DE3345510A1

DE3345510A1 - Brennkraftmotor

Info

Publication number: DE3345510A1
Application number: DE19833345510
Authority: DE
Inventors: Marcel 7801 Hartheim Hintermann; Clement Arlesheim Hoenes
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-12-16
Filing date: 1983-12-16
Publication date: 1985-06-27

Description

BESCHREIBUNG
Brennkraftmotor

Die Erfindung betrifft einen Brennkraftmotor mit mindestens einem mit seinem Fuß über eine Laufrolle auf eine Nocke einer Abtriebswelle einwirkenden Hubkolben und mit mindestens einer Mitnehmerachse, auf der symmetrisch zur Laufrolle Mitnehmerrollen angeordnet sind, die in parallel zur Nockenfläche der Abtriebswelle verlaufende Steuerkurven eingreifen, welche auf mit der Abtriebswelle drehfest verbundenen Steuerscheiben vorgesehen sind.

Ein derartiger Brennkraftmotor ist aus der EP-A1-0 064 726 bekannt. Der Nocken des bekannten Brennkraftmotors ist radialsymmetrisch ausgebildet und besteht im wesentlichen aus einer planparallelen Platte mit abgerundeten Rändern. Die Mitnehmerachse oder auf der Mitnehmerachse angeordnete Mitnehmerrollen greifen jeweils in .eine Steuernut ein, deren Breite dem Durchmesser der Mithehmerrollen entspricht. Aus diesem Grunde ergeben sich entlang der Ränder der Steuernut entgegengesetzte Drehrichtungen der Mitnehmerrollen, was zu einem hohen Verschleiß führt. Außerdem führt die Form des bekannten Nockens dazu, daß der Kolben lediglich eine verhältnismäßig kurze Zeit im unteren Totpunkt verweilt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Brennkraftmotor der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß eine gute Durchspülung des Hubraums erzielt wird und der Material verschleiß im Bereich der Steuerkurven reduziert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Nockenfläche einen ersten Abschnitt mit konstantem Abstand, einen zweiten Abschnitt mit zunehmendem Abstand und einen dritten Abschnitt mit abnehmendem Abstand von der Drehachse der Abtriebswelle aufweist.

Durch die spezielle Formgebung der Nocke wird erreicht, daß der Kolben des Brennkraftmotors extrem lange im unteren Totpunkt verweilt. Aus diesem Grunde ergibt sich eine gute Entlüftung, Spülung und Belüftung. Durch das lange Verweilen des Kolbens im unteren Totpunkt kann auch auf eine Ventilsteuerung, wie sie bei Motoren mit einer Kurbelwelle üblich ist, verzichtet werden. Der Hub des Kolbens ist bereits bei etwa 90° Abtriebswellenbewegung erreicht und die Auslaß-Öffnung des Zylinders wird bereits bei etwa 75° frei. Aus diesem Grunde ergibt sich eine Arbeitstaktausnutzung von mindestens 80° und es entsteht ein größerer Wirkungsgrad.

Durch die spezielle Formgebung der Nocke bleibt der Kolben während 180° der Umdrehung der Abtriebswelle im unteren Totpunkt, so daß in dieser Zeit bei stillstehendem Kolben mit einem Gebläse gespült werden kann.

Durch eine entsprechende Formgebung der Nocke, die symmetrisch oder unsymmetrisch sein kann, ergeben sich verschiedene Möglichkeiten, den Kolbenweg zu beeinflussen, so daß der Brennkraftmotor am günstigsten arbeitet. Dabei ist es auch möglich, die Zylinderlängsachse und die Drehachse der Abtriebswelle seitlich zueinander zu versetzen, so daß zu Beginn des Arbeitshubs ein größerer Hebelarm erreicht wird.

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Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Brennkraftmotor gemäß der Erfindung im Längsschnitt entlang der Abtriebswelle,

Fig. 2 den Motor gemäß Fig. 1 in einem Schnitt quer zur Abtriebswelle,

* Fig. 3 den Motor gemäß Fig. 2 bei Erreichen des unteren Totpunkts,

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Motors gemäß der Erfindung in einer der Fig. 2 entsprechenden Darstellungsweise,

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Motors gemäß der Erfindung in einer der Fig. 2 entsprechenden Darstellungsweise,

Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Motors gemäß der Erfindung in einer der Fig. 2 entsprechenden Darstellungsweise und

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Motors gemäß der Erfindung in einer der Fig. 1 entsprechenden Darstellungsweise.

Der in Fig. 1 dargestellte Brennkraftraotor verfügt über einen Zylinderkörper 1 mit einem Zylinderkopf 2 und einem in der Zeichnung nicht dargestellten Motorgehäuse, in dem eine Abtriebswelle 3 mit Hilfe zweier Kugellager 4, 5 drehbar gelagert ist.

Im Zylinderkörper 1 ist, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, ein Kolben 6 verschiebbar angeordnet und gegenüber einem Brennraum 7 mit Hilfe nicht dargestellter Kolbenringe abgedichtet. Im Zylinderkopf 2 ist eine Gewindebohrung 8 zum Einsetzen einer Zündkerze 9 vorgesehen, die insbesondere in Fig. 2 dargestellt ist.

Der Kolben 6 ist im Bereich seines Fußes mit Bohrungen 10, 11 versehen, durch die sich quer zur Längsachse des Kolbens 6 eine Mitnehmerachse 12 erstreckt. Die Mitnehmerachse 12 steht mit ihren Enden 13, 14 sowohl über den Außenumfang des Kolbens 6 als auch über den Zylinderkörper 1 über. Aus diesem Grunde sind im Zylinderkörper 1 Ausnehmungen 14 und 15 vorgesehen, die sich vom unteren Rand 16 des Zylinderkörpers 1 ausgehend in Richtung auf den Zylinderkopf 2 erstrecken.

Wie man in Fig. 1 erkennt, sind auf der Mitnehmerachse 12 eine Laufrolle 17 und zwei Mitnehmerrollen 18, 19 angeordnet, die jeweils als Kugellager ausgebildet sein können. Die in der Mitte dargestellte Laufrolle 17 steht mit der Nockenfläche einer Nocke 20 in Berührung, die drehfest mit der Abtriebswelle 3 verbunden ist.

Die äußeren Mitnehmerrollen 18 und 19 stehen mit Steuerkurven 21 und 22 in Berührung, die durch die radialen Ränder von Ausnehmungen 23, 24 in Steuerscheiben 25 und 26 gebildet werden. Die Steuerscheiben 25 und 26 sind, wie in Fig. 1 zu erkennen ist, mit der Abtriebswelle 3 drehfest verbunden.

Beim Lauf des Brennkraftmotors rollt die Laufrolle 17 auf der Nockenfläche der Nocke 20 ab, während die Mitnehmerrollen 18, 19 auf den Steuerkurven 21 und 22 abrollen. Dabei ist die Drehrichtung der Laufrolle 17 entgegengesetzt der Drehrichtung der Mitnehmerrollen 14, I8. Je nach den augenblicklichen Betriebsverhältnissen des Brennkraftmotors wird eine Druckkraft über die Laufrolle 17 auf den Nocken 20 oder von dem Nocken 20 auf die Laufrolle 17 und damit den Kolben 6 ausgeübt. Über die Mitnehmerrollen 18, 19 kann auf den Kolben 6 eine Zugkraft in Richtung auf die Abtriebswelle 3 ausgeübt werden. Dies ist beispielsweise beim Schubbetrieb des Brennkraftmotors der Fall.

In den Figuren 1 und 2 ist der Kolben 6 im oberen Totpunkt dargestellt. Pfeile 27' veranschaulichen in Fig. 2 die Drehrichtung der Abtriebswelle 3 und der Steuerscheibe 25. Pfeile 27 veranschaulichen die Drehrichtung der Laufrolle 17, die gerade mit dem am weitesten von der Drehachse 28 der Abtriebswelle 3 entfernten Punkt des Nockens 20 in Berührung steht. Während einer Umdrehung des Brennkraftmotors rollt die Laufrolle 17 einmal um den gesamten Umfang des Nockens 20 ab. Dabei führt der Kolben 6, ausgehend von der in Fig. 2 dargestellten Lage und beginnend mit der durch den Pfeil 29 dargestellten Richtung, eine Hubbewegung

in Richtung auf die Abtriebswelle 3 und anschließend eine Hubbewegung in Richtung auf den Zylinderkopf 2 aus.

In Fig. 3 ist der Zustand dargestellt, wenn der Kolben 6, ausgehend von der in Fig. 2 dargestellten Lage, gerade den unteren Totpunkt erreicht. Wie man aus Fig. 3 erkennt, verweilt der Kolben 6 im unteren Totpunkt für die Zeitdauer, die von der Abtriebswelle 3 für etwa eine halbe Umdrehung benötigt wird. Im Anschluß daran erfolgt ein Kompressionshub in Richtung des Pfeiles 30.

Während der Kolben 6 im unteren Totpunkt ruht, wird über Einlaßöffnungen 31 und 32 mit Hilfe eines in der Zeichnung nicht dargestellten Gebläses Frischluft eingeblasen, um die Abgase des vorzugsweise als Zweitaktmotor ausgebildeten Brennkraftmotors auspuffen zu lassen und um ein Spülen und Füllen des Zylinderkörpers 1 mit Frischluft zu bewirken. Die Pfeile 33 veranschaulichen den Weg der eintretenden Gase und der über die Auslaßöffnung 34 austretenden Abgase. Die Kraftstoffzufuhr erfolgt dabei entweder über die Einlaßöffnungen 31 , 32 oder über eine in der Zeichnung nicht dargestellte Benzineinspritzung.

Wenn der Nocken 20 aus der in Fig. 3 dargestellten und nach rechts zeigenden Lage nach einer halben Umdrehung der Abtriebswelle 3 in eine nach links zeigende Lage gerät, beginnt der Kolben 6 gerade mit dem Verlassen des unteren Totpunktes. Nach einer weiteren viertel Umdrehung erreicht der Nocken 20 wieder die in Fig.- 2 dargestellte Lage. Um dies zu ermöglichen, sind im Zylinderkörper 1 auf zwei diametral gegenüberliegenden Wandteilen jeweils eine Aussparung 35 vorgesehen.

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Aussparungen 36 im Kolben 6 schaffen ebenfalls den für die Drehbewegung des Nockens 20 erforderlichen Freiraum.

Der in Fig. 4 dargestellte Brennkraftmotor unterscheidet sich von dem Brennkraftmotor gemäß Fig. 2 lediglich dadurch, daß ein unsymmetrischer Nocken 40 vorgesehen ist. Bei dem Nocken 20 weist die Nockenfläche einen ersten halbkreisförmigen Abschnitt 37 mit im wesentlichen konstanten Abstand von der Drehachse 28 und einen zweiten Abschnitt 38 sowie einen symmetrisch ausgebildeten dritten Abschnitt 39 auf. Beim Kompressionshub des Kolbens 6 läuft die Laufrolle 17 über den zweiten Abschnitt 38 und beim Expansionshub über den dritten Abschnitt 39 ab.

Während der erste Abschnitt 41 des unsymmetrischen Nockens 40 im wesentlichen dem ersten halbkreisförmigen Abschnitt 37 des Nockens 20 entspricht, erkennt man aus Fig. 4, daß der zweite Abschnitt 42 wesentlich stärker konvex ausgebildet ist als der dritte Abschnitt 43. Auf diese Weise kann die Kompressionsbewegung des Kolbens 6 beeinflußt werden, um die günstigsten Verhältnisse zu erzielen.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Brennkraftmotors ist ein eiförmiger Nocken 45 vorgesehen, bei dem die Verweildauer des Kolbens 6 im unteren Totpunkt etwas kürzer ist. Weiterhin erkennt man aus Fig. 5, daß der Nocken 45 gegenüber der Drehachse der Laufrolle 17 seitlich versetzt angeordnet ist, so daß bei einer Bewegung des Kolbens 6 ausgehend vom oberen Totpunkt ein größerer Hebelarm erzielt wird.

-AU

Bei einem weiteren in Fig. 6 veranschaulichten Ausführungsbeispiel des Brennkraftmotors ist ein unsymmetrischer Nocken 50 vorgesehen, der ebenfalls seitlich versetzt gegenüber der Drehachse der Laufrolle 17 angeordnet ist. Die Nockenfläche 51 weist gegenüber der Nockenfläche 52 die stärkere Wölbung auf und dient der Laufrolle 17 beim Expansionshub zum Abrollen und zur Kraftübertragung.

Während in Fig. 1 eine Anordnung mit außen liegenden Steuerscheiben 25, 26 dargestellt ist, ist in Fig. 7 ein Aufbau des Brennkraftmotors veranschaulicht, bei dem die Steuerscheiben 55 und 56 innenliegend angeordnet sind. Die Steuerscheiben 55 und 56 stehen über die Nockenfläche 57 über und verfügen über Ausnehmungen 58 und 59, deren radiale Ränder Steuerkurven 60 und 61 bilden. Die Steuerkurven 60 und 61 stehen mit innenliegenden Mitnehmerrollen 62 und 63 in Berührung, die auf nicht durchgehenden Mitnehmerachsen 64 und 65 gelagert sind. Die Laufrolle 17 ist auf einer getrennten Mitnehmerachse 12 angeordnet, die in Fig. 7 oberhalb den nicht durchgehenden Mitnehmerachsen 64, 65 veranschaulicht ist.

Wie sich aus Fig. 7 ergibt, kann der Brennkraftmotor mit den Steuerscheiben 55, 56 sehr kompakt aufgebaut werden, da der Zylinderkörper 1 und das Motorgehäuse 66 mit den Kugellagern 4 und 5 zur Lagerung der Abtriebswelle 3 ineinander integriert werden können.

Claims

DR. KARL RACKEHPTE PATENTANWALT Kaiser-Joseph-Str. 1 79 · Postfach 131O-D-78OO Freiburg Dipl.-Phys. Dr.-Ing. Karl Rackette Patentanwalt European Patent Attorney Europäischer Patentvertreter Mandataire en Brevets Europeans Kaiser-Joseph-Strasse 179 Postfach 131 O D-78OO Freiburg Telefon: (0761)3 18 90 Telex: 77 25 99 raket d Telegramme: Patentservice Freibur« Unser Zeichen: HTM-PI Marcel Hintermann Beichenstraße 16 D-7801 Hartheim Clement Hoenes Baselstraße 3 CH-4144 Ariesheim Brennkraftmotor

1./

PATENTANSPRÜCHE

Brennkraftmotor mit mindestens einem mit seinem Fuß über eine Laufrolle auf eine Nocke einer Abtriebswelle einwirkenden Hubkolben und mit mindestens einer Mitnehmerachse, auf der symmetrisch zur Laufrolle Mitnehmerrollen angeordnet sind, die in jeweils eine parallel zur Nockenfläche der Abtriebswelle verlaufende Steuerkurve eingreifen,

welche auf mit der Abtriebswelle drehfest verbundenen Steuerscheiben vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenfläche (20) einen ersten Abschnitt (37, 41) mit konstantem Abstand, einen zweiten Abschnitt (38, 42, 52) mit zunehmendem Abstand und einen dritten Abschnitt (39, 43, 51) mit abnehmendem Abstand von der Drehachse (28) der Abtriebswelle (3) aufweist.

2. Brennkraftmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Abschnitt (37, 41) sich über etwa 180° erstreckt.

3. Brennkraftmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenflächen des zweiten und dritten Abschnitts (38, 39) symmetrisch zur Mittellängsebene der Nocke (20) verlaufen.

4. Brennkraftmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite, den Kompressionsbewegungen des Kolbens (6) zugeordnete Nockenfläche (42) stärker konvex gewölbt ist als die dritte, der Expansionsbewegung des Kolbens (6) zugeordnete Nockenfläche (43).

5. Brennkraftmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nocke (45) mit ihren drei Abschnitten einen eiförmigen Querschnitt aufweist und daß die Drehachse (28) der Nocke (45) gegenüber der Drehachse der Laufrolle (17) seitlich versetzt angeordnet ist (Fig. 5).

6. Brennkraftmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte, der Expansionsbewegung des Kolbens (6) zugeordnete Nockenfläche (51) stärker konvex gewölbt ist als die zweite, der Kompressionsbewegung des Kolbens (6) zugeordnete Nockenfläche (52) und daß die Drehachse (.28) der Nocke (50) gegenüber der Drehachse der Laufrolle (17) seitlich versetzt angeordnet ist (Fig. 6).

7. Brennkraftmotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerscheibe (25, 26) eine im wesentlichen ovale Ausnehmung (23, 24) konstanter Tiefe aufweist, deren radialer Rand als parallel zur Ebene der Nockenfläche (37, 38, 39, 41, 42, 43, 51, 52) verlaufende Steuerkurve (21, 22) ausgebildet ist, gegen die die auf der Mitnehmerachse (12) angeordneten Mitnehmerrollen (18, 19) anliegen.

8. Brennkraftmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß auf beiden Seiten des Kolbens (6) je eine Steuerscheibe (55, 56) vorgesehen ist und die Ausnehmungen (58, 59) aufeinander zuweisen.

9. Brennkraftmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß auf beiden Seiten des Kolbens (6) je eine Steuerscheibe (25, 26) vorgesehen ist, deren Ausnehmungen (23, 24) auf den von der Nocke (57) wegweisenden Seiten vorgesehen sind

und in die jeweils eine auf einer gesonderten, nicht durchgehenden Mitnehmerachse (64, 65) des Kolbens (6) angeordnete Mitnehmerrolle (62, 63) unter Berührung mit der Steuerkurve (60, 61) eingreift.