- oder Einlaßtellerventile (3, 13) angelegt ist.

8. Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das an dem Kolbenbolzen (6, 6′; 54) angelegte Zahnrad (32) als radial vorstehender, über den Umfang des Zylinder­ mantels des Kolbenbolzens (6, 6′; 54) geführter Zahnkranz ausgebildet ist.

9. Kolbenintegrierte Steuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Zahnradgetriebe (32, 39, 40, 41, 37) für ein Viertakt­ motor das auf dem Kolbenbolzen (6, 6′; 54) radial nach außen vorstehende, fest angelegte Zahnrad (32) als Kegelzahnrad mit einem in einer Ebene um 90° versetzten Kegelzahnrad (40) kämmt, welches auf dem oberen Ende einer nach dort konisch zulaufenden durch eine Öffnung des Kolbens bis unter den Kolbenbolzen (6, 6′; 54) ge­ führten kegelstumpfförmigen Welle (39) angelegt ist, welche zur Pleuelstange (38) in Längsrichtung bis zur Pleuelstangenlagerbuchse (34, 35, 36) geführt ist und an diesem Ende ein zum oberen Kegelzahnrad (40) in einer parallelen Ebene angeordnetes, über den Außenmantel radial vorstehendes, fest angelegtes Kegelzahnrad (41) aufweist, das mit dem auf dem Lagerzapfen der Kurbelwelle (33) fest angelegten Kegelzahnrad (37) kämmt, wobei die Übersetzung 1 : 2 ist, und somit der Kolbenbolzen sich lediglich um eine halbe Umdrehung gegenüber der der Kurbelwelle dreht.

10. Kolbenintegrierte Steuerung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb einer Zweitakt-Brennkraftmaschine das Zahnradgetriebe (32, 39, 40, 41, 37) eine Hohlzylinderwelle aufweist, welche die Pleuelstange umgibt und an ihrem oberen Ende durch eine Öffnung des Kolbens (4, 12, 68) bis unter den Kolbenbolzen (6, 6′; 54) geführt ist und dort ein an ihr fest angeordnetes Kegelzahnrad und an ihrem anderen Ende ebenfalls ein fest angeordnetes, parallel zum oberen Kegelzahnrad ausgerichtetes Kegelzahnrad aufweist, welches mit einem oberen am Kolbenbolzen fest angeordneten, radial vorstehenden Kegelzahnrad (32) bzw. mit einem an dem Lagerzapfen der Kurbelwelle fest angeordneten, radial vorstehenden Kegelzahnrad (37) kämmt, wobei die Übersetzung 1 : 1 ist.

11. Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung sowohl zur Steuerung eines Zweitakt- als auch eines Viertakt-Verbrennungsmotors verwendet wird, wobei als Zweitakt-Verbrennungsmotor ein solcher mit Gebläseladung verwendet ist.

12. Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich neben dem auf dem Zylindermantel des Kolben­ bolzens angelegten Zahnrad (32) der Pleuelstangenkopf (38′) gelagert ist, wobei eine axiale Festlegung der Anordnung aus diesen beiden Teilen eine Zentrierung des Kolbenbolzens (6, 6′; 54) in Längsrichtung bewirkt.

13. Kolbenintegrierte Steuerung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Material des Kolbens (4, 12; 68) eine Ausnehmung angelegt ist, welche die Anordnung aus Zahnrad und Pleuelstangenkopf umgibt.

14. Zweitakt- oder Viertakt-Verbrennungskraftmaschine mit einer kolbenintegrierten Steuerung, welche durch zu­ mindest einen Kolbenbolzen bewirkt wird, dessen Antrieb durch die Kurbelwelle vermittelt wird, im Kolben drehbar angelegt ist und auf seiner Außenseite zumindest einen Steuernocken aufweist, und mit zumindest einem von diesem Nocken steuerbaren kolbenintegrierten Tellerventil nach einem der Ansprüche 1-13.