DE3128747A1

DE3128747A1 - Hubkolbenmotor mit tangentialantrieb

Info

Publication number: DE3128747A1
Application number: DE19813128747
Authority: DE
Inventors: Paul 4730 Ahlen Rückstädter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-07-21
Filing date: 1981-07-21
Publication date: 1983-02-24
Also published as: EP0084542A1; DE3128747C2; IT1152061B; WO1983000360A1; IT8222472A1; IT8222472A0

Description

NACHQEREICHT

Hubkolbenmotor mit Tangentialantrieb

Die Erfindung betrifft einen Hubkolbenmotor mit tangential an die Antriebswelle angreifenden Arbeitskolben und einem Ablösesystem zur Rückführung des Arbeitskolbens nach Durchlaufen seines Hubes, insbesondere als Arbeits- und Kraftmaschine»

Bei einem derartigen Hubkolbenmotor mit Tangentialantrieb mit kombiniertem Kolbenrückführungssystem besteht die Möglichkeit, den Hub des Arbeitskolbens je nach den Betriebszuständen und Arbeitstakten exakt den Erfordernissen anzupassen, so daß hierdurch und durch weitere zugehörige Zusatzsysteme die Optimierung der Verbrennung sowie der Kraftübertragung erreicht wird, welches zu einem maximalen Wirkungsgrad in allen Betriebszuständen führt.

Es ist bekannt, daß als Arbeits- und Kraftmaschinen Hubkolbenmotor mit Kurbelwelle oder Taumelscheibe oder verschiedene Arten von Rotationsmotoren existieren. Aufgrund der Vielzahl der Ausführungen soll hierauf nicht näher eingegangen werden. Der entschei-

dende Nachteil all dieser Verbrennungsmotoren ist darin zu sehen, daß diese Motoren sich durch das Zwangsführungssystem des Kolbens nicht den verschiedenen Betriebszuständen anpassen können, so daß immer der gleiche Hub, die gleiche Kompression, etc. vorhanden ist. Durch diese Invariabilität ist eine Optimierung der Energieumwandlung in mechanische Energie in den einzelnen Phasen der Arbeitstakte sowie der verschiedenen Betriebszustände vom Leerlauf bis Vollast nicht möglich. Die je nach Auslegung des herkömmlichen Motors bedingten Kompromisse bedeuten, daß von der zugeführten Energie nur ca. ein Drittel als mechanische Energie genutzt werden kann, ganz abgesehen davon, daß diese hohen Energieverluste negative Auswirkungen aufweisen. Diese negativen Auswirkungen sind unter anderem die Geräuschentwicklung, hohe Wärmeverluste, dynamische Verluste und zuviel schädliche Abgase. Zu bemerken ist, daß dynamische Verluste dadurch entstehen, daß die herkömmlichen Motoren bei niedrigen Drehzahlen ein niedriges Drehmoment aufweisen und erst bei hohen und höchsten Drehzahlen Leistung abverlangt werden kann.

Die mechanische Wirkung des Übertragungsdrucks des konventionellen Motors ist beim oberen Totpunkt gleich Null, mit zunehmendem Hebelarm nimmt die Übertragungs-

fähigkeit in gleichem Maße zu. Hat der Hebelarm (die Wange) zum Pleuel den 90° Winkel erreicht, so ist die Endspannung der Gase im Zylinder so weit abgesunken, daß nur annähernd die Hälfte des Druckes mechanisch übertragen wird. Dabei nimmt der Hebel weiter ab, wobei ebenfalls die Übertragung abnimmt. Dazu kommt, daß ein Drittel der Abgase ohne Arbeit zu verrichten, durch den Auspuff ohne Arbeit zu leisten, ausgestoßen wird. Weiter kommt hinzu, daß etwa ein Drittel Restgase im Zylinder verbleiben, die durch ihre Anwesenheit auf das neue Gemisch hemmend einwirken, und somit wiederum ein Mehr an Kraftstoff erfordern.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsmotor darzustellen, der in der Lage ist, jeden Betriebszustand und jede Phase des Arbeitstaktes selbsttätig zu optimieren und gleichzeitig die negativen Auswirkungen zu minimieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Hubkolbenmotor mit Tangentialantrieb aus einem an die Antriebswelle tangential angreifenden Arbeitskolben besteht, der die Antriebswelle über einen Freilauf in Rotation versetzt und der über ein Ablösesystem verfügt, welches den Kolben nach Durchlaufen seines Hubes

zu den nächsten Arbeitstakten zurückführt. Dieses Ablösesystem ist so gestaltet, daß der Kolben je nach Betriebszustand und Arbeitstakt die optimale Stellung einnimmt. Piese, je nach Takt und Betriebszustand unterschiedlichen Stellungen, erfordern zur Optimierung sowohl eine entsprechende Steuerung des Ablösesystems sowie auch neuartige ZusatzSteuergeräte für die Einlaßventilsteuerung, die Gemischregulierung und die Frischluftsteuerung.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind folgende :

Beim Tangentialmotor mit Quetschraum und Verdichtungsverschiebung und mit Ansaug-Unterdruck-und-Verdichtungs-Enddruck-Regelung wird bei allen Drehzahlen höchste und konstante Verbrennungsgeschwindigkeit bis an die Belastbarkeit des Materials erreicht. Es ist sowohl Gleichdruck- als auch Gleichraumverfahren möglich.

Die belastete Triebwelle bestimmt das Gleichdruckverfahren. Das Ablösesystem bestimmt das Gleichraumverfahren .
Weitere Vorteile:
1. Durch tangentialen Antrieb, Ablöse- und Rückführungs-

system gibt es keinen oberen, noch unteren Totpunkt mehr, nur noch obere und untere Kolbenstellungen _r daher direkte Übersetzung des im Zylinder befindlichen Gasdrucks.

2„ Durch den verlängerten Expansionshub wird der im Zylinder befindliche Gasdruck auf den Kolben bis zur Kondensation übertragen, der Tangentialmotor ist daher geräuschlos (umweltfreundlich)„

3. Der Tangentialmotor hat je nach Auslegung eine oder mehrere Zündungen bei einer Wellenumdrehung, daher größeres Drehmoment.

4. Beim Tangentialmotor sind größere Kolbenquerschnitte sowie kürzere Kolbenhübe möglich als bei herkömmlichen Motoren, somit erhält man höhere Werte.

5. Durch totale Entleerung des Zylinders hat der Motor immer sauberes Gemisch, schnellere und vollkommene Verbrennung, niedrigen Kraftstoffverbrauch, minimale Abgasemissionen (umweltfreundlich).

6. Durch manuelle Einstellung können alle Motorkraftstoffe verwendet werden (bei Zylindereinspritzung).

Es können nicht alle Vorteile hier beschrieben werden. Durch alle zusammenwirkenden, neuen technologischen Komponenten dieser Erfindung kann bei gleicher Zylinderzahl, Hubraum und Drehzahl das Drehmoment um das

X-fache je nach Auslegung des Tangentialmotors gesteigert werden. Der gebaute Prototyp beweißt, daß er das 15fache Drehmoment eines konventionellen Motors besitzt. Der Viertakt-Einzylinder-Prototyp von 432 cm mit handelsüblichem Vergaser hat eine Leerlaufdrehfähigkeit von 60 U/min bei einem Kraftstoffverbrauch von 85 g/h. Bei 1600 U/min dreht er je nach Vergasereinstellung schon von 2,5 bis etwa 4 mkg. Das Drehmoment kann noch um vieles erhöht werden, einmal durch größeren Kolbendurchmesser, durch mehrere Zündungen im Zylinder, durch überlangen Hebelarm und durch insgesamt perfekte Einstellung des Motors.

Ausführungsbeispxele und Arbeitsphasen sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Figur 1 zeigt den Hubkolbenmotor mit Tangentialantrieb in einer Phase seines Arbeitsprozesses. Der in dem Zylinder 1 befindliche Kolben 2 drückt über das Pleuel 3 den Freilaufhebel 4, der auf dem Freilauf 7 befestigt ist, tangential zur Antriebswelle 8 herunter. Da in dieser Richtung der Freilauf 7 die Antriebswelle 8 mitnimmt, wird die Antriebswelle 8 in Rotation versetzt. Auf der Antriebswelle 8 ist eine Steuerscheibe 5 mit

der elliptischen Kurve 6 befestigt. In dieser elliptischen Kurve 6 läuft die Nockenrolle 9, die an dem Übertragungshebel 10 befestigt ist, so daß dieser Übertragungshebel 10 mit dem Gelenkhebel 11 den Kolben nach Durchlaufen seines Hubes wieder nach oben drücken kann, da der Übertragungshebel TO an seinem anderen Ende in dem Exzenter 24 gelagert ist. Dieser Exzenter 24 befindet sich auf der Exzenterwelle 22, die in dem Lagerbock 21 liegt. Durch die Kette 2 3 und den Steuerhebel 26, welcher in dem Lagerpunkt 25 gelagert ist, kann der Exzenter 24 seine Lage verändern. Durch diese Lageveränderung des Exzenters 24 wird die Möglichkeit geschaffen, daß der Kolben 2 in seiner Höhe in jedem Betriebszustand verstellt werden kann. Der Steuerhebel 26 wird durch eine Steuernockenwelle 27, die mit der Antriebswelle 8 gekoppelt ist und mit ihr drehsinnig arbeitet, so gesteuert, daß in der Phase des Auspuffens der Kolben 2 bis zum obersten Punkt in dem Zylinder 1 bewegt wird, um alle Verbrennungsgase ausschieben zu können.

Figur 1 zeigt ferner den am Zylinder 1 befindlichen Auspuffkanal 12 mit dem zugehörigen Auslaßventil 13 sowie das äußere Ansaugrohr 16 mit dem zugehörigen Einlaßventil 14. In dem äußeren Ansaugrohr 16 befindet

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sich das innere Ansaugrohr 15, welches durch das Ansaugrohrventil 17 geöffnet oder geschlossen werden kann, um je nach Betriebszustand die erforderliche Menge des Kraftstoff-Luftgemisches mit der erforderlichen Luftgeschwindigkeit dem Motor zuzuführen. Ferner befindet sich an dem äußeren Ansaugrohr 16 die Ausgleichsdose 18, die aus einer Ausgleichsmembran 19 und der entsprechenden Feder 20 besteht. Diese Ausgleichsdose führt dem Motor ohne den sonstigen Unterdruck beim Ansaugen das Kraftstoff-Luftgemisch.zu und saugt gleichzeitig auf Vorrat Kraftstoff-Luftgemisch an und hält das Kraftstoff-Luftgemisch ständig in Bewegung.

Figur 2 zeigt eine mögliche Form der elliptischen Kurve 6. Dabei wird deutlich, daß die Achsen der Ellipse unterschiedlich lang sind. Dadurch wird erreicht, daß der Kolben 2 im Arbeitstakt, also beim Entspannen der Gase einen weiteren Weg zurücklegen kann, so daß sich die Gase vollkommen entspannen können. Generell nimmt die Kurvenform direkten Einfluß auf die Hublänge des Kolbens 2 sowie auf die Anzahl der Takte pro Umdrehung. Entscheidend für die Kurvenform ist, daß das Kurvenstück, welches die Nockenrolle im Arbeitstakt durchläuft, derart gestaltet ist, daß die Nockenrolle 9 die Kurve 6 überhaupt nicht berührt, sodaß der Kolben 2

frei arbeiten kann.

Figur 3 zeigt das Luftsteuergerät, welches dazu dient, dem Motor je nach Betriebszustand und unabhängig vom äußeren Luftdruck die richtige Menge Frischluft zuzuführen. Durch den Frischluftkanal 28 wird die Luft in Pfeilrichtung vom Motor dann angesaugt, wenn durch den entstehenden Unterdruck aus dem Membrangehäuse 31 durch die Öffnung 30 in dem Frischluftkanal 28 die Steuermembran 32 in Richtung der Steuerklappe 29 bewegt wird, so daß durch die Gelenkstange 33 die Steuerklappe 29 geöffnet wird und Frischluft angesaugt wird. Die Steuerklappe 29 ist so gelagert, daß sie gegen den Außendruck sperrt. Diese Luftregulierung wird durch eine Höhendose 38, deren Höhenmembran 39 auf der einen Seite gegen den äußeren Luftdruck geschlossen ist, ergänzt. Die Höhenmembran 39 ist mit der Steuermembran 32 über die Gelenkstange 33 verbunden, um die Luftzufuhrregulierung auch bei unterschiedlichem Außendruck zu optimieren. Die Höhendose 38 ist an der Feder 35 aufgehängt, die durch die Regulierungsschraube 36 im Rahmen 37 vorgespannt werden kann. Diese Vorspannung wirkt ebenfalls auf die Druckfeder 34, die sich in dem Membrangehäuse 32 befindet, derart, daß eine exakte Luftregulierung für jeden Kraftstoff möglich ist.

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Figur 4 zeigt die Nockenwelle 40, die das Einlaßventil 14 im Zylinderkopf 42 gegen die Druckfeder 43, hier in der Anordnung eines Pilsstößels, steuert. Zwischen Nockenwelle 40 und Einlaßventil 14 befindet sich der Kurvenschlitten 41, der sich in der Waagerechten verschieben läßt. Durch diesen Kurvenschlitten 41 wird erreicht, daß das Einlaßventil 14 je nach Betriebszustand langer geöffnet bleibt, um eine immer gleiche Kompression auch bei unterschiedlichen Kolbenstellungen zu gewährleisten und um das Kraftstoff-Luftgemisch in die Ausgleichsdose drücken zu können.

In den Figuren 5-12 werden die einzelnen Phasen des 4-Takt-Hubkolbenmotors mit Tangentialantrieb im Leerlauf wie bei Vollast dargestellt und im folgenden beschrieben.

Figur 5 zeigt den Hubkolbenmotor mit Tangentialantrieb in der Phase der beginnenden Verdichtung im Leerlauf. Im Leerlauf ist der Steuerhebel 26 in seiner Ausgangsstellung y.,. In dieser Stellung liegt auch der Exzenter 24 in der unteren Stellung in dem Punkt d., in dem Lagerbock 21. In der Phase der beginnenden Verdichtung wird nun der Kolben 2 von der Stellung X₁ über die Hebel 3, 4, 10 und 11 gegen den Freilauf 7 dadurch nach oben

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gedrückt, daß die auf dem Übertragungshebel 10 befindliche Nockenrolle 9, die in der elliptischen Kurve 6 der Steuerscheibe 5 läuft, aufgrund der Führung in der elliptischen Kurve 6 ebenfalls nach oben gedrückt wird,, Da sich der Exzenter 24 in der Stellung d₁ befindet, wird dann der Kolben 2 bis zum höchsten Punkt gedrückt. In dieser Phase der Verdichtung bleibt das Einlaßventil 14 solange geöffnet, bis das für den Motor verlangte Verdichtungsverhältnis erreicht wird. Diese wird hier mit der Kolbenstellung X₂ angedeutet. Ab dieser Stellung x~ ist dann das Einlaßventil 14 wieder geschlossen. Diese verlängerte Ventilöffnung wird dadurch erreicht, indem der Kurvenschlitten 41 die Stellung e- einnimmt, so daß die Nockenwelle 40 in dieser Phase die Kurve des Kurvenschlittens 41 entlanglaufen muß, so daß das Einlaßventil 14 länger geöffnet bleibt. Dadurch, daß das Einlaßventil 14 in der Phase des Verdichtens zum Teil geöffnet geblieben ist, wird das angesaugte Kraftstoff-Luftgemisch wieder in das äußere Ansaugrohr 16 zurückgedrückt. Dabei nimmt die Ausgleichsdose 18 den größten Teil dieses Gemisches wieder auf, um es zu einem späteren Zeitpunkt wieder dosiert abzugeben. Die nun in der Stellung b^ befindliche Ausgleichsmembran 19 wird sich dann nach oben bewegen. Im Leerlauf ist das Ansaugrohrventil 17, welches das innere Ansaugrohr 15 verschließt, in der

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geschlossenen Stellung c. , damit die Luftgeschwindigkeit optimal ist. Das Luftsteuergerät mit dem Membrangehäuse 31 und der Steuermembran 32, welches sich vor dem hier schematisch gezeigten Vergaser 62 befindet, hat die Steuerklappe 29 im Frischluftkanal 28 geschlossen. Dies wird mit der Stellung f.. der Steuermembran 32 angezeigt.

Figur 6 zeigt den Hubkolbenmotor mit Tangentialantrieb zu Beginn des eigentlichen Arbeitstaktes im Leerlauf. Der Motor hat verdichtet und der Kolben 2 hat die oberste Stellung x_ erreicht. Das komprimierte Kraftstoff-Luftgemisch wird gezündet.und im Augenblick der Zündung löst sich die Nockenrolle 9 von der elliptischen Kurve 6, so daß der Kolben 2 vollkommen frei tangential unter Mitnahme des Freilaufs 7 herunterfahren kann und die Antriebswelle 8 in Rotation versetzt. Nur für den Fall, daß der Motor nicht zündet, hat dieses Kurvenstück eine Bedeutung. Der Kolben 2 fährt soweit herunter, bis sich die Gase vollkommen entspannt haben, so daß die gesamte Expansionsenergie in mechanische Energie umgesetzt wird. Der Kolben 2 kann beim Arbeitstakt deshalb soweit herunterfahren, da die Achse der elliptischen Kurve 6, entsprechend dem Achsenmaß a₁ aus Figur 2, dem freiliegenden Kolben entspricht. Die Ausgleichsmembran

der Ausgleichsdose 18 hat durch die Rückführung des Kraftstoff-Luftgemisches beim Verdichten zwischenzeitlich die Stellung b~ erreicht.

Figur 7 zeigt den Hubkolbenmotor mit Tangentialantrieb zu Beginn der Phase des Auspuffens im Leerlauf. Der Kolben 2 hat den. untersten Punkt X₄ erreicht und wird nun wieder durch das Hebelsystem 3, 4, 10 und 11 sowie durch die Nockenrolle 9 in der elliptischen Kurve 6 nach oben gedrückt, um die verbrannten Gase wieder auszustoßen. Dabei öffnet sich das Auslaßventil 13. Die Ausgleichsmembran 19 hat inzwischen durch die Feder 20 die Stellung b-, eingenommen. Dadurch wurde weiteres Kraftstoff-Luftgemisch angesaugt, um es in der nächsten Phase aus dieser Ausgleichsdose 18 wieder abgeben zu können. Dadurch, daß die Ausgleichsmembran 19 das Gemisch angesaugt hat, entsteht im Frischluftkanal 28 ein Unterdruck, so daß die Steuermembran 32 in die Stellung f~ rückt und die Steuerklappe 29 öffnet, um Frischluft ansaugen zu können.

Figur 8 zeigt den Hubkolbenmotor mit Tangentialantrieb in der Phase des beginnenden Ansaugens des Kraftstoff-Luftgemisches im Leerlauf. Der Kolben 2 befindet sich in der obersten Stellung Xr. Diese Stellung ist identisch

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. au.

mit der Kolbenstellung χ., nach dem Verdichten. Die in der Steuerscheibe 5 befindliche elliptische Kurve 6 nimmt die Nockenrolle 9 mit und zieht den Kolben 2 über das Hebelsystem 3, 4, 10 und 11 herunter, so daß der Motor nun aus der Ausgleichsdose 18 das Kraftstoff-Luftgemisch ansaugen kann, sobald das Einlaßventil durch die Nockenwelle 40 geöffnet hat.

Figur 9 zeigt den Hubkolbenmotor mit Tangentialantrieb in der Phase der beginnenden Verdichtung bei Vollast bzw. Vollgas. Der Steuerhebel 26 hat die Stellung y₂ eingenommen und dadurch wurde der Exzenter 24 in die obere Stellung d₂ gedreht. Dadurch wird der Kolben 2 über das Hebelsystem 3, 4, 10 und 11 in die etwas tiefere Stellung x_fi gezogen. Bei Vollast wird der Kurvenschlitten 41 gleichzeitig mit dem Steuerhebel in die Stellung e₂ gebracht, so daß das Einlaßventil exakt dann schließt, wenn der Kolben 2 die untere Stellung x_g erreicht hat. Somit fällt die untere Stellung x_fi mit der Kolbeneinlaßventilschließstellung Χη überein. In der Stellung e_? des Kurvenschlittens kann die Nockenwelle 40 nicht mehr entlang der Kurve des Kurvenschlittens 41 gleiten. Bei Vollast ist das Ansaugrohrventil 17 in der Stellung c_? und hat somit das innere Ansaugrohr 15 freigegeben, so daß der Motor

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das größte Kraftstoff-Luftgemisch ansaugen kann. Ferner erkennt man durch die Anordnung des inneren Ansaugrohrs 15 und des Ansaugrohr-Ventils 17, daß eine optimale Verwirbelung des Gemisches erreicht wird. Bei Vollast wird die Ausgleichsdose in ihrer Funktion eingeschränkt und sie arbeitet kaum noch. Deshalb hat die Ausgleichsmembran die Stellung b., in allen Phasen. Über das Hebelsystem 3, 4, 10 und 11 wird nun der Kolben 2 wie beim Leerlauf nach oben gedrückt und verdichtet.

Figur 10 zeigt den Hubkolbenmotor mit Tangentialantrieb vor dem eigentlichen Arbeitstakt bei Vollast. Der Kolben 2 hat die oberste Stellung x„ erreicht und das Kraftstoff Luftgemisch im selben Verhältnis wie beim Leerlauf verdichtet. Die aber nun entsprechend größere Menge des Kraftstoff-Luftgemisches wird gezündet, der Kolben 2 fährt tangential herunter, nimmt den Freilauf 7 mit und dreht die Antriebswelle 8 mit der Steuerscheibe 5.

Figur 11 zeigt den Hubkolbenmotor mit Tangentialantrieb in der Phase des beginnenden Auspuffens bei Vollast. Der Kolben 2 hat die niedrigst erreichbare Stellung x_g <, Die Gase haben sich vollkommen entspannt,und nun wird der Kolben 2 wieder über das Hebelsystem 3, 4, 10 und nach oben gedrückt. Das Auslaßventil 13 öffnet sich,

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damit die Gase durch den Auspuffkanal 12 entweichen können. Gleichzeitig drückt die Steuernockenwelle 27 den Steuerhebel 26 aus der Stellung y~ heraus in die Stellung y.., damit der Exzenter 24 kurzfristig die Stellung d.. einnehmen kann.

Figur 12 zeigt den Hubkolbenmotor mit Tangentialantrieb zu Beginn der Phase des Ansaugens bei Vollast. Der Kolben 2 hat die oberste Stellung χ erreicht und sämtliche Gase ausgeschoben. Diese Stellung X_1n ist identisch mit der Stellung Xc nach dem Ausschieben der Gase im Leerlauf aus Figur 8. Dies bedeutet, daß der Kolben 2 in jedem Betriebszustand, ob Leerlauf, Teillast oder Vollast, die Abgase vollkommen ausschiebt. Dies wird dadurch erreicht, daß die Steuernockenwelle den Steuerhebel gegen seine ursprüngliche Stellung y~ wieder kurzfristig in die Stellung y- drückt, so daß der Exzenter 24 in die untere Stellung d.. durch ein Federsystem kommt und dadurch den Kolben 2 durch das Hebelsystem 10, 11, 4 und 3 bis zum obersten Punkt drückt. Der Motor kann nun das neue Kraftstoff-Luftgemisch ansaugen, indem das Einlaßventil 14 öffnet und der entstehende Unterdruck auf die Steuermembran 32 so einwirkt, daß sie aus der Stellung f.. heruntergedrückt wird und die Steuerklappe öffnet.

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Figur 13 zeigt eine weitere Ausführung des Hubkolbenmotors mit Tangentialantrieb in einem willkürlichen Betriebszustand und Arbeitstakt. Dieser Hubkolbenmotor unterscheidet sich von der Ausführung in Figur 1 dadurch, daß hier der Hub beliebig verstellt werden kann und das Ablösesystem zur Rückführung des Kolbens 2 im Arbeitstakt zusammenklappt, so daß es wirkungslos ist.

Der Motor arbeitet wie folgt:

Der im Zylinder 1 befindliche Kolben 2 drückt über das Pleuel 3 den Freilaufhebel 44, der mit dem Freilauf 7 fest verbunden ist, tangential zur Antriebswelle 8 herunter und nimmt dabei den Freilauf 7 mit, so daß die Antriebswelle 8 rotiert. An dem Freilauf 7 befindet sich ebenfalls der Verbindungshebel 45, der die Verbindung zwischen Freilauf 7 und dem Ablösesystem darstellt. Das Ablösesystem besteht aus der Schubstange 46, welches mit dem Schubstangenlager 47 fest verbunden ist. In dem Schubstangenlager 47 befindet sich die Lagerscheibe 48 mit dem Exzenter 49, der in die Exzenterscheibe 50 eingreift und darin gelagert ist, so daß sich die Lagerscheibe 48 um die Exzenterscheibe 50 drehen läßt. Die Exzenterscheibe 50 dreht sich wiederum durch die Triebkette 61 in dem Lager 51 und nimmt somit den Exzenter 4 9 mit der Lagerscheibe 48 ständig mit.

Um den Kolben 2 in die jeweilige Arbeitsstellung zurückführen zu können, ist die Lagerscheibe 48 an der Kette 52 aufgehängt und in einem Punkt fest mit der Kette verbunden. Dabei ist das eine Ende der Kette 52 über die Feder 59 an der Federaufhängung 60 befestigt und das andere Ende der Kette 52 hängt fest an der Kettenaufhängung 58. Durch diese Anordnung der Elemente 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 58, 59 und 60 erhält man ein Ablösesystem, welches insich zusammenklappt, sobald der Kolben 2 Druck auf dieses System ausübt. Das Ablösesystem wird ergänzt durch den Hubversteller 57, der das Kettenstück zwischen Kettenaufhängung 58 und Lagerscheibe 48 verkürzen und verlängern kann. Dadurch wird die Bahn der Lagerscheibe 48 verändert, welches sich dahingehend auswirkt, daß der Hub verstellt wird. Der Hubversteller 57 sorgt dafür, daß der Kolben 2 jeweils den erforderlichen Hub durchläuft und jeweils bis in die obere Ausgangsstellung gedrückt wird. Der Hubversteller befindet sich in dem Verstellager 56, das dafür sorgt, daß der eingestellte Hub beibehalten wird. Die Welle 8, die Exzenterscheibe 50, die Lagerscheibe und der Exzenter 7T sind durch eine Triebkette 61 miteinander verbunden, wobei das Übersetzungsverhältnis die Anzahl der Hübe pro Umdrehung angibt. Diese Ausführung hat einen zweiten Zylinder 72 als eigentlichen

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Verdichtungs- und Verbrennungsraum, der oberhalb des Zylinders 1 sich im Zylinderkopf befindet. In diesem Zylinder befindet sich ein Stellkolben 73, der über den Hebel 74 und den Exzenter 71 jeweils im Auspufftakt bis unten gedrückt wird, so daß sämtliche Verbrennungsgase ausgeschoben werden können» Während des Ansaugtaktes geht der Stellkolben 73 in seine durch den Gashebel vorher bestimmte Ausgangslage zurück. Durch einen derart im Zylinderkopf eingebauten Stellkolben 73 kann ein konstanter Verdichtungsenddruck im Zylinder im gesamten Drehzahlbereich des Motors erreicht werden= Da manuelles Verstellen, also Einstellen des Stellkolbens 73 auf jeden beliebigen Verdichtungsenddruck möglich ist, wird bei allen Drehzahlen höchste Verbrennungsgeschwindigkeit und niedrigster Kraftstoffverbrauch erreicht. Mit diesem System des Quetschraumes mit Arbeitskolben 2, der grundsätzlich immer bis dicht an den Zylinderkopf anläuft und nach unten seinen Hub im Leerlauf verkleinert, kann der Kolben bei wachsender Drehzahl je nach Auslegung der Mechanik seinen Hub um mehr als das doppelte vergrößern. Dagegen kann der Stellkolben 73 seinen Verdichtungsraum von Null auf seine größte Auslegung vergrößern» Der Nocken 55 läuft in der Innenbahn des Hubverstellers 57 ab, der im Schiebelager 56 verschoben und eingestellt wird,

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vom kleinsten bis zum größten Hub. Wird der Hubversteller 57 so weit in die Stellung verschoben, daß der Nocken die Innenseite des Hubverstellers gerade noch berührt, so ist der kleinste Hub des Kolbens 2 gegeben. Die Feineinstellung der Kette 52 erfolgt beim Lagerbock 58, wobei die Lagerscheibe 48 verstellt und eingestellt wird. Der Hubversteller 57 ist mit dem Gashebel so gekoppelt, daß durch Gaswegnehmen gegen die Kette gedrückt wird und beim Gasgegeben von ihr weggeht. Dadurch wird der Kolben 2 in seiner unteren Stellung verschoben.

Das System sollte so ausgelegt sein, daß das Achslager 51, der Exzenter 49 und der Gelenkhebel 46 nie in einer Ebene liegen, damit es keinen Totpunkt gibt.

Figur 14 zeigt den Hubkolbenmotor mit Tangentialantrieb in der Ausführung, daß sich das Ablösesystem direkt unter dem Pleuel 3 befindet. Die Wirkungsweise ist wie folgt:

Der im Zylinder 1 befindliche Kolben 2 drückt über das Pleuel 3 den Freilaufhebel 44 tangential zur Antriebswelle 8 herunter, nimmt dabei den Freilauf 7 mit, so daß die Antriebswelle 8 rotiert. Dabei rollt die Rolle 69 vollkommen frei entlang der sich ebenfalls

rotierenden Kurvenscheibe 63. Erst bei der Rückführung des Kolbens 2 in seine Arbeitsstellung liegt die Rolle 69 auf der Kurvenscheibe 63 auf, so daß der Kolben 2 nach oben gedrückt wird. Die Kurvenscheibe 63 läßt sich durch den Exzenter 66 in der Exzenterwelle 65, die in dem Lager 64 gelagert ist, in der Höhe verstellen, so daß die Stellung des Kolbens 2 verändert werden kann. Die Höhenverstellung erfolgt nach demselben System wie aus Figur 1. Die Zugfeder bzw= Druckfeder 68 dient dazu, daß der Kolben 2 beim Ansaugen und bei einem eventuellen Zündausfall heruntergedrückt wird=

Claims

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Patentansprüche ;

|i,JVerbrennungskraftmaschine mit mindestens einem in einem Zylinder hin und her beweglichem Arfoeitskolben, dessen Bewegung über eine Pleuelstange eine sich in eine Richtung drehende Welle antreibt,, mit mindestens einem Einlaßventil für das Kraft= stoffgemisch oder direkter Zylindereinspritzung und einem Auslaßventil für das Abgas, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Welle (8) ein Freilauf (7) angeordnet ist, dessen äußere Hülse über einen Freilaufhebel (4) mit dem Kolbenfernen Ende der Pleuelstange (3) verbunden ist, wobei der Freilauf (7) die Welle (8) bei den Arbeitstakten des Kolbens (2) mitdreht und sich öffnet, wenn sich der Kolben in den anderen Takten bewegt, und daß weiterhin eine Einrichtung oder Ablösesystem vorhanden ist, die den Kolben in den anderen Takten (Ausscheiden der Abgase, Ansaugen und Verdichten) bewegt und direkt oder indirekt von der Welle (8) angetrieben wird=
2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablösesystem so ausge-

staltet ist, daß der Arbeitskolben (2)je nach Takt und Betriebszustand die optimalen Arbeitswege durchführen kann.
3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablösesystem so verstellbar ist, daß die Verbrennungsmaschine bei laufendem Motor dem jeweiligen Betriebszustand anpaßbar ist. - .
4. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablösesystem aus einer mit der Antriebswelle (8) gekoppelten Steuerscheibe (5) besteht, welche eine elliptische Kurve oder Führung (6) für alle vier Takte bei einer Umdrehung aufweist, in der eine Nockenrolle (9) mit dem Hebensystem (10 und 11) geführt wird, welches den Kolben alle Takte durch^- laufen läßt, die für den Lauf des Motors erforderlich sind.
5. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elliptische Kurve (6) unterschiedliche Achsen aufweist, um die Bahn des Kolbens (2) dem jeweiligen Takt anzupassen, wobei

bei dem eigentlichen Arbeitstakt die Hockenrolle (9) die Kurve oder Führung (6), um das Klemmen des Systems zu vermeiden, nicht berührt .
6. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 bis dadurch gekennzeichnet, daß die elliptische Kurve (6) in der Steuerscheibe (5) durch eine andere Kurve ersetzt wird, die mindestens vier Takte pro Umdrehung erzwingt ο
7. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,, daß das Ablösesystem aus einem Klappsystem ohne Totpunkt besteht, welches so gestaltet ist, daß dieses System beim Arbeitstakt in sich zusammenklappt und wirkungslos ist, sodaß die gesamte Energie über den Freilaufhebel (4) auf die Welle (8) übertragen werden kann, jedoch die Führung des Kolbens (2) für die anderen Takte ermöglicht«
8. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablösesystem aus einem Schubstangenlager (47) besteht, wobei die Schubstange (46) über einen Verbindungshebel (45)

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mit dem Freilauf (7) verbunden ist und das Schubstangenlager (47) eine Lagerscheibe (48) aufweist, an der fest verbunden ein Exzenter (49) angebracht ist, welcher wiederum gleichzeitig auch in der Exzenterscheibe (50) drehbar gelagert ist, so daß dieses Schubstangenlager (47), verbunden mit einer Steuerkette (52) eine bestimmte Bewegung beschreibt, die über die Schubstange (46) den Kolben (2) die erforderlichen Takte durchführen läßt.
9. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet/ daß durch das Übersetzungs-. verhältnis von Welle (8) zur Exzenterscheibe (50) und der Scheibe (70) der Kolben (2) mindestens vier Takte pro Umdrehung durchführt.
10. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablösesystem aus einer Kurvenscheibe 63 besteht, welche mit der Antriebswelle direkt oder indirekt betrieblich verbunden ist und sich mit ihr im Gleichlauf befindet, wobei die Kurvenscheibe (63) unterhalb des Pleuels so angebracht ist, daß der Kolben (2) direkt wieder in die nächste Ausgangs-

lage zurückgeführt wird»
11. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenscheibe (63) derart gestaltet ist, daß der Kolben mindestens zwei Hübe pro Umdrehung vollführen kann.
12. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablösesystem mechanisch oder hydraulisch oder auf sonstige Art in jedem Betriebszustand bei laufendem Motor so verstellbar ist, daß die Kolbenstellung (Hubgröße) an die Betriebsbedingungen optimal anpaßbar ist.
13. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Sprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß über einen Steuerhebel (25) und eine Kette (23) die Exzenterwelle (22) mit dem Exzenter (24) in dem Lagerbock (21) so verdreht werden kann, daß eine Hubverstellung des Kolbens (2) über das Hebelsystem (3, 4, 11 und 10) erfolgt, wobei das System des Steuerhebels (26) durch eine Steuernockenwelle (27) derart ergänzt wird, daß der Kolben jeweils im Auspufftakt bis in

die oberste Stellung geführt wird.
14. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche T bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine unter dem Pleuel (3) befindliche Kurvenscheibe (63) zur Rückführung des Kolbens (2) so einstellbar ist, daß sich der"Hub verändert und der Kolben (2) im Auspufftakt jeweils die oberste Stellung einnimmt.
15. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß über ein Verstellsystem (55, 56, 57 und 70) die Bahn des Schubstangenlagers (47) so veränderbar ist, daß der Kolben (2) den für den Betriebszustand optimalen Weg zurücklegt und beim Auspufftakt

^v" jeweils die oberste Stellung einnimmt.
16. Verbrennungskraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Dosierungsdose (18)" aufweist, die sich an dem Einlaßkanal (16) unmittelbar in der Nähe des Einlaßventils (14) befindet/ um einen Teil des Kraftstoff" Luftgemisches anzusaugen und aufzunehmen,

um es für den eigentlichen Arbeitstakt bereitzu-

stellen und abzugeben und auch bei der Einlaßventilverstellung das überschüssige Kraftstoff-Luftgemisch aufzunehmen=
17. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierungsdose (18) aus einem Behälter mit einer darin befindlichen Ausgleichsmembran (19) besteht, die durch eine Feder (20) so gehalten wird, daß sie das Kraftstoff-Luftgemisch ansaugt, aufnimmt und zum richtigen Zeitpunkt abgibt, sowie bei der Einlaßventilverstellung das überschüssige Kraftstoff-Luftgemisch aufnimmt.
18. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Ansaugkanal (16) ein inneres Ansaugrohr (15) direkt vor dem Einlaßventil (14) befindet, welches durch das Ansaugrohrventil (17) geöffnet werden kann, um dem Motor je nach Bedarf ein größeres Kraftstoff·= Luftgemisch mit der entsprechenden Luftgeschwindigkeit zuzuführen.
19. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansaugrohrventil (17) entsprechend dem Betriebszustand von Leerlauf bis Vollast gesteuert- wird.
20. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß sich vor dem Vergaser ein Luftdosierungsgerät (31, 32) (Figur 3) befindet, welches dem Motor unabhängig von dem Luftdruck in dem Frischluftkanal (28) vor dem Luftdosierungsgerät die jeweils erforderliche Menge Frischluft entsprechend dem Betriebszustand zuteilt.
21. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Luftdosierungsgerät (31, 42) eine in dem Frischluftkanal (28) befindliche Steuerklappe (29) aufweist, die sich durch ein Steuersystem entsprechend der Höhe des Unterdrucks hinter der Steuerklappe (29) öffnet.
22. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 20 oder

21, dadurch gekennzeichnet, daß eine in dem Membrangehäuse (31) befindliche Steuermembran (32) über die Gelenkstange (33) die Steuerklappe (29) dadurch öffnet, daß bei entstehendem Unterdruck vom Motor aus dem Membrangehäuse (31) durch die öffnung (30) Luft angesaugt wird, die die Steuermembran (32) so verschiebt, daß sie über die Gelenkstange (33) die Steuerklappe (29) öffnet.
23. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermembran (32) mit einer Höhendose (38) gekoppelt ist, die gegen den atmosphärischen Außendruck verschlossen ist, so daß bei sich änderndem Außendruck die Höhenmembran (39) auf die Gelenkstange (33) einwirkt, um die Luftmenge entsprechend zu dosieren»
24. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftdosierungsgerät über die Feder (35) so einstellbar ist, daß dem Motor je nach Kraftstoffart die erforderliche Menge Frischluft zugeführt wird,
25. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche

1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßventil (14) so steuerbar ist, daß es im Leerlauf langer geöffnet werden kann als bei Vollast.
26. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer Nockenwelle (40) und dem Einlaßventil (14) ein Kurvenschlitten (41) angebracht ist, der entsprechend dem Betriebszustand so verschiebbar ist, daß das Einlaßventil (14) im Leerlauf langer geöffnet bleibt als bei Vollast.
27. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Zylinderkopf ein Stellkolben (73)(Figur 13) befindet, der über einen Hebel (74) und einen Exzenter (71) oder eine sonstige Verstellung jeweils im Auspufftakt bis unten gedrückt wird, und der die Verdichtungshöhe den Betriebsbedingungen optimal anpaßt.