DE2500608A1

DE2500608A1 - Kurvenscheibenangetriebener -und gesteuerter 4-takt hubkolbenmotor mit kontinuierlich einstellbarem zylinderraum

Info

Publication number: DE2500608A1
Application number: DE19752500608
Authority: DE
Inventors: Karl Kraus
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-01-09
Filing date: 1975-01-09
Publication date: 1976-07-15

Description

atentanmeldung

Anmelder: Karl Kraus

7891 Ühlingen

Hauptstr.43

Erfinder: Karl Kraus

7891 Ühlingen

Hauptstr.43

Kurvenscheibenangetriebener -und gesteuerter 4-Takt Hubkolbenmotor mit kontinuierlich einstellbarem Zylinderraum

Die Erfindung betrifft einen kurvenscheibenangetriebenen -und gesteuerten 4-Takt Hubkolbenmotor mit kontinuierlich veränderlichem Zylinderraum, der zum Teil aus den bekannten Elementen des kurbelgetriebenen Otto-Viertaktmotors besteht, aber einige der dem letzteren anhaftenden Mängel vermeidet.

Hubkolbenbrennkraf'tiaaschinen mit Eurvenscheibentriebwerk sind bereits vorgeschlagen worden, aber nicht in Gebrauch gekommen. Dies ist mit den Schwierigkeiten bei der Übertragung der umlaufenden Kurvenscheibenbewegung auf die Kolbenbewegung zu erklären. Bei den bekannt gewordenen Motoren sollte die Axialbewegung des Kolbens durch das Abrollen der an ihrem Ende mit einem Rollager versehenen Kolbenstange auf einer einzigen Kurvenscheibe erzeugt werden. Der senkrecht nach unten wirkende Verbrennungsdruck auf Kolben und Kolbenstange, sowie die zur Tangente des Rallagerauflagepunktes senkrechte Kurvenscheibenreaktionskraft, ergeben als Resultierende eine Seitenzwangskraft und somit ein Kippmoment auf den Kolben. Außerdem tritt bei der Konstruktion mit nur einer Kurvenscheibe eine nicht abgestützte Rotationskomponente um die Längsachse des Kolbens auf.
Kit der Erfindung soll daher, unter anderem, auch die

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Aufgabe gelöst werden, einen kurvenscheibenangetriebenen Motor so auszubilden, daß die bei der Drehung der Kurvenscheibe nicht kolbenaxialen Zwangskräfte durch geeignete Mittel reibungsarm so aufgefangen werden, daß auf den Kolben nur noch axiale Kräfte wirken. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die reibungsarmen Mittel, z.B. Rollager, seitlich über achsparallele Führungsschienen abgestützt werden, und die Kolbenstange auf zwei konzentrischen, gleichgeformten Kurvenscheiben abrollt. Mirch den erfindungsgemäßen Motor werden gegenüber dem bekannten 4-Takt-0ttomotor folgende Vorteile erzielt: Erstens werden bei einer Umdrehung der Kurvenscheibe ein- oder mehrere Arbeitsspiele durchlaufen, gegenüber zwei Kurbelwellenumdrehungen pro Arbeitsspiel beim 4-Takt Ottomotor.Die hieraus relativ zum 4-Takt Ottomotor resultierende, Höchstens halb so hohe Motorendrehzahl, läßt den Motor erfindungsgemäß überall direkt dort zum Einsatz kommen, wo man bisher gewünschte niedrige Drehzahlen nur durch aufwendige Zwischengetriebe erreichte, beispielsweise als Plugzeugantrieb.

Zweitens lassen sich Weggeschwindigkeit -und Beschleunigung der Kolben über das ganze Arbeitsspiel hinweg optimieren. Während beim Motor mit Kurbelwellentriebw©rk aus geometrischen Gründen die Bewegungskurve des Arbeitskolbens stets eine mehr oder weniger angenäherte Sinusfunktion darstellt, kann sie beim beschriebenen Motor beliebige Formen annehmen. Dies wird erfindungsgemäß durch die Wahl geeigneter Formen der Kurvenscheibe erreicht. Während beispielsweise beim Ottomotor zu Beginn der Arbeitsphase, während des höchsten Gasdruckes im oberen Totpunkt, Geschwindigkeit und Beschleunigung widersinnigerweise gleich Null sind, kann der Kurvenscheibenverlauf in diesem Bereich so gewählt werden, daß sein aweiter Differentialquotient als Maß für die Kolbenbeschleunigung ein Maximum erreicht. Dies führt erfindungsgemäß zu einer Wirkungsgradsteigerung gegenüber dem Ottomotor.

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Die Tatsache der beschriebenen Optimierungsmöglichkeiten läßt grundsätzlich auch Versionen des erfindungsgemäßen Motors zu, welche mit schnellbrennenden Gasen wie Wasserstoff oder Methan mit gutem Wirkungsgrad arbeiten. Drittens; Im Gegensatz zum Motor mit Kurbelwellenantrieb lassen sich beim erfindungsgemäßen Motor die Hubhöhen der Arbeitstakte eines Arbeitsspiels unterschiedlich gestalten. Erfindungsgemäß wird dies durch Variation der Maxima bezw. Minima im Kurvenverlauf der Kurvenscheibe erreicht. Durch größeren Hub im Arbeits - bezw. Ausstoßtakt, kann eine vollständigere Verbrennung erzielt werden, was eine Wirkungsgradverbesserung und größere Umweltfreundlichkeit des Motors zur Folge hat.

Viertens: Während beim Ottomotor immer zusätzlich zujkolbenaxialen Kraftkomponente über die Pleuel eine Seitenkraft auf die Zylinderwand wirkt und zu deren allmählichen Verschleiß führt, wird diese Seitenkraft beim erfindungsgemäßen Motor bereits an der Stelle ihrer Entstehung kompensiert. Dies geschieht erfindungsgemäß durch die reibungsarme Bewegung der Mittel am Ende der Kolbenstange in achsparallelen Führungsschienen. Hierdurch wird eine wesentliche Erhöhung der Lebensdauer des Kolbens und Zylinders erreicht.

Fünftens: Die Ansteuerung der Ventile beim beschriebenen Motor, kann, im Gegensatz zum 4-Takt Ottomotor, auf einfache Weise optimal bewerkstelligt werden. Erfindungsgemäß sitzt auf der zentralen Hauptwelle, diametral gegenüber der Kurvenscheibe, eine plane Scheibe, auf der sich Nockenleisten befinden, welche Ventile (z.B. solche konventioneller Bauart) betätigen. Diese Nockenleisten lassen sich in Länge und Form so variieren, daß bei einer Umdrehung des Motors, und somit der ÜTockenleistenscheibe, die Füll -und Entleerphasen während des Arbeitsspiels optimal gesteuert werden.

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Dadurch, wird eine bessere Verbrennung und eine Wirkungsgrade rhöhung erreicht und der Motor wird unsveltfreundlicher. Zudem bewirkt das Ersetzen des aufwendigen Nockenwellen -und Stößelmechanismus durch die einfache Nockenwellenscheibe eine Massenverkleinerung des Gesamtmotors. Außerdem ist erfindungsgemäß eine Ansteuerung des Motors ohne Ventile und Nocken durch eine um die Hauptwelle rotierende Schlitzschiebersteuerplatte als Spezialversion des Motors vorgesehen.

Sechstens : Da beim erfindungsgemäßan Motor nur kolbenaxiale Kräfte wirksam werden, kann auf den Kolbenmantel verzichtet werden. Auch Pleuelstange und Kolbenbolzen werden nicht benötigt. Ihre Punktion wird von der starr mit dem Kolben, an ihrem Ende mit einem geeigneten Mittel (z.B.Rollager), versehenen Kolbenstange übernommen. Hierdurch wird erfindungsgemäß eine Massenverkleinerung und somit eine Verbesserung des Wirkungsgrades erreicht.

Sieb_tj3ns : Ottoviertaktmotore mit kontinuierlich einstellbarem Zylinderraum, sind nur als Testmotore bekannt und wegen des anfallenden Mehraufwandes nicht als Serienmodell zu gebrauchen. Beim beschriebenen Motor kann dieser kontinuierlich einstellbare Zylinderraum auf einfache Weise miteiner einzigen axialen Verstellung realisiert werden. Erfindungsgemäß wird die zentrale Hauptwelle mit Mitteln versehen (z.B.Schraubhülsen), die deren Längenänderung ermöglichen. Hierdurch kann das Volumen des Zylinderräumes kontinuierlich variiert werden.

Durch die beschriebene Möglichkeit der Zylinderraumvariation, kann der Motor erfinuungsgemäß z.B. auch in Kombination mit einer Vielstoffkraftstoffpumpe als Vielstoffmotor, oder auch als Dampf -und Wasserstoffmotor eingesetzt werden. Außerdem ist es erfindungsgemäß möglich, durch elektronische Verstellungsregelung, beispielsweise in Punktion des Luftdruckes, einen in jäder Höhenlage

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optical arbeitenden Flugmotor zu realisieren.

Der beschriebene Motor läßt sich erfinaun^sgemäß, in Kombination mit den vom klassischen Dieselmotor her bekannten Ansaug -und Einspritzvorrichtungen, auch als kurvenscheibenangetriebener -und gesteuerter 4-Takt Diesel motor realisieren. Der Llotor stellt aufgrund seiner verhältnismäßig kleinen Masse, seiner exakten Steuerung, seines optimierbaren Zylinderraumvolumens, und der ebenfalls optimierbaren Kolbenwege, Kolbengeschwindigkeit und - Beschleunigung einen v/esentlichen technischen Fortschritt dar.

In der Zeichnung ist der Motor in seinen wesentlichen Bauteilen dargestellt, und zwar in ι

Hauptquerschnitt Nockenleistenscheibe, Draufsicht

abgewickelte Kurvenscheibe FIg. 4 seitliche Abstützung im Querschnitt ]?ig._5. Längenvariable Hauptwelle

dabei bedeuten im Einzelnen :

1) G-ehäuse

2) Hauptwelle

3) Kurvenscheibe

4) Kolben mit Kolbenstange

5) Zylinder

6) Zylinderkopf

7) Nockenscheibe

8) Nocken für Auslaßventil

9) Nocken für Einlaßventil

10) Antriebswelle für ITockenscheibe

11) Auslaßventil

12) Einlaßventil

13) Zündkerze

14) Verstellhülse für Hauptwelle

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15) reibungsarme Mittel für seitliche Abstützung

16) reibungsarme Mittel für Kurvenscheibenantrieb

17) Ansaugtakt

18) Verdichtungstakt

19) Arbeitstakt

20) Auspufftakt

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Claims

Patentansprüche

Kurvenscheibenangetriebener und -ge steuert er _t 4-Takt HubkοIbenmotor, dadurch gekennzeichnet, daß eine, auf einer längenvariablen, zentralen Hauptwelle mittig montierte Kurvenscheibe, über mit geeigneten, reibungsarmen Mitteln versehene, starr mit dem Kolben verbundene Kolbenstange dem Kolben nur axiale Kräfte überträgt, wobei Motorendrehzahl, Kolbenweg, Kolbengeschwindigkeit und Kolbenbeschleunigung, sowie die Hübe der 4- Takte eines Arbeitsspiels in beliebiger Weise durch die Form der Kurvenscheibe variiert werden können, und die Ansteuerung der Ventile oder Taktschlitze durch die ebenfalls mittig auf der zentralen Hauptwelle montierte Wockenleistenscheibe, oder eine Schlitzschieberstange, bewerkstelligt wird.

(2) Kurvenscheibenangetriebener und -gesteuerter, 4-Takt Hubkolbenmotor, nach Anspruch (1) dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenscheibe so viele Maxima und Minima besitzt, daß bei einer ihrer Umdrehungen mindestens ein Arbeitsspiel durchlaufen wird.

(3)Kurvenscheibenangetriebener und -gesteuerter 4-Takt Hubkolbenmotor, nach Anspruch (1) und (2) dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenscheibe in Form zweier konzentrischer, gleichgeformter Kurvenscheibenringsegmente ausgebildet ist.

(4)Kurvenscheibenangetriebener und -gesteuerter 4-Takt Hubkolbenmotor, nach Anspruch (1),(2) und (3) dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenscheibe geometrisch so geformt ist, daß Kolbenwege, Kolbengeschwindigkeit und - Beschleunigung die zum entsprechenden Fotortyp optimalen Werte annehmen.

(5)Kurvenscheibenangetriebener und -gesteuerter 4-Takt Hubkolbenmotor, nach Anspruch (1),(2),(3)»(4) dadurch gekennzeichnet, daß die Maxima und Minima auf der Kurvenscheibe die Hubhöhen der Arbeitstakte so bestimmen, daß diese im-Verlauf eines Arbeitsspiels beliebig variierbar sind.

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(6) Kurvenscheibenanaetriebener und -gesteuerter 4-Takt Hubkolbenmotor nach Anspruch (1) dadurch gekennzeichnet, daß die auf aie Kolbenstange wirkende, aus Verbrennungsdruckkraft und Reaktionskraft der Kurvenscheibe resultierende Seitenkraft, von achsparallelen Eührungsschienen reibungsarm aufgenommen wird.

(7) Kurvenscheibenangetriebener und -gesteuerter 4-Takt Hubkolbenmotor nach Anspruch (1) dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung der Ventile über eine mittig auf der Hauptwelle montierte Nockenleistenscheibe erfolgt.

(8) Kurvenscheibenangetriebener und -gesteuerter 4-Takt Hubkolbenmotor nach Anspruch (1) dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung der Taktschlitz& über eine mittig auf der Hauptwelle montierte Schlitzschiebersteuerung erfolgt.

(9) Kurv ens ch 3 ib enan petri eb ene r und -g ;e s t e ue rjbe r 4 -Takt Hubkolbenmotor nach Anspruch (1),(7), dadurch gekennzeichnet, daß sich die Nockenleisten in Länge und Form variieren lassen.

(1 o)KurvenschejLbenanp;etriebener und -gesteuerter 4-Takt Hubkolbenmot or nach Anspruch (1),(7), dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Hauptwelle durch geeignete Mittelverstellung stufenlos längenvariabel ist, und somit der Zylinderraum beliebig variiert werden kann. (11)Kurvenscheibenangetriebener und -gesteuerter 4-Takt Hubkolbenmotor nach Anspruch (1),(7),(9), dadurch gekennzeichnet, daß die Längenvariation der zentralen Hauptwelle elektronisch geregelt werden kann.

Ühling-en, 6. Jan. 1975 .

Karl Kraus /

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