DE19727987C2

DE19727987C2 - Zweitakt-Taumelscheiben-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19727987C2
Application number: DE1997127987
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Lehmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-07-01
Filing date: 1997-07-01
Publication date: 1999-05-20
Anticipated expiration: 2017-07-02
Also published as: DE19727987A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Zweitakt-Taumelscheiben-Brennkraftmaschine, die einen mit dem Arbeitskolben fest verbundenen Ansaug- und Ladekolben hat. Der Ladekolben arbeitet in einem Ladezylinder mit einer Abdichtung der Pleuelstange zwischen Ladezylinder und Taumelscheibentriebwerk.

Zweitakt-Brennkraftmaschinen arbeiten beim Gaswechsel im Verbrennungsraum mit unterschiedlichen Verfahren.

Bei Fahrzeug- und Kleinmotoren wird als Ansaug- und Laderaum das Kurbelgehäuse benutzt, wobei die Unterseite des Arbeitskolbens das in das Kurbelgehäuse beim Aufwärtshub eingesaugte Luft-Benzin-Ölgemisch beim Abwärtshub verdichtet und über vom Arbeitskolben schlitzgesteuerte Überströmkanäle in den Arbeitszylinder einströmen läßt.

Bei Zweitakt-Brennkraftmaschinen höherer Leistung wird durch Vorverdichten des Ansauggasgemisches vor dem Kurbelgehäuse die Füllung ähnlich wie beim Viertaktmotor verbessert.

Bei größeren, meist langsam laufenden Zweitakt-Brennkraftmaschinen, wird der Gaswechsel im Arbeitszylinder allein mit vorverdichteter Luft (Diesel version) über vom Kolben schlitzgesteuerte Einlaß- und Auslaßöffnungen oder durch öffnende Ventile ähnlich dem einer Viertakt-Brennkraftmaschine vorgenommen. Auch Kombinationen wie z. B. Einlaß durch Ventile und Auslaß durch Schlitzsteuerung werden eingesetzt.

Wesentliche Vorteile des Gaswechsels bei Zweitakt-Brennkraftmaschinen ohne Hilfe des Kurbelgehäuses als Laderaum ist einmal die Möglichkeit, eine vom Gaswechsel unabhängige Schmierung des Kurbeltriebes und der Kolben aus einem separaten Schmiersystem ohne Ölverluste einsetzen zu können und zum anderen, den Gaswechsel im Arbeitsraum zumindestens bei langsam laufenden Motoren zu verbessern.

Ziel der Erfindung ist, eine Zweitakt-Brennkraftmaschine zu bauen, die einen bestimmbaren, höheren Füllungsgrad beim Gaswechsel ohne zusätzliche Hilfsaggregate ermöglicht und dazu ein vom Gaswechsel unabhängiges geschlossenes Schmiersystem hat und dabei keine Ölverbrennung durch Gemischschmierung mit ihren Nachteilen stattfindet. Dabei soll der einfache Aufbau einer Zweitakt-Brennkraftmaschine mit wenigen Bauteilen erhalten bleiben. Benzin- und Dieselversion sollen möglich sein.

Die Zweitakt-Taumelscheiben-Brennkraftmaschine gemäß dieser Erfindung erfüllt diese Vorgaben. Jedem Arbeitszylinder ist ein Ladezylinder zugeordnet, der, um die Füllung des Arbeitszylinders zu verbessern, möglichst ein größeres Arbeitsvolumen als der Arbeitszylinder hat. Der Kolben des Ladezylinders ist fest mit dem Kolben des Arbeitszylinders verbunden oder besser aus einem Stück gefertigt.

Die Zweitakt-Taumelscheiben-Brennkraftmaschine hat anstelle des üblichen Kurbelwellentriebwerkes ein Taumelscheibentriebwerk, wie es in ähnlicher Ausführung in Axialkolbenpumpen verwendet wird oder auch bekannt ist aus Patenten, z. B. deutsches Patent DE 31 48 027 C1 und Europapatent EP 0 081 205 B. Die Verwendung eines Taumelscheibentriebwerkes gestattet wegen seiner im Vergleich zum Kurbelwellentriebwerk kleinen Auslenkung der Pleuelstangen eine einfache Konstruktion des Ladezylinders und seiner Abdichtung zum Taumelscheibentriebwerk.

Die Pleuelstangen sind in den Kolben gelenkig, vorzugsweise mit einem Kugelgelenk gelagert und haben, um die Abdichtung zum Taumelscheiben triebwerk einfach gestalten zu können, einen vorzugsweise runden Schaft. Um die höhere thermische Belastung des Arbeitskolbens durch das Zweitakt verfahren in Verbindung mit der höheren Aufladung zu ermöglichen, kann der Kreislauf des Schmieröles auch zum Kühlen des Kolbenbodens verwendet werden. Dies ist möglich, weil durch eine kugelige Anlenkung der Kolben stange im Kolben zwischen Kolbenboden und Anlenkung ein geschlossener Raum entsteht, der vom Schmieröl durchströmt wird. Die Rückführung des Schmier- und Kühlöles erfolgt durch den zum Taumelscheibentriebwerk offenen Raum zwischen Arbeits- und Ladekolben.

Die Beschreibung der erfindungsgemäßen Zweitakt-Taumelscheiben- Brennkraftmaschine erfolgt anhand eines Konstruktionsbeispieles des Motors mit 3 Zylindern und 500 cm³ Hubraum.

Es zeigen:

Fig. 1: Einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Zweitakt- Taumelscheiben-Brennkraftmaschine

Fig. 2: Eine Draufsicht auf die Zylinderseite der Zweitakt-Taumelscheiben- Brennkraftmaschine mit Schnitten durch die einzelnen Zylinder, und zwar: Einen Schnitt durch den Arbeitszylinder, einen Teilschnitt ohne Arbeitszylinder und eine Draufsicht auf den Arbeitszylinder

Fig. 3: Die Pleuelanhängung an die Taumelscheibe des Triebwerkes in OT Stellung als Teilschnitt

Die Zweitakt-Taumelscheiben-Brennkraftmaschine Fig. 1 bis 3 besteht aus einem Triebwerksgehäuse 1 in dem die Hauptwelle 2 in zwei Kegelrollenlagern 3 und 4 gelagert ist. Auf der Hauptwelle 2 ist die Taumelscheibe 5 auf dem winkelig abgekröpften Teil der Hauptwelle 1 in zwei Kegelrollenlagern 6 und 7 gelagert.

Die Taumelscheibe 5 ist über die Kegelverzahnungen 8 und 9 gegenüber dem Triebwerksgehäuse 1 drehfest verbunden, wobei die Kegelverzahnung 8 mit der Taumelscheibe 5 einteilig ausgeführt ist und die Kegelverzahnung 9 als Kegelzahnrad drehfest über die Schrauben 10 und 11 mit dem Triebwerks gehäuse 1 fest verbunden ist. An der Taumelscheibe 5 sind Pleuelstangen 12 in Pleuelstangenlagern 13 gelenkig gelagert. Am anderen Ende der Pleuelstangen 12 ist der einteilige Arbeits- und Ladekolben 14 ebenfalls gelenkig gelagert. Der Arbeits- und Ladekolben 14 ist im flüssigkeitsgekühlten Arbeitszylinder 15 und Ladezylinder 16 verschiebbar gelagert und dichtet den Hubraum des Arbeitszylinders 17 und den Hubraum des Ladezylinders 18 und 18' über Dichtelemente (Kolbenringe) 19 und 19' ab. Der Gaswechsel im Arbeitszylinder findet über die Überströmkanäle 20, 20', 20", 20''' und 20"" zwischen Ladezylinder 16 und Arbeitszylinder 15 und dem Auslaßkanal 21 nach dem Zweitaktverfahren statt. Der Hubraum des Ladezylinders 18 ist wesentlich größer als der Hubraum des Arbeitszylinders 17. Durch Minimierung des Totraums im Hubraum des Ladezylinders 18 im unteren Totpunkt des Arbeits- und Ladekolbens 14 ist zum Gaswechsel im Hubraum des Arbeitzylinders 17 ein hoher Gaswechseldruck und ein hohes Ladevolumen vorhanden, das die Leistung der Zweitakt-Taumelscheiben- Brennkraftmaschine in den Hochleistungsbereich anhebt.

Die Pleuelstangen 12 sind an ihrem runden Schaft zwischen Ladezylinder 16 und Innenraum des Triebwerkgehäuses 1 durch scheibenartige, seitlich verschiebbare Dichtelemente 22 abgedichtet.

Die Minimierung des Totraums im Ladezylinder wird durch Angleichung der Außenform des die Dichtelemente 22 tragenden Dichtelementeträgers 22' an die Innenform des Arbeits- und Ladekolbens 14 erreicht.

Der Ladezylinder saugt sein Frischgas oder die Ladeluft durch den Einlaß 23 mit Membranventil 24 während des Aufwärtshubes des Arbeits- und Ladekolbens in den Hubraum des Ladezylinders 18, 18' ein.

Der Arbeits- und Ladekolben 14 hat runde Kolbenteile im Hubraum des Arbeitszylinders 17 und Hubraum des Ladezylinders 18. Um eine Verdrehung des Arbeits- und Ladekolbens 14 zu verhindern ist der Ladezylinder 16 exzentrisch zum Arbeitszylinder 15 angeordnet. Die exzentrische Anordnung ist in Fig. 2 im Teilschnitt ohne Arbeitszylinder 15 dargestellt. Eine Verdrehsicherung des Arbeits- und Ladekolbens 14 ist nötig, damit die Öffnungen der Kolbenringe 19 und 19' in einem Teilabschnitt des Arbeitszylinders 15 und des Ladezylinders 16 gehalten werden, dessen Lauffläche beim Hub nicht von einer Öffnung durch Überströmkanäle 20 bis 20"" oder den Auslaßkanal 21 unterbrochen wird.

Eine Verdrehsicherung des Arbeits- und Ladekolbens 12 ist auch möglich durch eine nicht dargestellte ovale oder eckige Gestaltung des Ladezylinders 16 oder eine nicht dargestellte Führungsnut und paßfederartiger Gegenform.

Die Schmierung und Innenkühlung der Zweitakt-Taumelscheiben- Brennkraftmaschine geschieht durch eine nicht dargestellte Ölpumpe mit ebenfalls nicht dargestelltem Ölvorratsbehälter, die das Ölfördervolumen durch den Öleinlaß 25 an die Zweitakt-Taumelscheiben-Brennkraftmaschine abgibt. Vom Öleinlaß 25 gelangt das Öl über die Ölbohrung 26 durch die Hauptwelle 2 in die Taumelscheibe 5 und durch die Ölbohrung 27 in das Pleuelstangenlager 13. Von hier gelangt das Öl durch die hohle Pleuelstange 12 in den Ölraum 28 im Arbeits- und Ladekolben 14 zur Kühlung. Das abfließende Öl gelangt durch die Ölbohrung 29 im Arbeits- und Ladekolben 14 in den Zwischenraum 30 zwischen Arbeitszylinder 15 und Ladezylinder 16. Der Zwischenraum 30 ist über Rückströmkanäle 31, 31', 31", 31''' und 31"" mit dem Innenraum des Triebwerkgehäuses 1 verbunden, durch die das Öl zurückgeleitet wird und über den Ölauslaß 32 in den nicht dargestellten Ölvorratsbehälter zurückströmen kann. Durch den Weg des Öles durch die Zweitakt-Taumelscheiben-Brennkraftmaschine werden alle Schmierstellen ausreichend versorgt.

Die Zweitakt-Taumelscheiben-Brennkraftmaschine gibt ihre Antriebsleistung über den Mitnahmeflansch 33 an das nachfolgende nicht dargestellte Getriebe oder den Abnehmer ab.

Zum Antrieb von nicht dargestellten Hilfsaggregaten wie Ölpumpe, Kraftstoff pumpe und Generator ist eine Hilfsantriebswelle 34 mit Riemenscheibe 35 an der Seite der Arbeitszylinder 15 der Zweitakt-Taumelscheiben-Brennkraft maschine vorgesehen, die mit der Hauptwelle 2 drehfest verbunden ist.

Bezugszeichenliste

1

Triebwerksgehäuse

2

Hauptwelle

3

Kegelrollenlager

4

Kegelrollenlager

5

Taumelscheibe

6

Kegelrollenlager

7

Kegelrollenlager

8

Kegelverzahnung

9

Kegelverzahnung

10

Schrauben

11

Schrauben

12

Pleuelstange

13

Pleuelstangenlager

14

Arbeits- und Ladekolben

15

Arbeitszylinder

16

Ladezylinder

17

Hubraum des Arbeitszylinders

18

Hubraum des Ladezylinders

18

'Hubraum des Ladezylinders

19

Kolbenringe

19

'Kolbenringe

20

Überströmkanal

20

'Überströmkanal

20

"Überströmkanal

20

'''Überströmkanal

20

""Überströmkanal

21

Auslaßkanal

22

Dichtelemente

22

'Dichtelementeträger

23

Einlaß

24

Membranventil

25

Öleinlaß

26

Ölbohrung

27

Ölbohrung

28

Ölraum

29

Ölbohrung

30

Zwischenraum

31

Rückströmkanal

31

'Rückströmkanal

31

"Rückströmkanal

31

'''Rückströmkanal

31

""Rückströmkanal

32

Ölauslaß

33

Mitnahmeflansch

34

Hilfsantriebswelle

35

Riemenscheibe

Claims

1. Zweitakt-Taumelscheiben-Brennkraftmaschine mit fest verbundenen Arbeits- und Ladekolben 14 und Abdichtung der Pleuelstange 12 zum Innenraum des Triebwerksge häuses 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Pleuelstange 12 gelenkig am Arbeits- und Ladekolben 14 gelagert ist und die Abdichtung des Ladezylinders 16 zum In nenraum des Triebwerksgehäuses 1 am Durchgang der Pleuelstange 12 seitlich verschiebbar ist.

2. Zweitakt-Taumelscheiben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Hubraum des Ladezylinders 18 größer ist als der Hubraum des Arbeitszylinders 17.

3. Zweitakt-Taumelscheiben-Brennkraftmaschine nach einem der bisherigen Ansprüche dadurch gekennzeich net, daß der Arbeits- und Ladekolben 14 verdreh sicher zum Arbeitszylinder 15 und Ladezylinder 16 geführt ist.

4. Zweitakt-Taumelscheiben-Brennkraftmaschine mit fest verbundenen Arbeits- und Ladekolben 14 und Abdichtung der Pleuelstange 12 zum Innenraum des Triebwerksge häuses 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischen raum 30 zwischen Arbeitszylinder 15 und Ladezyli der 16 zum Innenraum des Triebwerksgehäuses 1 hin offen ist zur Rückleitung des Schmier- und Kühl öles.

5. Zweitakt-Taumelscheiben-Brennkraftmaschine nach einem der bisherigen Ansprüche dadurch gekennzeich net, daß ein vom Hubraum des Arbeitszylinders 17 und Hubraum des Ladezylinders 18 getrennter Ölkreis lauf zur Schmierung und Kühlung vorhanden ist.

6. Zweitakt-Taumelscheiben-Brennkraftmaschine nach einem der bisherigen Ansprüche dadurch gekenn zeichnet, daß im oberen Teil des Arbeits- und Ladekolbens 14 zum Hubraum des Arbeits des Arbeits zylinders 17 hin ein vom Ölkreislauf durchströmter Ölraum 28 zur Kühlung vorhanden ist.

7. Zweitakt-Taumelscheiben-Brennkraftmaschine nach einem der bisherigen Ansprüche dadurch gekenn zeichnet, daß die drehfeste Verbindung der Tau melscheibe 5 zum Triebwerksgehäuse 1 durch eine Kegelverzahnung 8, 9 hergestellt wird.

8. Zweitakt-Taumelscheiben-Brennkraftmaschine nach einem der bisherigen Ansprüche dadurch gekenn zeichnet, daß die drehfeste Verbindung der Tau melscheibe 5 zum Triebwerksgehäuse 1 durch ein Wellengelenk hergestellt wird.

9. Zweitakt-Taumelscheiben-Brennkraftmaschine nach einem der bisherigen Ansprüche dadurch gekenn zeichnet, daß die Dichtelemente 22 zwischen dem Ladezylinder 16 und dem Innenraum des Trieb werksgehäuses 1 aus einer oder mehreren seitlich verschiebbaren Lochscheiben bestehen, die sich am runden Schaft der Pleuelstange 12 radial führen.

10. Zweitakt-Taumelscheiben-Brennkraftmaschine nach einem der bisherigen Ansprüche dadurch gekenn zeichnet, daß die Außenform des Dichtelemente trägers 22' der Innenform des Arbeits- und Lade kolbens 14 angeglichen ist, um den Totraum des Ladezylinders 16 bei der unteren Stellung - UT Stellung - zu minimieren.