DE3711205A1

DE3711205A1 - Axialgegenkolben-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3711205A1
Application number: DE19873711205
Authority: DE
Inventors: Guenter Osterburg; Heinrich Stallkamp
Original assignee: Motos Motor Technik GmbH
Current assignee: Motos Motor Technik GmbH
Priority date: 1987-04-02
Filing date: 1987-04-02
Publication date: 1988-10-20

Description

Der Ladungswechsel beim Viertaktmotor sind arbeitsverbrauchende Takte, die eine volle Kurbelwellenumdrehung beanspruchen. Naheliegend war der Gedanke, diesen Umstand durch das Zweitakt verfahren zu umgehen. Weil beim Zweitakt-Ladungswechsel nur ein Kurbelwinkel von 80 bis 100 Grad zur Verfügung steht und Vermischungen der Frischgase mit den Abgasen gegeben sind, ist der Ladungswechsel des Zweitaktmotors dem des Viertakt motors unterlegen.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist, diese Nachteile zu vermeiden und eine vorteilhafte für ein Zweitaktverfahren geeigneten Brennkraftmaschine zu finden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Axialgegenkolben-Brenn kraftmaschine gemäß der Definition des Anspruchs 1.

Der Bauaufwand bekannter Gegenkolbenmotoren, z. B. von Junkers war bedingt durch den doppelten Kurbeltrieb, die durch mehrere Stirnzahnräder verbunden waren, sehr groß und umständlich.

Durch die Verwendung einer zentralen Verbindungswelle, die in der Nähe ihrer Enden zwei Schrägwellen aufweist, auf denen je eine Taumelscheibe drehbar gelagert ist, ist es möglich geworden, die Zylinder trommelförmig um die zentrale Ver bindungswelle anzuordnen.

Diese Bauweise ist kompakt und stabil.

Mindestens sechs Zylinder mit zwölf Gegenkolben lassen sich so plazieren. Die für das Zweitaktverfahren vorteilhafte Gleich stromspülung mit wählbarem symmetrischen und asymmetrischen Steuerdiagramm lassen sich sehr gut realisieren, so daß diese Bauweise besonders als Hochleistungstriebwerk mit großer Leistungskonzentration und extrem niedrigem Leistungsgewicht interessant ist.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 Aufsicht-Schnittzeichnung durch die Längsachse,

Fig. 2 bis 5 Schematisierte Teil-Schnittdarstellungen der Funktionen der Spülung und der Schichtladung,

Fig. 6 bis 7 Schematisierte Querschnittdarstellungen der Zylinderanordnungen um die zentrale Verbindungswelle,

Die in Fig. 1 mit 1 bezeichnete Axialgegenkolben-Brennkraft maschine besteht aus einer zentralen Verbindungswelle 2, die in der Nähe ihrer Enden zwei Schrägwellen 4 aufweist auf denen je eine Taumelscheibe 3 drehbar gelagert ist und somit bei einer Umdrehung der zentralen Verbindungswelle 2 durch die Kugelkopf-Kolbenstangen 5 an die Kolben 6 und 7 Hubbewe gungen erzeugen.

Die Zylinder 8 mit den Kühlwasserkanälen 9 verlaufen prallel mit der zentralen Verbindungswelle 2 und sind an ihren Enden mit den beiden Stirngehäusen 10 öldicht verschraubt.

Am Umfang der Zylinder 8 befinden sich die Spülluftöffnungen 11, die Frischgasöffnungen 12 und die Auslassöffnungen 13. Die Zündkerzen 14 sind in der Mitte der Zylinder 8 angeordnet.

Die Spülluft Fig. 2, 16 u. das Frischgas 17 können durch beliebige Ladersysteme, z. B. Turbolader vorverdichtet werden. Die Spülluft 16 wird symbolisch durch einen Kreis dargestellt. Das Fischgas 17 durch einen Kreis mit Kreuz. Das Abgas 18 durch eine dunkle Kreisfläche.

In Fig. 2 hat der Kolben 7 die Auslaßöffnungen 13 zum Teil geöffnet, so daß das Abgas 18 ausströmt. Der Kolben 6 hat dann die Spülluftöffnungen 11 geöffnet, so daß die unter Ladedruck stehende reine Spülluft 16 tagential im Zylinder raum 15 einströmt und die Restabgase 18 vollkommen ausspült.

In Fig. 3 haben die Kolben 6 und 7 ihren unteren Totpunkt erreicht. Die Auslaßöffnungen 13, die Spülluftöffnungen 11 und die Frischgasöffnungen 12 sind jetzt voll geöffnet. Das ebenfalls unter Ladedruck stehende Frischgas 17 strömt aus den Frischgasöffnungen 12 tangential im Zylinderraum 15.

In Fig. 4 sind die Frischgasöffnungen 12 durch den Kolben 6 geschlossen, während aus den noch offenen Spülluftöffnungen 11 eine kleine Menge reine Luft 16 im Zylinderraum 15 ein strömt. lm Zylinderraum 15 vor dem Kolben 7 verbleibt ebenfalls eine kleine Menge reine Spülluft 16, wodurch gewährleistet ist, daß kein Frischgas 17 durch die Auslaßöffnungen 13 verloren geht.

Fig. 5 zeigt die erzielte Schichtladung im Zylinderraum 15 kurz vor der Verbrennung. Das zündfähige Frischgas 17 im Bereich der Zündkerze 14 ist von zwei Luftschichten 16 axial eingeschlossen. Bedingt durch die Wirbelbildung der Frischgase 17 und der beiden Luftschichten 16, die sich auch während der Verdichtung fortgesetzt hat, kommt es zur intensiven Ver brennung der Frischgase 17, weil aus den beiden Luftschichten 16 genügend Sauerstoffmoleküle dem Verbrennungsprozeß durch doppelte Grenzschichtvermischung zur Verfügung steht.

Obwohl die in Fig. 2 bis Fig. 5 beschriebene Abgasspülung und Schichtladung vorzugsweise mit der mit 1 bezeichneten Axialgegenkolben-Brennkraftmaschine Anwendung findet, ist es durchaus möglich, herkömmliche Zweitaktmotoren (auch mit Umkehrspülung) auf diesen neuartigen Ladungswechsel umzustellen.

Eine zweite Möglichkeit, den vorher beschriebenen Ladungs wechsel zu erzielen, besteht darin, daß durch ein elektro nisch gesteuertes Einspritzventil im richtigen Zeitpunkt, durch eine der Frischgasöffnungen 12, Kraftstoff im Zylinder raum 15 eingespritzt wird, so daß die Spülluftöffnungen 11 in Wegfall kämen.

Die neuartige Axialgegenkolben-Brennkraftmaschine bietet gegenüber dem Viertaktmotor auf vielen Gebieten bessere technische Grundvoraussetzungen, z. B.:

1. Geringer mechanischer Bauaufwand
2. Hohe Energiedichte je umbautem Raum
3. Extrem geringes Leistungsgewicht
4. Sehr gute technische Voraussetzungen für das Diesel verfahren
5. Hoher Gesamtwirkungsgrad
6. Geringer Wartungsaufwand
7. Hohe Betriebssicherheit
8. Totaler Massenausgleich
9. Sehr geringe Abgasemisionen
10. Weniger Herstellungskosten

Sollten in Zukunft standfeste keramische Beschichtungen, Verbundwerkstoffe oder Bauteile aus Vollkeramik dem Mo torenbau zur Verfügung stehen, so würde besonders die Axialgegenkolben-Brennkraftmaschine davon profitieren, weil im Gegensatz zum Viertaktmotor, seine dynamisch belasteten Bauteile nur einer Druckbelastung ausgesetzt sind. Dieser Vorteil muß in Zukunft sehr hoch bewertet werden, weil die technische Keramik geringe Zugbelastungen, aber extrem hohe Druckbelastungen standhält.

Claims

1. Axialgegenkolben-Brennkraftmaschine mit paralleler Zylinderanordnung zur zentralen Verbindungswelle, die in der Nähe ihrer Enden zwei Schrägwellen aufweist, auf denen je eine Taumelscheibe drehbar gelagert ist und somit bei einer Umdrehung der zentralen Verbindungswelle durch die Kugelkopf kolbenstangen an den Kolben Hubbewegungen erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß die Spülluftöffnungen 11 vor den Frisch gasöffnungen 12 am Zylinder 8 angeordnet sind, so daß beim Rückgang des Kolbens 6 erst die Spülluftöffnungen 11 geöffnet werden und die Abgase 18 durch reine Spülluft 16 aus dem Zy linderraum 15 durch den Kolben 7 vorher geöffneten Abgas öffnungen 13 verdrängt werden, ohne daß Frischgasverluste entstehen oder Abgasreste im Zylinderraum 15 zurückbleiben, so daß ein Teil der Spülluft 16 nach dem Schließen der Ab gasöffnungen 13 durch den Kolben 7 im Zylinderraum 15 ver bleibt und der Kolben 6 beim Verdichtungshub die Spülluft öffnungen 11 zuletzt geschlossen hat, kann sich im Zylinder raum 15 vor dem Kolben 6 eine zweite Luftschicht 16 aufbauen, so daß das zündfähige Frischgas 17 von zwei Luftschichten 16 axial eingeschlossen ist und somit eine Schichtladung mit zwei Grenzschichten zwischen dem Frischgas 17 und den Luft schichten 16 im Zylinderraum 15 vorhanden sind, die eine Qualitätsregelung auch bei der Zündfunkenanwendung möglich macht und aus den zwei Luftschichten 16 bedingt durch doppelte Grenzschichtreibung dem Verbrennungsprozeß genügend Sauerstoffmoleküle zur Verfügung stellt.

2. Axialgegenkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägwelle 4, die zur Seite der Auslaßöffnungen 13 angeordnet ist, auf der zentralen Verbindungswelle 2, so auf Vorlauf verstellt werden kann, daß auch ein asymmetrisches Steuerdiagramm möglich ist und somit eine Aufladung erfolgen kann.

3. Axialgegenkolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein elektronisch gesteuertes Einspritzventil im richtigen Zeitpunkt, durch eine der Frischgasöffnungen 12 Kraftstoff im Zylinderraum 15 eingespritzt werden kann, so daß dann die Spülluftöffnungen 11 im Wegfall kommen, weil anstelle der Frischgase dann reine Spül- und Ladeluft aus den Einström öffnungen 12 im Zylinderraum 15 einströmen.

4. Axialgegenkolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der neuartige Ladungswechsel auch bei Motoren mit Umkehrspülung anwendbar ist, wobei die Schichtladung dann aus einer Frisch gaszone und nur einer Luftzone besteht.

5. Axialgegenkolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialgegenkolben-Brennkraftmaschine auch für das Dieselver fahren anwendbar ist.

6. Axialgegenkolben-Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder 8 mit der zentralen Verbindungswelle 2 parallel verlaufen und daß die Taumelscheiben 3 auf zwei Schräg wellen 4 die mit der zentralen Verbindungswelle 2 starr verbunden sind, drehbar gelagert sind.