DE3405893A1

DE3405893A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3405893A1
Application number: DE19843405893
Authority: DE
Inventors: Ludwig 8543 Hilpoltstein Wenker
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-02-18
Filing date: 1984-02-18
Publication date: 1985-08-22
Also published as: HUT41489A; JPS60216033A; HU194597B; DE3405893C2; US4622927A; IE850365L; EP0153675B1; EP0153675A2; CA1228029A; AU580579B2; AU3876185A; ATE57742T1; IN164626B; EP0153675A3; ES540458A0; ZA851205B; BR8500839A; ES8606573A1; DE3580171D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Bei einer aus der DE-PS Gk3 k7O bekannten Brennkraftmaschine dieser Art sind zwei Kurbelwellen vorgesehen. Jeder der beiden in einem Zylinder zusammenarbeitenden Kolben beaufschlagt eine der beiden Kurbelwellen. Die Brennkraftmaschine baut deshalb außerordentlich groß. Schwierig ist es ferner, die Leistungen der beiden Kurbelwellen auf eine gemeinsame Abtriebswelle zu bringen und die Steuerung der Zylinderbuchsen von den beiden Kurbelwellen abzuleiten. Ungünstig ist ferner, daß die freien Ränder der Zylinderbuchsen im Brennraum sich bei den Arbeitstakten der Maschine ohne nennenswerte Abstützung verformen müssen, um zu einer ausreichenden Abdichtung beitragen zu können.

Aus der DE-PS 506 990 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der mehrere Zylinder in Reihe hintereinander angeordnet sind und jeweils ein Paar gegenläufiger und gleichachsiger Kolben enthalten. Es sind wiederum zwei Kurbelwellen vorgesehen, die über ein kompliziertes Getriebe auf eine gemeinsame Abtriebswelle arbeiten. Die beiden Kurbelwellen sind teuer und benötigen viel Platz, so daß die Brennkraftmaschine groß baut und bei höheren Drehzahlen große Schwingungsprobleme hat. In dem kräftigen Getriebe zwischen den beiden Kurbelwellen wird ein großer Teil der an sich nutzbaren Leistung der Maschine verbraucht.

Aus der DE-PS 556 558 ist schließlich eine schlitzgesteuerte Zweitakt-Brennkraftmaschine bekannt, bei der eine das Maschinengehäuse längs durchsetzende Abtriebswelle zwischen zwei zur Abtriebswelle parallelen und diese zwischen sich einschließenden Zylindern angeordnet ist. In jedem Zylinder arbeiten zwei gleichachsige Kolben gegensinnig zusammen und jeweils auf ein auf der Abtriebswelle befestigtes Taumelelement. Nachteilig ist hierbei, daß diese Konstruktion nur für eine Zweitakt-Brennkraftmaschine brauchbar ist, und daß nicht mehr als zwei in bezug auf die Abtriebswelle diametral

gegenüberliegende Zylinder vorgesehen werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, die sehr leistungsfähig ist, dabei klein baut, trotzdem einfach und kompakt aufgebaut ist und einen günstigen Wirkungsgrad hat.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dieser Ausbildung läßt sich ein sehr kompakter Aufbau der Brennkraftmaschine mit möglichst wenig Einzelteilen erzielen, wobei diese Brennkraftmaschine als Diesel- oder als Otto-Viertaktmotor oder auch als Kompressor betrieben werden kann. Die Steuerung der Zylinderbuchse durch die allen vorhandenen Kolben gemeinsame Abtriebswelle ist einfach und arbeitet sehr präzise. Die Brennkraftmaschine ist in Längsrichtung der Abtriebswelle außerordentlich kurz. Sie ist insgesamt sehr leicht und verfügt über einen guten thermischen und einen günstigen Gesamtwirkungsgrad, vor allem auch dadurch, daß die als Ventilelemente wirksamen Zylinderbuchsen große Ventilquerschnitte zulassen, bei denen Strömungsverluste weitgehend vermieden und wünschenswert geringe Strömungsgeschwindigkeit bei hoher Strömungsgleichförmigkeit erzielbar sind.

Eine zweckmäßige Ausführungsform geht aus Anspruch 2 hervor. Bei Vierzylindern arbeiten insgesamt acht Kolben auf die gemeinsame Abtriebswelle, wodurch sich eine hohe Leistung und ein guter Gleichförmigkeitsgrad im Abtrieb ergibt. Da die Taumelelemente geteilt sind, hierbei greifen die Hälften so ineinander, daß die Anlenkpunkte für die Pleuel direkt zentrisch zur Taumelelementenlagerung stehen, lassen sich die bei der Kolbenbewegung für die Pleuel ergebenden Pendelbewegungen weitgehend eleminieren, so daß die Pleuel, die Taumelelemente und die Kolben nahezu seitenkraftfrei arbeiten, woraus eine einfache und leichte Kolbenausbildung, d.h. mögliche Nutzung von kreisrunden Kolben, sowie eine einfache und leichte Pleuelausbildung resultiert und nur kleine, bewegliche Masse not-

wendig sind.

Wichtig ist dabei auch der Gedanke in Anspruch 3, da die von ihm betroffene Maßnahme dafür sorgt, daß die Pleuel und die Kolben bei der Übertragung der Arbeitskräfte an die Taumelelemente von seitlichen Kräften freigehalten bleiben.

Die Brennkraftmaschine wird in ihrer Anwendung universell, wenn die Merkmale des Anspruchs k verwirklicht werden. Mit der Verschiebung der Taumelscheibe auf der Abtriebswelle, die auch während des Betriebs erfolgen kann, kann die Kompression des Verbrennungsgemisches geändert werden. Hierdurch entsteht eine gute Anpassung des Motors an das zur Verfügung stehende Verbrennungsmaterial und die geforderte Leistung.

Die Pendelbewegungen der Pleuel und die seitlichen Kräfte an dem Pleuel und dem Kolben können dann auf ein Minimum reduziert werden, wenn eine Ausführungsform gewählt wird, wie sie aus Anspruch 5 hervorgeht. Bei dieser Lage der Führungen in bezug auf die Abtriebswelle sind vor allem die seitlichen Belastungen für die Pleuel und die beiden Kolben, die auf die Hälfte des Taumelelementes arbeiten, nurmehr vernachlässigbar klein. Baulich einfach läßt sich eine solche Führung für die Hälfte des Taumelelernentes gemäß An spruch 6 erreichen.

Aus Montagegründen und zur Einhaltung einer langen Standzeit ohne nennenswerten Verschleiß ist die Maßnahme von Anspruch 7 zweckmäßig. Ein aufwendigeres Kardangelenk kann praktisch alle vom Kolben ausgeübten Kräfte so auf das Taumelelement übertragen, daß dieses nur mit geringen Verlusten daraus das Abtriebsdrehmoment der Abtriebswelle erzeugen kann. Dasselbe gilt für ein Kugelgelenk, das zudem das Pleuel weitgehend entlastet.

Ein weiterer, wichtiger Gedanke ist in Anspruch 8 enthalten. Diese bauliche Maßnahme trägt zur Kompaktheit der Brennkraftmaschine bei, da die Steuerwelle hier nur geringen Platz braucht und alle

um die Abtriebswelle angeordneten Zylinder gleichmäßig ansteuern kann.

Eine zweckmäßige Ausführungsform geht aus Anspruch 9 hervor. Das Untersetzungsgetriebe nimmt die zur ordnungsgemäßen Ventilsteuerung erforderliche Drehzahluntersetzung der Abtriebswelle auf kurzem Weg zur Steuerwelle vor. Zweckmäßigerweise könnte als Untersetzungsgetriebe auch ein Planetengetriebe verwendet werden, das unmittelbar zwischen der Abtriebswelle und der diese umgebenden Steuerwelle oder einem Rad der Steuerwelle anzuordnen wäre. Dies wäre eine besonders raumsparende Möglichkeit zur Verbindung der Abtriebswelle mit der Steuerwelle.

Eine weitere, zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung geht aus Anspruch 10 hervor. Auf engstem Platz wird hier die Steuerung der Zylinderbuchsen bewerkstelligt, so daß die üblichen, aufwendigen Steuermechanismen zur Ventilsteuerung wegfallen. Für eine stabile Ausführung wäre auch ein Steilgewinde zur Erzwingung der Hin- und Herbewegung sehr vorteilhaft.

Zweckmäßig sind dabei die Maßnahmen gemäß Anspruch 11, weil der Steuerring unmittelbar und auf kürzestem Wege seiner Drehbewegung von der Steuerwelle erhält. Baulich läßt sich dieses gesteckte Ziel besonders einfach bei der Ausführungsform erreichen, wie es in Anspruch 12 angesprochen wird. Anstelle einer federbelasteten Verbindung zwischen den Steuernocken und den Gegennocken könnte auch eine Zwangssteuerung treten, die dafür sorgt, daß die Ventilbewegung der Zylinderbuchsen exakt in Abhängigkeit von der Drehlage der Abtriebswelle und damit der jeweiligen Stellung der Kolben in den Zylinder bleibt.

Zweckmäßig ist auch der Gedanke von Anspruch 13, weil diese Kulissenführung einfach und dabei außerordentlich zuverlässig ist. Durch die Form der Schrägschlitze (z.B. S-förmigJ könnte ein positiver Einfluß auf die Bewegung der Zylinderbuchsen genommen werden.

Eine weitere, vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung geht aus Anspruch Ik hervor. In der Drehlagerung wird der Steuerring sta-

bil und verschleißarm gehalten. Er ist infolge dieser stabilen Drehlagerung in der Lage, der Zylinderbuchse die erforderliche Bewegung im genau vorherbestimmbaren Rahmen aufzuzwingen.

Eine weitere, wichtige Maßnahme ist in Anspruch 15 enthalten. Der Vorsprung trägt dazu bei, eine bstimmte Brennraumgestalt zu erhalten und einen hohen Verdichtungsgrad zuzulassen.

Mit der Maßnahme von Anspruch 16 wird eine einwandfreie Abdichtung des Brennraumes beim Arbeiten der Brennkraftmaschine erreicht, und zudem eine gute Abstützung des freien Randes jeder Zylinderbuchse im Zündzeitpunkt gegen die auftretenden Gas- und Explosionskräfte.

Wichtig sind auch die Merkmale von Anspruch 17, da es dem einwandfreien Arbeiten der Brennkraftmaschine zuträglich ist, wenn die Zylinderbuchsen leichtgängig bewegbar sind.

Eine alternative Ausführungsform geht aus Anspruch 18 hervor. Hierbei nähern sich die beiden Kolben sehr weit an und begrenzen einen relativ flachen Brennraum, die Zylinderbuchsen arbeiten nach Art von Tellerventilen, die vom Kolben durchsetzt werden, wodurch eine gute Abdichtung zum Zündzeitpunkt erreichbar is\t, da die Dichtflächen der Zylinderbuchsen satt an den Ventilsitzen in der Aufweitung abgestützt sind, wobei der Explosionsdruck auch in axialer Richtung die Dichtung verbessert.

Ein weiterer, wichtiger Gedanke geht aus Anspruch 19 hervor. Diese Teilbarkeit der Brennkraftmaschine vereinfacht Wartungs- oder Reparaturarbeiten, da in der Teilungsebene ein guter Zugang zu den Brennräumen besteht und die Kolben mit den Pleueln einfach nach oben herausgezogen werden können. Dies ist bei herkömmlichen Brennkraftmaschinen häufig nicht der Fall, weil die dem Kolben abgewandten Pleuellager eine Größe haben, die das Herausziehen der Pleuel mit den Kolben nach oben verwehrt. Außerdem müssen die Pleuel nicht teilbar in den Lagerschalen ausgeführt sein und das obere und untere Pleuelauge kann gleichgroß ausgebildet sein.

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Ein weiterer, wichtiger Gedanke ist in Anspruch 20 enthalten. Nach einer Teilung der Brennkraftmaschine läßt sich zumindest die den Steuerantrieb für die Zylinderbuchsen enthaltende Hälfte mit einem herkömmlichen Zylinderkopf so kombinieren, daß ein weiterer, kleinerer und schwächerer Motor entsteht. Die Teilbarkeit des Motors hat den Vorteil, daß bei einem Schaden in einer Hälfte der Brennkraftmaschine diese Hälfte ausgetauscht und dafür die andere Hälfte weiterverwendet werden kann.

Eine abgeänderte, vorteilhafte Ausführungsform geht weiterhin aus Anspruch 21 hervor. Hierbei haben die beiden zu einer durchgehenden Zylinderbuchse vereinigten Zylinderbuchse eine Schlitzsteuerungsund Ventilfunktion. Für das Verschließen der Durchlässe ist allerdings die Innenwand des Zylinders verantwortlich. Sei dieser Ausführungsform ist die Steuerung der einstückigen Zylinderbuchse gegegenüber den beiden voneinander unabhängig verschiebbaren Zylinderbuchsen vereinfacht.

Schließlich ist auch noch der Gedanke von Anspruch 22 wichtig, da genau in der Mittelstellung der das zündfähige Gemisch entzündende Funken ungehindert in den Brennraum eintreten kann, während in der Ansaug- oder der Ausstoßphase die Zündkerze abgedeckt ist und z.B. keine Selbstentzündung bei heißer Zündkerze oder eine starke Verschmutzung der Zündkerze bei kalter Zündkerze im Ausschiebetakt zu befürchten ist.

Beispielhafte Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes werden nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht einer Brennkraftmaschine,

Fig. 2 den linken Teil der Brennkraftmaschine von Fig. 1 in einer schematischen Längsschnittdarstellung,

Fig. 3 ein Detail aus der Brennkraftmaschine von Fig. 1, Fig. k eine Schnittdarstellung des Zylinderkopfes und

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Fig. 5 eine Schnittdarstellung, ähnlich der von Fig. 3 bei einer weiteren Ausführungsform.

Eine Brennkraftmaschine 1 gemäß den Fig. 1 und 2 weist ein in Fig. 1 zum Teil aufgeschnittenes Maschinengehäuse mit integrierten Querwänden 11 auf, das im Grundzug quaderförmig und quer zur Längsrichtung bei 5 in zwei Hälften zerlegbar ist. Die Hälften wer den von Verbindungselementen 6 zusammengehalten. Das Maschinengehäuse wird von einer zentralen, längs durchgehenden Abtriebswelle 2 durchsetzt, um die konzentrisch und parallel vier Zylinder 3, U angeordnet sind. Jeder Zylinder 3, U besteht aus einem in einer Hälfte des Maschinengehäuses angeordneten Buchsenteil (z.B. 3), der sich in einem in der anderen Hälfte angeordneten Buchsenteil (z.B. U) fortsetzt. Der Raum des Maschinengehäuses zwischen den Wänden 11 und um den Zylindern 3, U wird üblicherweise von einem Kühlmedium durchströmt, mit dem die Zylinderwärme abgeführt bzw. verteilt wird. Nahe der mittleren Wand, die bei 5 die Teilungsebene des Maschinengehäuses enthält, sind Auslaß- und Einlaßführungen 7, 8 als ringförmige Kanäle um die Zylinder 3, U vorgesehen, die über angedeutete Öffnungen 9, 10 an ein Zu- bzw. Abführsystem, z. B„ einen Vergaser bzw. ein Auspuffsystem anschließbar sind. Im Abstand zu den Wänden 11 sind Endplatten 12, 13 mit dem Maschinengehäuse verbunden, in denen sich Lager für die Abtriebswelle 2 befinden. In den Zylindern 3, U (Fig. 2 und 3) sind Kolben 38 angeordnet und zwar in jedem Zylinder 3, U zwei gleichachsige und gegensinnig arbeitende Kolben 38. Jeder Kolben ist über ein Pleuel IU oder eine Druckstange mit einem Taumelelement UO, kl eines Taumelpaares 15 verbunden, die auf der Abtriebswelle 2 um eine festgelegte Taumelachse 16 (strichpunktiert angedeutet) drehbar gelagert sind. Die beiden Taumelelemente UO, Ul des Taumelpaares stehen im Längsschnitt - gemäß Fig. 2 - in jeder Drehstellung der Abtriebswelle 2 einander entgegengesetzt. Die Taumelelemente UO, Ul sind kreuzförmig ausgebildet. Mit jedem freien Ende des kreuzförmigen Taumelelementes UO, Ul ist ein Pleuel IU entweder über ein Kardangelenk 17 oder über ein Kugelgelenk aus Kugelkopf UU und Kugelgelenklager U3 (siehe Fig. 2 unten) verbunden. Mit dem zugehörigen Kolben 38 ist jedes, Pleuel IU entweder über einen herkömmlichen KoI-

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benbolzen k6 (Fig. 3) oder ebenfalls über ein Kugelgelenk verbunden. An den Endplatten 13, Ik sind jeweils zwei Führungen 18 für je ein Ende 16 eines Taurnelelementenpaares 15 befestigt, wobei jede Führung 18 eine parallel zur Abtriebswelle 2 verlaufende Führungsbahn für das eingreifende Ende des Taumelelementenpaares 15 definiert. Auf der Abtriebswelle sitzt nahe der Platte 13 ein Kettenrad 20, das über eine Kette 21 ein zweites Kettenrad 22 treibt, welches über eine Welle 31 ein Kettenrad 32 und eine weitere Kette 33 ein Kettenrad 23 antreibt, das fest mit einer koaxial auf der Abtriebswelle 2 drehbar gelagerten Steuerwelle 2k befestigt ist. Die Steuerwelle- 2k durchsetzt wie die Abtriebswelle 2 das Maschinengehäuse und ragt über beide Wände 11 hinaus. An dem Kettenrad 23 benachbarten Ende der Steuerwelle 2k ist ein Steuernockenrad 3k befestigt, das einen Steuernocken 26 trägt. Am anderen Ende der Steuerwelle 2k ist ein in Fig. 1 erkennbares Steuernockenrad' 25 mit einem entsprechenden Steuernocken 26 angebracht. An den Wänden 11 sind zur Drehlagerung von Steuerringen 28 Ringflansche 27 befestigt. Damit sind die Steuerringe 28 in exakter Ausrichtung auf jeweils eine Zylinderachse verdrehbar geführt. In jedem Steuerring 28 sind über dan Umfang verteilt mehrere schräge Schlitze 29 vorgesehen, in die Folgeglieder 30 eingreifen, die fest mit einer Zylinderbuchse k5 verbunden sind (Fig. 2) die die Laufbahn für den jeweiligen Kolben 38 definiert. An jedem Steuerring 28 ist ein Gegennocken 35 vorgesehen, der mit dem Steuernocken 26 des Steuernockenrades 3k bzw. 25 zusammenwirkt. Damit die Gegennocken 35 aller Steuerringe 28 ständig an dem Steuernockenrad 3k bzw. 25 anliegen, sind Federelemente 67 (Fig. 1) vorgesehen. In den Zylindern 3, k sind Stifte 19 eingelassen, die in Längsnuten 19a an der Außenseite der Zylinder buchsen 45 eingreifen und diese verschieblich aber unverdrehbar führen. Bei der Drehbewegung der Steuerwelle 2k werden in zeitlicher Abstimmung auf die jeweiligen Positionen der Kolben 38 in den Zylinderbuchsen 45 über die beiden Steuernocken 26, die gegeneinander versetzt sind, die Steuerringe 28 aller Zylinder verdreht. Aus dieser Drehbewegung wird über die Schrägschlitze 29 und die Folge glieder 30 eine Verschiebebewegung der Zylinderbuchsen 45 in Richtung der Zylinderachse bewirkt, deren Zweck später erläutert wird.

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In den Zylinderwänden sind (Fig. 2) Bohrungen 36 ausgebildet, die mit einer Schmierstoffversorgung 37 verbunden sind, um den Gleitbereichen zwischen den Zylinderbuchsen US und den Zylindern 3, U einen Schmierstoff zuzuführen. Abändernd dazu würde es auch ausreichen, die Zylinderbuchsen U5 mit Bohrungen 36' zu versehen, durch welche ein Schmierstoff in den Gleitbereich zwischen jeder Zylinderbuchse US der Innenwand des diese Zylinderbuchse U5 aufnehmenden Zylinders 3 oder Ii gelangen zu lassen. Wie die Fig. U und 5 erkennen lassen, ist am unteren Ende der Zylinderbuchse U5, U5a, U5b, die gleichzeitig das Ventil darstellt, im Außenumfang ein Dichtungsring 71, 71a vorgesehen, der zur Gasabdichtung zwischen dem Zylinder 3 und der Zylinderbuchse U5, U5a, k5b dient.

In Fig. 2 ist die Lagerung der Taumelelementenpaare 15 im Detail erkennbar. Auf der Abtriebswelle 2 ist ein schrägstehender Bund 39 angeordnet, auf dem über ein Lager UOa die Taumelelemente UO, hl drehbar gelagert sind. Das Taumelelementenpaar 15 besteht aus den zwei Hälften UO, Ul, die relativ zueinander verdrehbar sind und durch Abdeckungen U2 daran gehindert werden, sich voneinander zu trennen. Der Bund 39 ist in Fig. 2 nicht nur in der Zeichenebene, sondern auch quer zur Zeichenebene schräggestellt, so daß eine von dem in Fig. 2 obenliegenden Kolben 38 nach links ausgeübte Druckkraft das Taumelelementenpaar 15 nach links zu kippen sucht, was nur möglich ist, wenn sich gleichzeitig die Abtriebswelle 2 verdreht. Auf diese Weise wird ein Drehmoment in der Abtriebswelle 2 über das Taumelelementenpaar 15 eingeleitet. Der schrägstehende Bund 39 ist auf einer Buchse 68 befestigt, die mit einem Steilgewinde 69 verschiebbar auf der Abtriebswelle 2 gelagert ist. Die Buchse 68 wird mit einem Hebel 70 ggfs. auch während des Betriebs verschoben, wobei die Kolben eine veränderte Kompression hervorrufen.

In Fig. 3 ist der Brennraum eines Zylinders 3, U in einem Längsschnitt gezeigt. In der mit 5 angedeuteten Teilungsebene des Maschinengehäuses wird von den beiden Teilen des Zylinders 3, U ein umlaufender und einspringender Vorsprung U8 gebildet, der als Quetschkopf im rechten Winkol wie im oberen Teil der Fig. 3 oder in einem anderen Winkel wie im unteren Figurenteil zur Külbenlauf-

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bahn angedeutet und der Kolbenboden in dem Bereich entsprechend angepaßt ist, bis zu dem hin in axialer Richtung sich die Kolben 38 zu bewegen vermögen. Der Vorsprung U8 ist hohlkehlenartig ausgerundet und weist eine Öffnung 50 auf, in die eine Zündkerze 51 eingeschraubt ist. Die Ausrundung 49 bildet zusammen mit kalottenförmigen Vertiefungen 53 in den Böden der beiden Kolben 38 den ku gelförmigen Brennraum des Zylinders 3, 4. Mit 52 sind in Fig. 3 die Kühlmittelkanäle um den Zylinder 3, 4 angedeutet, die über Kanal 52a Zuführung besitzen. In dem Vorsprung h8 sind in Verlänge rung der Zylinderbuchsen 45 axial ausgerichtete, umlaufende Nuten 47 eingeformt, in die die freien Enden 45' der Zylinderbuchsen h5 in der dargestellten Lage (kurz vor dem Zündzeitpunkt) eintauchen, so daß sie den Zugang zu den Ein laß- bzw. Auslaßführungen 7, 8 abdichten. Wenn kein kugelförmiger Brennraum erforderlich ist, würde es auch genügen, daß mit den Ringbereichen 5h eine Anlage für die freien Enden 45' der Zylinderbuchsen 45 geschaffen wird, an der sich diese unter dem Explosionsdruck im Brennraum abstützen und diese nach außen abdichten können.

Die Brennkraftmaschine gemäß den Fig. 1, 2 und 3 arbeitet wie folgt:

Nachdem in der Stellung gemäß Fig. 3 die Zündung erfolgt ist, explodiert das im Brennraum komprimierte Brennstoff-Gasgemisch und treibt die beiden Kolben 38 voneinander weg. Über die Pleuel IU werden die beiden Taumelelemente 40, Ul des Taumelelementenpaares 15 verschwenkt und der Abtriebswelle 2 ein Drehimpuls aufgezwungen. Da die Brennkraftmaschine in dieser Ausführungsform nach dem Viertakt-Otto-Prinzip arbeitet, wird gegen Ende des Expansionshubes der beiden Kolben 38 die in Fig. 3 linke Zylinderbuchse 45 über den Steuerring 28 nach links verschoben, bis die Öffnung zur Auslaßführung 7 freigegeben ist. Die Abtriebswelle 2 ist inzwischen durch aufeinanderfolgende Expansionstakte in den anderen Zylindern 3, U weiter gedreht worden und bewegt die beiden Kolben 38 in Fig. 3 wieder aufeinander zu. Dabei wird das Abgas in die Auslaßführung 7 gedrückt, ehe über den in Fig. 2 gezeigten Steuernocken 26 die

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linke Zylinderbuchse U5 wieder in die Stellung gemäß Fig. 3 verschoben wird, wo sie die Öffnung zur Auslaßführung 7 verschließt. Nachfolgend oder mit einer vorbestimmten Überschneidung wird die in Fig. 3 rechte Zylinderbuchse 45 vom gegenüberliegenden Steuerring nach rechts verschoben, bis die Öffnung zur Einlaßführung 8 freigegeben ist, wonach beim erneuten Auseinanderfahren der Kolben 38 frisches Brennstoff-Gas-Gemisch eingesaugt wird. Ehe die beiden Kolben 38 dann erneut wieder aufeinander zufahren, wird auch die rechte Zylinderbuchse k5 wieder nach links verschoben, bis sie in die Nut kl eingedreht ist und die Öffnung zur Einlaßführung 8 verschlossen hat. Das eingeschlossene Brennstoff-Gas-Gemisch wird verdichtet, bis schließlich in der Stellung gemäß Fig. 3 bzw. kurz davor oder kurz danach erneut gezündet wird und ein neuer Expansionstakt stattfindet.

Bei der Ausführungsform von Fig. L weisen die den Brennraum zugewandten Enden kSa' der Zylinderbuchsen k5a trichterförmige Erweiterungen auf, an denen Dichtflächen 55 vorgesehen sind, die mit entsprechenden Ventilsitzen 56 einer ausgebauchten Erweiterung des Zylinders 3, h nach Art von Tellerventilen zusammenarbeiten. Zum Verbinden des Brennraumes jeweils mit der Auslaßführung 7 bzw. der Einlaßführung 8 wird eine der beiden Zylinderbuchsen k5a in Richtung zur anderen hin verschoben. Die Kolben 38 nähern sich bei dieser Ausführungsform weiter, als bei der Ausführungsform von Fig. 3 mit dem kugelförmigen Brennraum. Die Kolbenboden können hierbei ggfs. mit Quetschkanten versehen sein, die zu einer guten Verwirbelung des Brennstoff-Gas-Gemisches beitragen.

Bei der Ausführungsform vqn Fig. 5 sind die beiden Zylinderbuchsen eines Zylinders miteinander zu einer einstückigen Zylinderbuchse k5b verbunden. Im mittleren Bereich der Zylinderbuchse h5b weist diese eine in Umfangsrichtung verlaufende Reihe von Durchlässen 59 sowie eine Zündöffnung 58 auf. Die Zylinderbuchse h5b ist zwischen einer Mittelstellung (Fig. 5) und einer 'linken und einer rechten Endstellung verschiebbar. In der Mittelstellung werden die Durch lässe 59 durch die Innenwand des Zylinders 3, h verschlossen. Die Zündöffnung 58 ist mit der Zündkerze 52 ausgerichtet. In der linken

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Endstellung der Zylinderbuchse k5b stehen die Durchlässe 59 und die Zündöffnung 5# mit entsprechenden Öffnungen Gl zur Auslaßfüh rung 7 in Verbindung, während dieselben Durchlässe 59 und die Zündöffnung 58 in der rechten Endstellung über entsprechende Öffnungen 60 mit der Einlaßführung verbunden sind. Für die Bewe gungssteuerung der Zylinderbuchse 45b ist ein einziges und auf der Steuerwelle 2k angeordnetes Steuernockenrad 6k vorgesehen, das hier eine in Umfangsrichtung wellenförmige Führungsbahn 65 für ein Fol geglied 63 aufweist, das an einem Querzapfen der Zylinderbuchse k5b fest angebracht ist. Der Querzapfen 62 ist in einer Führung 66 im Zylinder k5b ausschließlich parallel zur Zylinderachse verschiebbar. Die Endstellungen der Durchlässe 59 sind in strichlier'cen Linien in Fig. 5 angedeutet.

Die Brennkraftmaschine läßt sich auch nach dem Zweitakt-Prinzip betreiben, wofür keine beweglichen Zylinderbuchsen erforderlich sind, sondern übliche Steuerschlitze in einer festen Zylinderbuchse, die durch die mit einer bestimmten Versetzung ablaufende Kolbenbewegung wechselseitig überfahren werden.

Bei der Ausführungsform von Fig. 3 tritt in den Nuten kl ein wünschenswerter Dämpfungseffekt für die Zylinderbuchsenbewegung auf, da dort ein Gaspolster verdichtet wird, wenn die freien Enden 45' in die Nuten kl einzutauchen beginnen.

Bei der Bemessung der Nuten kl und ihrer Ausrichtung auf die frei en Enden 45' der Zylinderbuchsen 45 wird der Luftspalt zum Brennraum hin größer bemessen, als der Luftspalt zu den Einlaß- und Auslaßführungen 1, 8, da dann das in der Nut 47 eingeschlossene und durch den freien Raum der Zylinderbuchse 45 komprimierte Medium gegen den Explosionsdruck im Brennraum wirksam wird. Spaltverluste wirken sich dann nur in vernachlässigbarem Maß aus.

An den freien Enden 45' der Zylinderbuchsen 45 wird zweckmäßigerweise eine Art Verzahnung vorgesehen, damit sich dort evtl. ablagernde Ölkohle selbsttätig entfernt und zum Gasdruck-Stoßbelastun-

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gen gemildert bzw. gedämpft werden. Setzen sich die Ringnuten kl zum Teil mit Verbrennungsrückständen zu, so geht dies mit ansteigenden Spaltverlusten durch Verschleiß einher. Die größerer) Spaltverluste und der durch die Rückstände verkleinerte Verdichtungsraum in den Nuten kl kompensieren doch einander. Prellkräfte, wie sie bei konventionellen Ventilen auftreten, entfallen hier vorteilhafterweise, da der Dichtschluß der Zylinderbuchsen k5 praktisch ohne metallische Berührung bewerkstelligt wird. Der Verschleiß und die Geräuschentwicklung sind deutlich niedriger.

Es liegt auf der Hand, daß die vorbeschriebene Verbrennungskraftmaschine auch als Dieselmotor betrieben werden kann, wobei dann zweckmäßigerweise die Dieseleinspritzung durch zwei Düsen bewirkt wird, die in bestimmten Stellungen zueinander angeordnet sind, so daß sich die Düsenstrahlen in der Mitte des Brennraumes treffen oder auf eine entsprechende Prallfläche im Brennraum aufschlagen. Beim Dieselbetrieb kann das Prinzip der Direkteinspritzung oder ein Vorkammerprinzip angewendet werden. Zum einfachen Starten kann ein feuerfester Glühdraht quer durch den kugelförmigen Verbrennungsraum gespannt sein. Wenn die Kolben 38 als Sektionskolben ausgebildet sind, die geringe Wärmedurchgangswerte aufweisen, lassen sich Wärmeverluste aus den Brennraum nach außen niedrig halten.

Das aus der Einlaßführung 8 einströmende Brennstoff-Gas-Gemisch strömt mit hoher Gleichförmigkeit. Es können natürlich auch Leitschaufeln oder spezielle Ausgestaltungen der Einlaßführung vorgesehen werden, damit eine gezielte Verwirbelung des Gemisches erzwungen wird.

Weiterhin wäre denkbar, die Steuernocken 26 unmittelbar auf die Zylinderbüchsen einwirken zu lassen und zwar entweder in radialer Richtung oder auch in axialer Richtung.

Als Material für die Zylinderbuchsen könnte Aluminium, Hartguß oder zu Profilrohren geformter Stahl verwendet werden. Thermisch überbelastete Zonen treten nicht auf, da die einzelnen Teile sehr

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gleichförmig sind und durchgehend gleiche Wandstärken aufweisen. Die Kühlung kann einfach ausgelegt sein.

Der Explosionsdruck verteilt sich über beide Kolben auf beide Taumelelemente, so daß die von diesen in die Abtriebswelle eingeleiteten Drehmomente gleich groß sind.

Die gewählte Konstruktion gestattet es, aus mehreren Teilen zusammengesetzte Kolben zu verwenden, die für eine gute Wärmeisolierung sorgen. Die Kolben könnten auch axial undIoder radial geteilt sein und zusammengenietet oder zusammengeschraubt werden.

Falls eine Ventilöffnungsüberschneidung erforderlich ist, so kann diese durch die Anordnung der Steuernocken vorgegeben werden, wobei es auch möglich ist, z.B. mittels eines Fliehkraftreglers, die Überschneidung während des Betriebes automatisch zu verstellen. Die Verstellung kann sowohl positiv wie auch negativ erfolgen und zwar durch gegenläufiges links- und rechtsgängiges Steilgewinde innerhalb der Vorgelegewelle, also zwischen den beiden Kettenradpaaren.

Von besonderem Vorteil ist die Tatsache, daß infolge der F'ührung der Hälften der Taumelelemente und deren Aufteilung in zwei Hälften die radialen und in Umfangsrichtung verlaufenden Relativbewegungen der Anlenkung des Pleuels mit dem Ende der Hälfte des Taumelelementes außerordentlich klein sind. Dank dieser geringen Relativbewegungen erfahren die Pleuel und die Kolben nahezu keine seitlichen Belastungen, so daß die Pleuel sehr dünn und leicht, einfach und preiswert ausgebildet werden können, wie auch die Verbindung der Pleuel mit dem Kolben einerseits und den Taumelelementen andererseits.

Die Verbrennungskraftmaschine ist gut für bleifreies Benzin geeignet, da der Druckanstieg nach der Zündung schneller abgebaut wird, als bei konventionellen Motoren, weil die Vergrößerung des Volumens nach beiden Richtungen erfolgt. Die Klopf neigung ist stark vermindert.

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Die kaum vorhandene Pleuelauslenkung trägt auch zur Reibungsverminderung bei höheren Drehzahlen bei, da kaum seitliche Kräfte auf die Kolben auftreten. Die Pleuel könnten wegen kaum vorhandener Seitenkräfte aus einfachen Rohren gebildet werden und zur Schmierstoffzuleitung eingesetzt sein.

Vcn besonderem Vorteil ist auch der Wegfall von Ausgleichsmassen oder Gegengewichten zum Ausgleichen von Massenkräften erster Ordnung.

Bei den Zylinderbuchsen mit den trichterförmig aufgeweiteten tinden kann der Ventilrand durch Aufstauchen eines Rohres gebildet oder durch Auswalzen oder durch Reibschweißen geformt werden.

Dank der vorerwähnten, kaum spürbaren Pleuelauslenkung können die Kolben größer bzw. mit engeren Toleranzen gestaltet werden als in herkömmlichen Maschinen, so daß Spaltverluste zwischen Kolben und Zylinderlaufbahn gering sind, während die Wärmeübertragung verbessert ist. Der Kolben könnte, falls keine bessere Wärmeübertragung gewünscht wird, so gestaltet sein, daß er nur an den Dichtbereichen Kontakt mit der Zylinderlaufbahn eingeht, wo sich auch Kolbenringe befinden.

Da die Zylinderbuchsen in einem großen Bereich in den Zylindern geführt sind und die geringen Pleuelauslenkungen wenig Reibung beanspruchen, ist die spezifische Gleitreibung gering, so daß es ausreicht, mit Thermoöl dort zu schmieren. Es ist dabei auch möglich, eine höhere Motorbetriebstemperatur zu wählen, weil die Wärmeabfuhr sehr günstig ist.

Die Kraftübertragung von der Abtriebswelle zu den einzelnen Zylinderbuchsen bzw. den die Zylinderbuchsen steuernden Nocken könnte auch unmittelbar über Zahnräder oder Planetenräder erfolgen. Ferner wäre es denkbar, eine umlaufende Kette oder einen Zahnrimen zu verwenden, der ausgehend von der Abtriebswelle alle Zylinder umschlingt und dort die Steuerbewegungen zwangsgesteuert auslöst.

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Claims

Anmelder: Ludwig Wenker, Steinerstr. 1, 85h3 Hilpoltstein-Hofstetten

Brennkraftmaschine

Patentansprüche

( l^j Brennkraftmaschine mit zwei gegenläufigen, gleich achsigen Kolben in jedem in einem Maschinengehäuse angeordneten Zylinder, mit einem jeden Kolben mit einem Abtriebselement verbindenden Pleuel, mit im Maschinengehäuse angeordneten Einlaß- und Auslaßführungen zu den beiden Kolben jedes Zylinders gemeinsamen Brennraum und mit zwei im Zylinder verschiebbar geführten Zylinderbüchsen für die beiden Kolben, die mit einem Steuerantrieb gekoppelt sind und mit ihren einander zugewandten Enden Einlaß- und Auslaß-Ventilelemente für den Brennraum bilden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Zylinder (3, k) parallel zu und um eine das Maschinengehäuse zentral durchsetzende, allen Kolben (38) gemeinsamen Abtriebswelle (2) angeordnet sind, daß die Kolben (38) mit der Abtriebswelle (2) über ein zur Abtriebswellenachse schräg stehendes Taumelelement-Paar (15) verbunden sind, und daß die Abtriebswelle (2) mittelbar mit einer das Maschinengehäuse durchsetzenden Steuerwelle (2k) zum zyklischen Verschieben der Zylinderbuchsen (h5, k5a, h5b) gekuppelt ist.

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Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier Zylinder (3, h) konzentrisch um die Abtriebswelle (2) verteilt angeordnet sind, und daß jedes Taumelelement (ItO, hl) des Taumelelement-Paares (15) sternförmig und mit zwei um die zur Abtriebswelle schräge Taumelachse (16) relativ zueinander verdrehbaren Hälften ausgebildet ist, von denen jede Hälfte bzw. Taumelelement (hO, Ul) mit zwei bezüglich der Abtriebswelle (2) diametral gegenüberliegenden Kolben (33) verbunden ist.

3. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Taumelelement (hO, kl) in eine parallel zur Abtriebswelle (2) verlaufende Führung (18) greift.

h. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Taumelelementen-Paar (15) axial verschiebbar, beispielsweise mit einer Buchse (68) mit Steilganggewinde (69), auf der Abtriebswelle (2) gelagert ist.

5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (18) in einer parallel und axial zur Abtriebswelle (2) liegenden Ebene verläuft, in welcher Ebene die Zylinderachsen der beiden mit dem Taumelelement (UO, hl) verbundenen Kolben (38) liegt.

6. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (18) zwei zueinander parallele Führungsbahnen aufweist, zwischen die das freie Ende des Taumelelementes (hO, hl) verschiebbar eingreift.

7. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Pleuel (lh) mit dem freien Ende des Taumelelements (hO, hl) über ein Kardan- (17) oder ein Kugelgelenk (hh, h3) verbunden ist.

8. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerwelle (2h) eine die Abtriebswelle (2) enthaltende, zu ihr koaxiale Hohlwelle ist.

9. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis

8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (2) mit der Steuerwelle (2h) über ein Untersetzungsgetriebe (20 bis 23), vorzugsweise ein Zahn- oder Kettengetriebe, in Antriebsverbindung steht.

10. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis

9, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zylinderbuchse (h5, h5a) mit ihrem den Brennraum abgewandten Ende in einen konzentrischen und drehbar gelagerten Steuerring (28) ragt und mit diesem über eine Kulissenführung (29, 30) oder Steilgewinde derart zwangsverbunden ist, daß eine Drehbewegung des Steuerringes (28) um die Zylinderachse eine Verschiebebewegung der Zylinderbuchse (h5, h5a) in Richtung der Zylinderachse bewirkt.

11. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis

10, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerring (28) mit der Steuerwelle (2h) über eine Nockenanordnung oder über eine Zwangsverbindung in Drehantriebsverbindung steht.

12. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis

11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerwelle (2h) nahe jedem Ende ein Steuernockenrad (3h, 25) mit Nocken (26) trägt, daß die den: Steuernockenrad (3h, 25) zugeordneten Steuerringe (28) mit auf die Steuernocken (26) ausgerichtete Gegennocken (35) tragen, und daß Federelemente (67) vorgesehen sind, die die Gegennocken (35) in ständiger Auflage am Steuernockenrad (25, 3h) halten.

13. Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kulissenführung (29, 30) aus wenigstens einer schräg zur Zylinderachse verlaufenden Nut oder einem Schlitz (29) im Steuerring (23) und aus einem von der Zylinderbuchse (h5, h5a) abstehenden und in die Nut oder den Schlitz (29) eingreifenden Folgeglied (30), z.B. einem Gleitstein, besteht.

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Ik. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch g ekennzeichnet, daß der Steuerring (28) einen Randflansch aufweist, der in eine Drehlagerung am Maschinengehäuse eingreift.

15. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis lh, dadurch gekennzeichnet, daß im Zylinder (3, k) ein innen umlaufender Vorsprung (k8) vorgesehen ist, der zusammen mit kalottenförmigen Vertiefungen (53) in den Böden beider Kolben (38) einen annähernd kugelförmigen Brennraum begrenzt.

Ib. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis

15, dadurch gekennzeichnet, daß im Vorsprung (h8) an jeder einem Kolben (38) zugewandten Seite eine in Umfangsrichtung umlaufende, axial offene Nut (k7) für den freien Rand (U5¹) der Zylinderbuchse (h5) ausgebildet ist, in die dieser zumindest beim Zündzeitpunkt eintaucht.

17. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis

16, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder (3, k) Schmierkanäle (36) zur Außenseite der Zylinderbuchse (k5) oder die Zylinderbuchsen (k5) selbst solche von der Kolbenlaufbahn ausgehenden Schmierkanäle (36') aufweisen.

18. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis

17, dadurch gekennzeichnet, daß im Zylinder (3, k) eine umlaufende Aufweitung (57) vorgesehen ist und daß die Zylinderbuchsen (k5a) an ihren in der Brennkammer liegenden Enden trichterförmig erweitert sind und mit in der Aufweitung (57) ausgebildeten Ventilsitzen (56) nach Art von Tellerventilen zusammenarbeiten.

19. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis

18, dadurch gekennzeichnet, daß das Maschinengehäuse annähernd in der Mitte der Brennräume geteilt ist (Teilfuge 5) und daß die Abtriebswelle (2) sowie die Steuerwelle (2k) ebenfalls geteilt und

über Steckkupplungen miteinander verbunden sind.

20. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die den Steuerantrieb (20 bis 23) für die Steuerwelle (2h) enthaltende Maschinengehäusehälfte mit einem herkömmlichen Zylinderkopf ausrüstbar ist.

21. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis

20, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zylinderbuchsen jedes Zylinders (3, h) zu einer durchgehenden Zylinderbuchse (k5b) vereinigt sind, die in wenigstens einer in Umfangsrichtung umlaufenden Reihe eine Vielzahl von Durchlässen (59) aufweist, die mit der Zylinderbuchse zwischen einer Mittelstellung (Zündstellung), in der die Durchlässe (59) von der Zylinderinnenwand verschlossen sind, und einer Einlaß- und einer Auslaßstellung verschiebbar sind, in denen sie auf die Einlaß- bzw. die Auslaßführungen (7, 8) wechselseitig ausgerichtet sind.

22. Brennkraftmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis

21, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Zündöffnung (58) vorgesehen ist, die in der Mittelstellung auf eine Zündkerze (51) ausgerichtet ist.