DE3320363A1 - Four-stroke combustion engine without crankshaft - Google Patents

Four-stroke combustion engine without crankshaft

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DE3320363A1 DE19833320363 DE3320363A DE3320363A1 DE 3320363 A1 DE3320363 A1 DE 3320363A1 DE 19833320363 DE19833320363 DE 19833320363 DE 3320363 A DE3320363 A DE 3320363A DE 3320363 A1 DE3320363 A1 DE 3320363A1
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Abstract

The invention relates to a four-stroke combustion engine without a crankshaft , which engine functions as a linear engine with combustion cylinders arranged in a horizontally opposed arrangement. According to the invention a plurality of combustion cylinder pairs are arranged parallel in one plane and jointly act on a parallel displaceable guide element for the oscillating displacement of this guide element. <IMAGE>

Description

Dipl.-Ing. RUDOLF SEIBERTDipl.-Ing. RUDOLF SEIBERT

Rechtsanwalt u. PatentanwaltAttorney and patent attorney

Tattenbachstraße 9Tattenbachstrasse 9

8000 MÜNCHEN 228000 MUNICH 22

Otfried Schweikert Mühlbachstraße 13 8575 KirchthumbachOtfried Schweikert Mühlbachstrasse 13 8575 Kirchthumbach

KurbelwellenIose ViertaktverbrennungskraftmaschineLoose four-stroke internal combustion engine

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Titel: Kurbelwellenlose ViertaktverbrennungskraftmaschineTitle: Crankshaftless four-stroke internal combustion engine

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine kurbelwellenlose Viertaktverbrennungsmaschine, also auf einen sog. Linearmotor.The present invention relates to a four-stroke internal combustion engine without a crankshaft, that is to say to a so-called linear motor.

Derartige Verbrennungskraftmaschinen sind insbesondere zum Antrieb von Pumpaggregaten, Kompressoren oder dergleichen, beispielsweise auch in Verbindung sich immer mehr durchsetzenden Hydromotoren in schweren Kraftfahrzeugen, Omnibussen usw. besonders geeignet.Internal combustion engines of this type are particularly used for propulsion of pump units, compressors or the like, for example also in connection with more and more prevalent hydraulic motors particularly suitable in heavy vehicles, buses, etc.

Gegenüber einem mit einer Kurbelwelle versehenen Motor kann dabei, da die Bewegung der Kurbel völlig wegfällt, eine kompaktere Bauweise erzielt werden. Zusätzlich können alle Probleme, die mit der Umsetzung der Linearbewegung eines Kolbens über eine schwenkbar am Kolben angelenkte Kolbenstange auftreten, sowie die Schmierprobleme an der Kurbelwelle selbst völlig eliminiert werden.Compared to an engine equipped with a crankshaft, since the movement of the crank is completely eliminated, a more compact design can be achieved. In addition, any problems related to the implementation of the linear movement of a piston via a piston rod pivoted on the piston occur, as well as the Lubrication problems on the crankshaft itself are completely eliminated.

Eine Art Linearmotor ist bereits durch die DE-OS 30 29 287 (Stelzer) vorgeschlagen worden. Bei der in dieser Veröffentlichung vorgeschlagenen Brennkraftmaschine handelt es sich aber um eine einfache Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Anordnung von 2 gegeneinander arbeitenden Zylindern in Boxeranordnung, bei der die durch die Verbrennung erzeugte Kraft unmittelbar auf der dem Verbrennungsraum abgewandten Seite des Kolbens auf ein Fluid wirkt, d.h. die Anlage arbeitet als Kompressor.A kind of linear motor is already through DE-OS 30 29 287 (Stelzer) has been proposed. The internal combustion engine proposed in this publication is, however, a simple one Two-stroke internal combustion engine with an arrangement of 2 opposed cylinders in a boxer arrangement, in which the combustion The force generated acts directly on the side of the piston facing away from the combustion chamber on a fluid, i.e. the system works as a compressor.

Die Anordnung der beiden Kolben ist dabei so getroffen, daß zwischen den Verbrennungsräumen eine für beide Kolben gemeinsame Vorverdichterkainmer gebildet wird.The arrangement of the two pistons is made so that between the combustion chambers a common pre-compressor chamber for both pistons is formed.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Linearmotor anzugeben, bei dem der Verbrennungsvorgang im Vierertakt abläuft, um die Vorteile des Vierertaktes bei einem derartigen Motor ausnützen zu können. Dies gilt sowohl hinsichtlich eines Aufbaues als Ottomotor als auch eines Dieselmotors.The object of the invention is to provide a linear motor in which the combustion process takes place in four-stroke cycles in order to achieve the advantages of the four-stroke in such an engine. This applies both to a structure as a gasoline engine also a diesel engine.

Die vorgenannte Aufgabe, eine kurbelwellenlose Viertaktverbrennungskraftmaschi^ne mit in Boxeranordnung angeordneten Verbrennungszylindern anzugeben, wird mit einer Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.The aforementioned task, a crankshaftless four-stroke internal combustion engine Specifying combustion cylinders arranged in a boxer arrangement is possible with an internal combustion engine solved with the features of claim 1.

Bei der Viertaktverbrennungskraftmaschine nach der Erfindung werden also mehrere Verbrennungszylinderpaare jeweils in Boxeranordnung parallel derart in einer Ebene angeordnet, daß die Kolbenstangen alle auf ein sich senkrecht zu dem sich bewegenden Kolben erstreckendes, parallel verschiebliches Führungsteil· einwirken können.In the four-stroke internal combustion engine according to the invention thus several pairs of combustion cylinders each arranged in a boxer arrangement in parallel in one plane in such a way that the piston rods all act on a parallel displaceable guide part extending perpendicular to the moving piston can.

Als Führungsteil dient dabei gem. einer vorteilhaften Ausführungsform ein parallel verschieblich geführter Arm, an dem die einzelnen Kolbenstangen befestigt sind.According to an advantageous embodiment, a parallel displaceable arm on which the individual Piston rods are attached.

Gemäß einer anderen Weiterbildung des Erfindungsgedankens empfiehlt es sich, eine ungerade Anzahl von Verbrennungszylinderpaaren vorzusehen, von'denen das mittlere Paar bei gleichem Kolbenhub einen doppelten Hubraum aufweist, wobei die restlichen Verbrennungszylinderpaare symetrisch zum mittleren Paar angeordnet sind.According to another development of the inventive idea recommends it is possible to provide an odd number of pairs of combustion cylinders, of which the middle pair has one with the same piston stroke Has double the displacement, the remaining pairs of combustion cylinders are arranged symmetrically to the middle pair.

Diese zuletzt genannte vorteilhafte Ausführungsform wird im folgenden zunächst an Hand(der Fig. 1 der anliegenden Zeichnung erläutert, um das Prinzip der Erfindung besser verständlich zu machen.This latter advantageous embodiment is explained below first with reference (Fig. 1 of the accompanying drawing, to make better understood the principle of the invention.

In der in Fig. 1 wiedergegebenen Prinzipskizze sind 3 Kolbenpaare, nämlich 1 und I1 bzw. 2 und 2' und 3 und 31 wiedergegeben.In the schematic diagram shown in Fig. 1, 3 pairs of pistons, namely 1 and I 1 or 2 and 2 'and 3 and 3 1 are shown .

Die einzelnen Verbrennungskammern M 1 bzw. M 1', M 2 bzw. M2' und M 3 bzw. M 31 sind dabei jeweils an der Außenseite der Zylinder, also an der Seite, die von einem parallelverschieblich geführten Führungsteil 4 abgewandt sind,vorgesehen. In den Zylindern selbst sind nicht dargestellte Kolben geführt, die zwischen diesen Ver-The individual combustion chambers M 1 or M 1 ', M 2 or M2' and M 3 or M 3 1 are each provided on the outside of the cylinder, i.e. on the side facing away from a parallel-displaceable guide part 4 . Pistons (not shown) are guided in the cylinders themselves, between these

brennungskammern und den Druckkammern eines Kompressors P 1 bzw. P I1, P 2 bzw. P 21 und P3 bzw. P 31 geführt werden. Die Bewegung der Kolben wird über die Kolbenstangen Kl, Kl1 bis K3, K31 auf das Führungsteil 4 übertragen. Durch den seitlich angezeigten Pfeil ist angedeutet, daß das Führungsteil 4 oszillierende Bewegungen ausführt, und zwar" abhängig von dem über die Kolbenstangen auf das Teil 4 ausgeübte Drücke. Führungen dieses Teiles, sowie notwendige Antriebs- und Abtriebsteile sind aus Übersichtlichkeitsgründen in dieser Prinzipskizze weggelassen.Combustion chambers and the pressure chambers of a compressor P 1 or PI 1 , P 2 or P 2 1 and P3 or P 3 1 are performed. The movement of the pistons is transmitted to the guide part 4 via the piston rods Kl, Kl 1 to K3, K3 1. The arrow indicated on the side indicates that the guide part 4 performs oscillating movements, namely "depending on the pressures exerted on the part 4 via the piston rods. Guides of this part, as well as the necessary drive and driven parts, are omitted from this schematic diagram for reasons of clarity.

Eine derartige Verbrennungskraftmaschine soll voraussetzungsgemäß im Viertaktbetrieb arbeiten. Dies bedeutet, daß beispielsweise zu einem Zeitpunkt 1 im Zylinder 1 nach Zündung des komprimierten Gemisches der Dehnungshub einsetzen soll, wobei die über die Kolbenstange K 1 und das auf das Führungsteil 4 ausgeübte Kraft in den Zylinder 2 und 3 ein Ansaughub durchgeführt wird und im Zylinder 1' beispielsweise das verbrannte Gemisch ausgestoßen und in den Zylindern 2' und 31 das vorher angesammelte Gemisch komprimiert wird.Such an internal combustion engine should work in four-stroke operation as required. This means that, for example, at a point in time 1 in cylinder 1 after ignition of the compressed mixture, the expansion stroke should begin, with the force exerted on piston rod K 1 and the force exerted on guide part 4 being carried out in cylinders 2 and 3 and in the cylinder 1 ', for example, the burned mixture is ejected and the previously accumulated mixture is compressed in cylinders 2' and 3 1.

Im nächsten Arbeitshub wird das in den Zylindern 21 und 31 ver dichtete Gemisch gezündet und hierdurch eine Kraft über das Führungsteil 4 nach oben ausgeübt, wodurch in den Zylindern 2 und 3 eine Komprimierung, im Zylinder 1' ein Ansaugen und im Zylinder 1 das Ausstoßen des verbrannten Gemisches erfolgt.In the next working stroke, the mixture compressed in cylinders 2 1 and 3 1 is ignited and a force is thereby exerted upwards via guide part 4, which causes compression in cylinders 2 and 3, suction in cylinder 1 and suction in cylinder 1 The burnt mixture is discharged.

Bei Beginn des darauffolgenden dritten Arbeitstaktes werden dann die komprimierten Gemische in den Zylindern 2 und 3 gezündet, wodurch wiederum auf das Führungsteil 4 eine Kraft nach unten ausgeübt wird, wie eine Bewegung sämtlicher Kolbenstangen nach unten bedingt, wodurch nunmehr im Zylinder I1 das Gemisch komprimiert, im Zylinder 1 ein Gemisch angesaugt und in den Zylindern 2' und 3' das vorher dort verbrannte Gemisch ausgestoßen wird.At the beginning of the following third work cycle, the compressed mixtures are then ignited in cylinders 2 and 3, which in turn exerts a downward force on guide part 4, which causes all piston rods to move downward, which now compresses the mixture in cylinder I 1 , a mixture is sucked in in cylinder 1 and the mixture previously burned there is expelled in cylinders 2 'and 3'.

Im vierten Arbeitstakt erfolgt dann eine Zündung des im Zylinder 1' komprimierten Gemisches, wodurch über das Führungsteil 4 wieder sämtliche Kolben nach oben bewegt werden. Dadurch wird dann das im Zylinder 1 angesaugte Gemisch komprimiert, In den Zylinder 2 und 3 das verbrannte Gemisch ausgestoßen und in den Zylindern 2' und 3' neues Gemisch angesaugt.In the fourth working cycle, the mixture compressed in the cylinder 1 'is then ignited, as a result of which again via the guide part 4 all pistons are moved upwards. This then compresses the mixture sucked into cylinder 1, into cylinder 2 and 3 ejected the burned mixture and in the cylinders 2 ' and 3 'sucked in new mixture.

Damit ist der Arbeitszyklus abgeschlossen und nunmehr kann wiederum das komprimierte Gemisch im Zylinder 1 wie vorstehend vorausgesetzt gezündet werden.This concludes the work cycle and you can now turn the compressed mixture in the cylinder 1 can be ignited as presupposed above.

Durch die Breite der einzelnen wiedergegebenen Zylinder ist angedeutet, daß gem. einer vorteilhaften Ausgestaltung der Zylinderraum der Zylinder 1 bzw. I1 doppelt so groß gemacht ist, wie der Zylinderraum der Kolbenpaare 2 und 21 bzw. 3 und 3'. Dadurch wird erreicht, daß bei gleichem Kolbenhub zu jedem Arbeitstakt eine gleichgroße Kraft auf das Führungsteil 4 ausgeübt wird, nämlich einmal die volle Kraft über die Kolbenstangen K 1 bzw. K 1' genau in der Mitte des Führungsteiles oder einmal mit je der halben Kraft im gleichen Abstand von der Mitte dieses Führungsteiles über die Kolbenstangen K 2 und K 3 bzw. K 2' und K 3'.The width of the individual cylinders shown indicates that, according to an advantageous embodiment, the cylinder space of cylinders 1 or I 1 is made twice as large as the cylinder space of piston pairs 2 and 2 1 or 3 and 3 '. This ensures that with the same piston stroke for each work cycle an equal force is exerted on the guide part 4, namely once the full force via the piston rods K 1 or K 1 'exactly in the middle of the guide part or once with half the force in each case same distance from the center of this guide part over the piston rods K 2 and K 3 or K 2 'and K 3'.

Für den Fachmann ist aber ersichtlich, daß eine derartige Symmetrie nicht unbedingt notwendig ist, sondern daß beispielsweise auch in der Mitte eine kleinere Kraft auftreten kann, die nur so groß sein muß, daß die Arbeitshübe in den anderen Kolben gewährleistet sind. Dabei können in an sich bekannter Weise auch Energiespeicher, wie Federn, Schwungmassen usw. zum Ausgleich vorgesehen werden, wie dies an sich auch bei Viertaktmotoren mit Kurbelwelle dann notwendig ist, wenn weniger als 4 Zylinder vorgesehen werden.However, it is apparent to a person skilled in the art that such a symmetry is not absolutely necessary, but that, for example, a smaller force can also occur in the middle, which can only be so great must that the working strokes in the other piston are guaranteed. In this case, energy stores, such as springs, flywheels, etc., can also be provided in a manner known per se for compensation, such as this is actually necessary for four-stroke engines with a crankshaft if fewer than 4 cylinders are used.

In der Fig. 1 ist weiter angedeutet, daß gemäß einem vorteilhaften Anwendungsfall ein derartiger Motor dadurch als Kompressor (Pumpe) werden kann, daß in den Zylindern auf den dem Verbren-In Fig. 1 it is further indicated that according to an advantageous Application of such a motor as a compressor (pump) can be that in the cylinders on the combustion

nungsräumen abgewandten Seiten der Kolben Verdichtungsräume P 1, P I1 bzw. P 2, P 2", bzw. P 3, P 3' angeordnet sind.Sides of the piston facing away from the piston compression chambers P 1, PI 1 or P 2, P 2 ", or P 3, P 3 'are arranged.

Dabei kann durch entsprechende Ventilsteuerung beispielsweise immer nur der Kompressorraum des Zylinders mit Pumpflüssigkeit gefüllt werden, in dessen Verbrennungsraum gerade eine Verbrennung stattfindet. Dadurch wird dann die Größe der über das Führungsteil 4 zu übertragenen Kraft auf den Wert reduziert, der für die Arbeit der Kolben in den Verbrennungsräumen notwendig ist, während die Kompressions- oder Pumpkraft allein in dem gerade arbeitenden Zylinder aufgebracht wird.In this case, for example, always by means of appropriate valve control only the compressor chamber of the cylinder, in the combustion chamber of which combustion is currently taking place, can be filled with pump fluid. As a result, the size of the force to be transmitted via the guide part 4 is then reduced to the value required for the work the piston is necessary in the combustion chambers, while the compression or pumping force alone in the one that is currently working Cylinder is applied.

Da aufeinanderfolgend, wie vorstehend bei Erläuterung der Arbeitstakte gezeigt, jeweils in einem bzw. zwei parallelen halben Volumen ein Arbeitstakt stattfindet, wird eine kontinuirliche Kompressorbzw. Pumparbeit abgegeben.As in succession, as described above in the explanation of the work cycles shown, a work cycle takes place in one or two parallel half volumes, a continuous Kompressorbzw. Pumping work delivered.

Derartige Variationen liegen im Rahmen fachmännischen Könnens ebenso wie die Steuerung von in den Verbrennungsräumen anzubringenden Ventile, Zündkerzen usw., was deshalb wegen der Vielfalt der Ausführungsmöglichkeiten hier im einzelnen nicht erläutert wird. Es sei dabei aber nochmals wiederholt, daß eine derartige Viertaktverbrennungskraftmaschine sowohl als Otto-Motor als auch als Dieselmotor unmittelbar betrieben werden kann.Such variations are within the skill of the art as well such as the control of valves to be installed in the combustion chambers, spark plugs, etc., which is because of the variety of possible designs is not explained here in detail. It should be repeated, however, that such a four-stroke internal combustion engine can be operated directly as both a gasoline engine and a diesel engine.

Eine Verbrennungskraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Aufbau, wie vorstehend erläutert wurde, gibt dabei nicht nur den Vorteil, daß keine angelenkten Pleuelstangen mehr benötigt werden, die je nach dem Angriffswinkel eine unterschiedliche Gegenkraft auf den Kolben ausüben und deren Lager entsprechend geschmiert werden muß, sondern eine derartige Anordnung gibt erstmals die gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgedankens beanspruchte Möglichkeit, den Kolben im Zylinder fortlaufend zu drehen und dabei die Arbeitstakte Ansaugen und Ausstoßen bei einem Vier-An internal combustion engine with a structure according to the invention, As explained above, there is not only the advantage that no articulated connecting rods are needed anymore, which ever exert a different counterforce on the piston depending on the angle of attack and its bearings must be lubricated accordingly, but an arrangement of this type is the first one that is claimed in accordance with a particularly advantageous further development of the concept of the invention Possibility to continuously rotate the piston in the cylinder and thereby reduce the working cycles of suction and discharge with a four-wheel drive

taktmotor durch die Kolbenbewegung selbst zu steuern, wodurch nicht, nur.Ventile eingespart werden können, sondern im besonderen auch eine Nockenwelle überflüssig wird, die ja hinsichtlich ihrer Einstellung, ihrer Lagerung und nicht zuletzt auch der Schmierung in den Lagern immer besondere Probleme aufwirft.control the stroke engine by the piston movement itself, which does not, only.Valves can be saved, but in particular a camshaft is superfluous, which in terms of its setting, Their storage and, last but not least, the lubrication in the bearings always poses special problems.

Gemäß der vorstehend skizzierten Weiterbildung wird jeder Kolben in jedem Zylinder abhängig von der Bewegung des Führungsteiles gedreht, wobei, wie noch im einzelnen erläutert wird, Ausnehmungen und Bohrungen in der Zylinderwand mit entsprechenden Bohrungen und/oder Ausnehmungen im Kolben selbst im Laufe der Drehbewegung miteinander so in Verbindung gebracht werden, daß der jeweilige Arbeitstakt bei der zugehörigen Kolbenbewegung realisiert werden kann.According to the development outlined above, each piston in each cylinder is dependent on the movement of the guide part rotated, wherein, as will be explained in detail, recesses and bores in the cylinder wall with corresponding bores and / or recesses in the piston itself are brought into connection with one another in the course of the rotary movement so that the respective Working cycle can be realized with the associated piston movement.

Das Grundprinzip einer derartigen Viertaktverbrennungskraftmaschine wird im Folgenden anhand der Fig. 2 erläutert.The basic principle of such a four-stroke internal combustion engine is explained below with reference to FIG.

Die Fig. 2 zeigt dabei wiederum nur schematisch die Teile einer aus drei Zylinderpaaren bestehenden Verbrennungskraftmaschine, die analog der Skizze nach Fig. 1 drei Zylinderpaare mit den Zylindern 1 und I1 bzw. 2 und 21 bzw. 3 und 3" aufweist. Die Zylinder arbeiten über ihre Kolbenstangen auf das Führungsteil 4. Dabei sollenFIG. 2 again shows only schematically the parts of an internal combustion engine consisting of three pairs of cylinders which, analogously to the sketch according to FIG. 1, has three pairs of cylinders with cylinders 1 and I 1 or 2 and 2 1 or 3 and 3 ″ Cylinders work on the guide part 4 via their piston rods

sich die Kolben in den Zylindern fortlaufend drehen, und zwar bei jedem Hub um 90°, so daß nach Abwicklung der vier Arbeitstakte alle Kolben in dem Zylinder wieder die gleiche Stellung erreicht haben, wie beim Beginn der jeweiligen 4 Arbeitstakte.the pistons in the cylinders rotate continuously, with each stroke by 90 °, so that after completion of the four work cycles all Pistons in the cylinder have again reached the same position as at the beginning of the respective 4 working cycles.

Zur Erzeugung der Drehbewegung sind die einzelnen Kolbenstangen K 1 bis K 31 jeweils mit einem Zahnrad in nicht dargestellter Weise so verbunden,' daß sich die Kolbenstangen und damit die Kolben beim Drehen der Zahnräder ebenfalls entsprechend drehen. Die Zahnräder 6 bilden dabei ein Zahnradgelege, das in dem Verbindungsteil 4 fest angeordnet ist. Das linke Zahnrad 6 am linken Ende des Führungs-To generate the rotary movement, the individual piston rods K 1 to K 3 1 are each connected to a gear in a manner not shown so that the piston rods and thus the pistons also rotate accordingly when the gear wheels are rotated. The gears 6 form a gear mechanism that is fixedly arranged in the connecting part 4. The left gear 6 at the left end of the guide

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teiles 4 kämmt dabei in einer Zahnwalze 7, die so breit gehalten ist, daß bei der oszillierenden Bewegung das linke Zahnrad 6 ständig im Eingriff mit der Zahwalze 7 bleibt. Die Zahnwalze 7 selbst wird über eine Welle 9 angetrieben und zwar über ein Winkelgetriebe 11, das seinerseits über ein Schwungrad 19 angetrieben'ist.part 4 combs in a toothed roller 7, which is kept as wide is that the left gear 6 remains constantly in engagement with the toothed roller 7 during the oscillating movement. The toothed roller 7 itself is driven via a shaft 9, namely via an angular gear 11, which in turn is driven via a flywheel 19.

Das Schwungrad 19 ist zum Antrieb mit einer Kurbel 8 versehen, die vom Führungsteil 4 hin- und herbewegt wird und dabei das Schwungrad 19 in Drehung versetzt.The flywheel 19 is provided for driving with a crank 8 which is moved back and forth by the guide part 4 and thereby the flywheel 19 rotated.

In die Verbindung zwischen Schwungrad 19 und Winkelgetriebe 11 ist ein ein- und auskuppelbarer Anlasser A zwischengeschaltet, der im Normalbetrieb die Drehbewegung vom Schwungrad 19 auf das Winkelgetriebe 11 nicht beeinflußt, von dem abhängig aber sowohl Schwungrad 19, als auch das Winkelgetriebe 11 angetrieben werden kann, wenn der Linearmotor angelassen werden soll. Zusammen mit der Zahnwalze 7 wird dabei noch der Verteiler V angetrieben, über den die Zündung, gegebenenfalls gewisse Ventile, ein Turbolader und der gleichen gesteuert werden können.In the connection between flywheel 19 and angular gear 11 A starter A, which can be engaged and disengaged, is interposed, which in normal operation controls the rotary movement from the flywheel 19 to the Angular gear 11 is not influenced, but both the flywheel 19 and the angular gear 11 are driven as a function of this can when the linear motor is to be started. Together with the toothed roller 7, the distributor V is driven via the ignition, possibly certain valves, a turbocharger and the like can be controlled.

Diese Maßnahmen liegen dabei im Rahmen fachmännischen Könnens.These measures are within the scope of professional ability.

Mit einer derartigen Anordnung, wie sie vorstehend pauschal beschrieben wurde, gelingt es, die Kolben in den einzelnen Zylindern abhängig von der Stellung derart zwangszusteuern, daß gewisse Verbindungen aus Öffnungen zwischen Zylinderwand und Kolbenwand hergestellt und wieder geschlossen werden können.With such an arrangement as described in general terms above it is possible to forcibly control the pistons in the individual cylinders depending on the position in such a way that certain connections can be made from openings between the cylinder wall and the piston wall and closed again.

Dies sei im einzelnen anhand der Fign. 3 bis 5 erläutert.This is in detail with reference to FIGS. 3 to 5 explained.

Dabei zeigt die Fig. 3 schematisch eine Seitenansicht eines Kolbens 16, die Fig. 4 die Draufsicht auf diesen Kolben 16 und Fig. 5 die Abwicklung der Innenseite eines Zylinderwandausschnittes in einem Bereich, wie er zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung notwendig ist.3 shows a schematic side view of a piston 16, FIG. 4 the top view of this piston 16 and FIG. 5 the development of the inside of a cylinder wall section in an area necessary to explain the present invention.

Wie aus den Fign. 3 und 4 zu ersehen, hat der Kolben 16 eine gegen die Zylinderwand gerichtete Bohrung, die im Inneren des Kolbens über eine Bohrung 18 mit dem Verbrennungsraum verbunden ist.As shown in FIGS. 3 and 4, the piston 16 has a bore which is directed against the cylinder wall and which is inside the Piston is connected to the combustion chamber via a bore 18.

Dabei wird der Kolben im Zylinder 20 so eingesetzt, daß im ersten Arbeitstakt I die Bohrung 17 im Bereich der in die Zylinderwand gefrästen Nut 14 zu liegen kommt und bei der Abwärtsbewegung, wie dies an der Unterseite des Abschnittes für den Arbeitstakt I in Fig. 5 durch einen Pfeil dargestellt durch die Drehung des Kolbens 16 längs der Nut 14 verläuft. Die Nut 14 ist durch die Zylinderwandung hindurch mit einer Bohrung 15 mit der Gemischzuführleitung verbunden, wodurch dann durch die Bohrung 15, die Nut 14, die Bohrung 17 und die Bohrung 18 das Gemisch in das Innere der Verbrennungskammer angesaugt wird.The piston is inserted in the cylinder 20 in such a way that in the first work cycle I the bore 17 in the area of the cylinder wall milled groove 14 comes to rest and in the downward movement, as is at the bottom of the section for the work cycle I, represented by an arrow in FIG. 5, runs through the rotation of the piston 16 along the groove 14. The groove 14 is through the Cylinder wall connected through with a bore 15 to the mixture feed line, which then through the bore 15, the Groove 14, the bore 17 and the bore 18, the mixture is sucked into the interior of the combustion chamber.

Beim nächsten Arbeitshub (Verdichten) bewegt sich dann der Kolben wieder nach oben. In diesem Bereich ist in der Zylinderwand keinerlei Bohrung oder Nut, so daß die Öffnung 17 endgültig abgeschlossen ist und das im Arbeitstakt I angesaugte Gemisch verdichtet wird. Im Arbeitstakt III wird der Kolben nach der Zündung des Gemisches wiederum nach unten bewegt und auch bei dieser Bewegung gleitet die öffnung 17 auf einer glatten Zylinderwand, so daß hier die Expansionsphase ohne irgend einen Druckverlust abgewickelt wird. Der Arbeitstakt IV (Ausstoßen des verbrannten Gemisches) wi±d durch die weitere Drehung des Kolbens realisiert, indem wiederum eine Verbindung des Innenraums über die Bohrung 18, und der öffnung 17 mit der in diesem Bereich der Zylinderwandung 20 angebrachten Nut 12 hergestellt wird, die ihrerseits mit der Abgasleitung über eine Bohrung 13 verbunden ist. Beim nach oben führen des Kolbens 16 in den Zylinder wird dabei das Gemisch aus dem Verbrennungsraum über die Bohrung 18, öffnung 17, Nut 12 und Austrittsöffnung 13 hinausgedrückt.The piston then moves up again on the next working stroke (compression). This area is in the cylinder wall no bore or groove, so that the opening 17 is finally closed and the mixture sucked in in cycle I. is compressed. In work cycle III the piston is moved down again after the mixture has ignited and also at this movement the opening 17 slides on a smooth cylinder wall, so that here the expansion phase takes place without any loss of pressure. Work cycle IV (ejection of the burned mixture) wi ± d realized by the further rotation of the piston by in turn connecting the interior via the bore 18 and the opening 17 with the groove 12 provided in this area of the cylinder wall 20, which is in turn connected to the exhaust pipe via a bore 13. When the piston 16 is moved upwards into the cylinder in the process, the mixture is pressed out of the combustion chamber via the bore 18, opening 17, groove 12 and outlet opening 13.

Es muß an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, daß diese, den Einsatz von Ventilen ersetzende Verbindungsart zwischen Kolben und Zylinder natürlich auch dadurch realisiert werden kann, daß im ..Kolben selbst Nuten angebracht sind, die über eine entsprechend in der Zylinderwandung angebrachte Öffnung geführt werden. Entscheidend ist allein, und das wird der Fachmann aus den vorstehenden Erläuterungen unmittelbar erkennen, daß über einen gewissen Kolbenweg bei seiner Drehung eine entsprechend lang andauernde Verbindung zwischen Zuführleitung bzw. Abführleitung gegeben ist, über die dann Verbrennungsgemischzufuhr bzw. Abfuhr des verbrannten Gemisches entsprechend erfolgt. ■It must be pointed out at this point that this type of connection, which replaces the use of valves, between Piston and cylinder can of course also be realized in that grooves are made in the piston itself, which have a corresponding opening made in the cylinder wall are guided. The only thing that matters is, and that is what the expert will make out the above explanations immediately recognize that over a certain piston path during its rotation a corresponding long-term connection between supply line and discharge line is given, via which the combustion mixture feed or Removal of the burned mixture takes place accordingly. ■

Obwohl bei einer derartigen Anordnung an sich keinerlei Ventile notwendig sind, kann es sich empfehlen, zusätzlich zur Abdichtung noch Ventile vorzusehen, wobei die Steuerung der Ventile keineswegs mehr so kritisch ist, wie bei herkömmlichen Viertaktmotoren. Es wurde dabei auch schon erwähnt, daß hierbei zusätzlich Turbolader, aber auch Absaugturbinen mit eingesetzt werden können.Although no valves are necessary per se with such an arrangement, it can be advisable in addition to sealing nor to provide valves, the control of the valves is no longer as critical as in conventional four-stroke engines. It has already been mentioned that turbochargers, but also suction turbines, can also be used here.

Die vorstehende Erläuterung der über sich fortlaufend drehende Kolben gesteuerten Viertaktverbrennungskraftmaschine nach der Erfindung ist rein mechanisch gelöst, d.h. zwischen Bewegung des Verbin-dungsteiles, der Kurbel und den Antriebsrädern zum Drehen der Kolbenstangen. Damit sind die Kolben mechanisch zwangsgesteuert. Es muß aber an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, daß dieser Antrieb der Kolben mit der notwendigen Präzision auch über eine elektrische Nachlaufsteuerung möglich ist, indem ein Synchronoder Schrittmotor abhängig von der oszillierenden Bewegung des Führungsteiles 4 so beeinflußt wird, daß die Kolben, zu deren Drehung ja nur eine relativ kleine Kraft notwendig ist, für alle Zylinder gleichmäßig erfolgt.The above explanation of the four-stroke internal combustion engine controlled by continuously rotating pistons according to FIG The invention is solved purely mechanically, i.e. between the movement of the connecting part, the crank and the drive wheels for turning the piston rods. This means that the pistons are mechanically positively controlled. But it must be pointed out at this point that this The piston can also be driven with the necessary precision via an electrical follow-up control by using a synchronous or Stepping motor depending on the oscillating movement of the guide part 4 is influenced so that the piston, to their Rotation yes only a relatively small force is necessary, takes place uniformly for all cylinders.

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-yf--yf-

* Ah- * Ah-

Es wurde schon einleitend darauf hingewiesen, daß sich eine derartige Verbrennungskraftmaschine im besonderen zum Betrieb eines Kompressors oder einer Pumpe eignet, in dem die einzelnen Kolben in den Zylindern eine Doppelfunktion ausüben, nämlich einmal den Verbrennungsraum entsprechend abschließen und mit ihrer anderen Seite die Kompression oder Pumparbeit ausführen.It has already been pointed out in the introduction that such an internal combustion engine is particularly suitable for operation a compressor or a pump in which the individual pistons in the cylinders have a double function, namely once close the combustion chamber accordingly and carry out the compression or pumping work with its other side.

Dies sei anschaulich anhand der Fig. 6 erläutert, wo ein Zylinder 23 dargestellt ist, in dem ein Kolben 16 über seine Kolbenstange K 16 hin und her bewegbar und gegebenenfalls drehbar geführt ist. Dabei wird der obere Raum 21 für den Verbrennungsvorgang benützt, während die Unterseite 22 des Kolbens 16 auf den unteren Raum im Sinne eines Kompressors oder als Kolbenpumpe wirkt.This is explained clearly with reference to FIG. 6, where a cylinder 23 is shown, in which a piston 16 is via its piston rod K 16 is movable back and forth and optionally rotatably guided. The upper space 21 is used for the combustion process, while the bottom 22 of the piston 16 is used for the lower space acts in the sense of a compressor or as a piston pump.

Auch die Fig. 6 ist nur schematisch zu verstehen und es sind weder die für das Verbrennungsgemisch notwendigen Zu- und Abführleitungen noch die gegebenenfalls einzusetzenden Zündkerzen ebenso wie die Zu- und Abführleitungen für die Kolbenpumpe und die dazu notwendigen Ventile gezeigt. Auch die Abdichtung von Kolbenstange K in der Stirnwand des- Zylinders 23 und Abdichtungen am Kolben selbst sind wegen der besseren Übersichtlichkeit eingezeichnet.6 is also to be understood only schematically and neither are the supply and discharge lines necessary for the combustion mixture nor the spark plugs that may be used, as well as the feed and discharge lines for the piston pump and the necessary ones Valves shown. Also the sealing of the piston rod K in the end wall of the cylinder 23 and seals on the piston themselves are shown for the sake of clarity.

Die vorliegende einen ganz neuen Linearmotor betreffende Erfindung wurde nur anhand von Darstellungen erläutert, die jeweils den Grundaufbau wiedergeben. Im besonderen muß darauf hingewiesen werden, daß selbstverständlich auch mehr als 3 Zylinderpaare entsprechend der Lehre nach der Erfindung zusammengeschaltet werden können, wobei bevorzugt eine ungerade Anzahl von Zylinderpaaren zu bevorzugen ist, um die Führung des Führungsteiles 4 zu erleichtern und einen definierten Mittelpunkt zu bekommen. Es ist aber ohne weiteres möglich, auch das in der Mitte liegende Zylinderpaar aufzuteilen und in gleichem Abstand von der Mitte des Führungsteils entfernt in Form von 2 Zylinderpaaren anzuordnen.The present invention relating to an entirely new linear motor was only explained on the basis of illustrations, each of which reproduces the basic structure. In particular it must be pointed out that of course more than 3 pairs of cylinders are interconnected according to the teaching of the invention can be, preferably an odd number of cylinder pairs is to be preferred in order to facilitate the guidance of the guide part 4 and to get a defined center point. It is but easily possible, also the cylinder pair in the middle to be divided and to be arranged at the same distance from the center of the guide part in the form of 2 pairs of cylinders.

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'/lit-'/ lit-

Bei einer derartigen Anordnung empfiehlt es sich dann die für den Anlaßvorgang notwendige Kurbel, wie beispielsweise die Kurbel 8 in Fig. 2 genau in der Mitte anzulenken, um auf das Führungsteil 4 keinerlei Kipp- oder Scherkräfte auszuüben.With such an arrangement, it is then advisable to use the crank required for the starting process, such as the crank, for example 8 in Fig. 2 to articulate exactly in the middle to the guide part 4 not to exert any tilting or shear forces.

Claims (1)

41564156 Titel: Kurbelwellenlose ViertaktverbrennungskraftmaschineTitle: Crankshaftless four-stroke internal combustion engine PatentansprücheClaims Kurbelwellenlose Viertaktverbrennungskraftmaschine (Linearmotor) mit in Boxeranordnung angeordneten Verbrennungszylindern, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Verbrennungszylinderpaare (M 1, Ml'; M2, M2'; M3, M3') parallel in einer Ebene angeordnet sind, deren Kolbenstangen (Kl, Kl1; K2, K2'; K3, K3') alle mit einem sich senkrecht zur· Bewegung der Kolben erstreckenden parallelverschieblichen Führungsteil (4) zum oszillierenden Verschieben dieses Führungsteiles (4) verbunden sind.Crankshaftless four-stroke internal combustion engine (linear motor) with combustion cylinders arranged in a boxer arrangement, characterized in that several pairs of combustion cylinders (M 1, Ml '; M2, M2'; M3, M3 ') are arranged in parallel in a plane, the piston rods (Kl, Kl 1 ; K2 , K2 '; K3, K3') are all connected to a parallel displaceable guide part (4) extending perpendicular to the movement of the pistons for the oscillating displacement of this guide part (4). Viertaktverbrennungskraftmaschine nach- Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine ungerade Anzahl von Verbrennungszylinderpaaren vorgesehen ist, von denen das mittlere Paar (Ml, Ml·) bei gleichem Kolbenhub doppelten Hubraum aufweist und daß die restlichen Verbrennungszylinderpaare (M2, M2'; M3, M31) symmetrisch zum mittleren Paar angeordnet sind.Four-stroke internal combustion engine according to Claim 1, characterized in that an odd number of pairs of combustion cylinders is provided, of which the middle pair (Ml, Ml ·) has double the displacement with the same piston stroke and that the remaining pairs of combustion cylinders (M2, M2 '; M3, M3 1 ) are arranged symmetrically to the middle pair. Viertaktverbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben in ihren Zylindern in sich drehbar geführt sind.Four-stroke internal combustion engine according to claims 1 and 2, characterized characterized in that the pistons are rotatably guided in their cylinders. Viertaktverbrennungskraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsteil Antriebsmittel (6) zum von der Bewegung des Führungsteiles abhängigen gesteuerten Drehung der einzelnen Kolben aufweist.Four-stroke internal combustion engine according to Claims 1 to 3, characterized in that the guide part has drive means (6) to the controlled depending on the movement of the guide part Has rotation of the individual pistons. — 2 —- 2 - 5. Viertaktverbrennungskraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebsmittel ein Zahnradgelege (6) im Führungsteil (4) vorgesehen ist. _:\. ■ 5. Four-stroke internal combustion engine according to claim 3, characterized in that a gear mechanism (6) is provided in the guide part (4) as the drive means. _: \. ■ 6. Viertaktverbrennungskraftmaschine nach.den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung der Bewegung zur Drehung der einzelnen Kolben das Führungsteil (4) mit einem der an ihm befestigten Zahnräder (6) in einer über die oszillierende Bewegung des Führungsteiles sich erstrekkenden Zahnwalze (7) kämrat.6. Four-stroke internal combustion engine nach.den claims 1 to 5, characterized in that the guide part (4) to transmit the movement to rotate the individual pistons one of the gearwheels (6) attached to it in a way that extends over the oscillating movement of the guide part Toothed roller (7) meshes. 7. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsteil (4) mit einer Kurbel (8) versehen ist, zur Erzeugung einer Drehbewegung zur Steuerung des Zündverteilers und/oder der Antriebsräder zur Drehung der einzelnen Kolben.7. Internal combustion engine according to one of claims 1 to 6, characterized in that the guide part (4) with a Crank (8) is provided for generating a rotary movement to control the ignition distributor and / or the drive wheels to rotate the individual pistons. 8. Viertaktverbrennungskraftmaschine nach einem der vorherge- · henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderwand (11) der einzelnen Verbrennungszylinder mit Ansaug- und Austrittsöffnungen (13, 15) versehen sind, die mit Bohrungen (17, 18) und/oder Ausnehmungen im Kolben (16) zum Ansaugen des Verbrennungskraftgemisches bzw. zum Ausstoßen des verbrannten Kraftgemisches bei entsprechender Verdrehung der Kolben zeitweise zusammenwirken.8. Four-stroke internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the cylinder wall (11) the individual combustion cylinder with intake and Outlet openings (13, 15) are provided with bores (17, 18) and / or recesses in the piston (16) for suction of the combustion power mixture or to expel the burned power mixture with a corresponding rotation of the Pistons work together at times. 9. Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Verwendung als Pumpe, indem die Kolben (16) mit ihrem dem Verbrennungsraum (21) abgewandten Seite unmittelbar auf das zu pumpende Fluid einwirken.9. Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized by their use as a pump, in that the pistons (16) with their combustion chamber (21) act opposite side directly on the fluid to be pumped.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0637677A1 (en) * 1993-08-06 1995-02-08 Manfred Födisch Four stroke internal combustion engine
DE19852718A1 (en) * 1998-11-16 2000-05-31 Hartwig Groeneveld Crankless internal combustion engine
EP2276150A1 (en) 2009-07-15 2011-01-19 Frank, Gabriele Electromechanical drive for creating a translatory movement

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