DE3820033A1 - Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit mindestens einem Zylinder mit Kolben und Pleuelstange in einem Motorblock, mit einem Zündsystem, einer Zufuhr eines zündfähigen Kraftstoff-Luftgemisches sowie mit Ansaug- und Auslaßöffnungen.

Derartige Verbrennungskraftmaschinen mit Hubkolben, obwohl sie seit lan­ gem bekannt und zu großer Perfektion entwickelt wurden, haben eben immer noch die bekannten Nachteile aller Saugmotoren, Dieselmotoren usw.

Eine Lösung dieser Probleme sollte der Rotationskolbenmotor bringen, je­ doch hat sich dieses Prinzip trotz jahrelanger weiterer weltweiter Entwick­ lungsarbeit aus vielerlei Gründen nicht als eindeutig überlegen durchsetzen können und findet heute nur in einigen wenigen Fahrzeugtypen Anwendung.

Die Erfindung geht nun einen völlig anderen Weg, um dem Hubkolbenmotor mit anderen Mitteln zu einer wirkungsvolleren Arbeitsweise zu verhelfen.

Dies wird erfindungsgemäß bei einem Motor der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 erreicht.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 schematisch, im Schnitt, ein erstes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung;

Fig. 2-10 die Arbeitsweise der neuen Verbrennungskraftmaschine als Viertaktmotor mit Kraftstoffeinspritzung;

Fig. 11 ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung;

Fig. 12 eine Schnittansicht längs der Linie C-C in Fig. 11;

Fig. 13 eine Darstellung einer Position mit Ansaugvorgang in einem und Auslaßvorgang im anderen Zylinder;

Fig. 14 ein drittes Ausführungsbeispiel mit zwei Zylindern und

Fig. 15 schematisch eine Antriebsvorrichtung.

In Fig. 1 erkennt man rein schematisch im Querschnitt einen Motorblock 1, in dessen zylinderförmigen Innenraum ein Steuerzylinder drehbar angeordnet und seitlich im Motorblock gelagert ist.

Im Innenraum des Steuerzylinders 2 ist ein Zylinderkörper 3 drehbar angeord­ net und gelagert, der z. B. einen Zylinder 4 enthält. Der Steuerzylinder 2 und der Zylinderkörper 3 sind beide um eine gemeinsame Rotationsachse 5 drehbar, jedoch derart, daß sich der Zylinderkörper 3 gleichsinnig aber doppelt so schnell dreht wie der Steuerzylinder. Dies wird durch einen ent­ sprechenden Antrieb, beispielsweise über Zahnkränze und Zahnräder, Zahn­ ketten od. dgl. erreicht. Der Zylinderkörper sitzt dabei auf einer (nicht gezeigten) Welle. Im Abstand h von der Rotationsachse 5 ist eine Lagerachse 6 vorgesehen. Der im Zylinder 4 hin- und herbewegbare Kolben 7 ist über eine Pleuelstange 8 mit dieser exzentrischen Lagerachse 6 verbunden, die ebenfalls im Motorblock 1 gelagert ist.

Man erkennt ferner im Steuerzylinder einen Einlaß- oder Ansaugschitz 9 und einen Auslaßschlitz 10. Dabei sind für jeden Zylinder je ein Einlaßschlitz und ein Auslaßschlitz vorgesehen.

Der Steuerzylinder weist in diesem Ausführungsbeispiel zwei Zündelektroden 11 auf, die an der Oberfläche des Steuerzylinders Kontaktflächen bilden. Im Motorblock sind dazu zwei Zündleitungen 14 vorgesehen, die ebenfalls in Kontaktflächen enden. Wenn sich also bei der Rotation des Steuerzylinders diese Kontaktflächen berühren, kann die Zündspannung den Zündelektroden zugeführt werden, so daß eine Zündung erfolgen kann.

Man sieht ferner eine Ansaugbohrung 12, an die sich im Motorblock ein An­ saugkanal 12 a anschließt, der sich über einen Zentrierwinkel von ca. 90° er­ streckt. Ebenso ist eine Auslaßbohrung 15 vorgesehen, an die sich ein sich ebenfalls über etwa 90° erstreckender Auslaßkanal 15 a anschließt.

Schließlich sieht man, daß der Zylinderkörper 3 nicht massiv ausgeführt ist, sondern zu beiden Seiten einen Hohlraum aufweist.

Der Innenraum des Zylinderkörpers 3 ist ausreichend für die Bewegung des Kolbens 7 im Zylinder 4.

Die Wirkungsweise dieser Verbrennungskraftmaschine soll nunmehr anhand der Fig. 2 bis 10 erläutert werden, wobei Fig. 1 das Ende einer Auslaß­ phase zeigt.

In Fig. 2 hat sich der Steuerzylinder um 45° im Uhrzeigersinn gedreht, der Zylinderkörper 3 jedoch um 90°. In dieser Position wird ein zündfähiges Kraftstoff-Luftgemisch zugeführt, beispielsweise über die Ansaugbohrung und den Ansaugkanal und gelangt über den Einlaßschlitz in den Zylinder 4.

Fig. 3 zeigt dabei einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 2, wobei gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.

In Fig. 4 hat sich der Zylinderkörper um 180° gedreht, während sich der Steuerzylinder nur um 90° gedreht hat. Der Kolben 7 befindet sich nunmehr in seiner tiefsten Stellung. Der Kolbenhub ist dabei gleich dem doppelten Abstand h.

In Fig. 5 ist der Verdichtungsvorgang gezeigt, wobei sich der Zylinderkör­ per nunmehr um 270° gedreht hat, während sich der Steuerzylinder um 135° gedreht hat. Man erkennt, daß in dieser Stellung weder der Einlaß­ kanal noch der Auslaßkanal mit dem Zylinder in Verbindung stehen.

Fig. 6 zeigt die Phase der höchsten Kompression und der Zündung. Der Zylinderkörper hat sich nunmehr um 360° gedreht und die Kontaktflächen der Zündelektroden sind nunmehr in Kontaktberührung mit den Zündleitungen. Durch Zufuhr der Zündspannung wird über den Zündfunken das hochverdich­ tete Kraftstoff-Luftgemisch zur Explosion gebracht.

In Fig. 7 ist diese Position nochmals in einer Schnittansicht längs der Linie B-B in Fig. 6 gezeigt.

In Fig. 8 hat sich der Zylinderkörper im Arbeitshub des Zylinders um weitere 90° gedreht. Diese Bewegung setzt sich, wie in Fig. 9 zu sehen, fort, in der der Kolben seine tiefste Stellung erreicht hat.

Nach einer weiteren Drehung des Zylinderkörpers um 90° gibt der Auslaß­ schlitz 10 die Verbindung zwischen dem Innenraum des Zylinders und dem Auslaßkanal zur Auslaßöffnung frei. Dies zeigt Fig. 10.

Nach einer weiteren Drehung des Zylinderkörpers um 90° wird wiederum die in Fig. 1 gezeigte Position erreicht, nämlich das Ende eines Arbeits­ vorgangs in einem Zylinder.

Fig. 11 zeigt eine Ausführungsform mit zwei Zylindern in einem Zylinder­ körper 3. Der zweite Kolben 18 liegt dabei dem ersten Kolben, jedoch mit besonderen Maßnahmen, gegenüber.

Bei diesem Ausführungsbeispiel müssen für die zwei Zylinder je ein Einlaß­ schlitz und je ein Auslaßschlitz vorgesehen werden. In der in Fig. 11 gezeig­ ten Position ist bei dem oberen Zylinder der Kompressionsvorgang gerade beendet, und die Zündung findet statt. Der rechts davon gezeigte Schlitz im Steuerzylinder 2 ist dem unteren Kolben 18 zugeordnet, ebenso der rechts unten gezeigte Schlitz. Die beiden anderen Schlitze sind dem oberen Zylinder zugeordnet, nämlich der links unten gezeigte Schlitz und der rechts unten gezeigte Schlitz, d. h. in diesem Schnitt liegen zwei Schlitze hintereinander.

Dies wird aus der in Fig. 12 gezeigten Schnittansicht längs der Linie C-C in Fig. 11 deutlicher. Man erkennt nämlich, daß beim Zündvorgang für den oben liegenden Zylinder die Zündelektroden auf der rechten Seite dieser Schnittansicht durch eine Abdeckung 16 gegenüber dem Zylinder 4 abgedeckt sind. Man erkennt ferner, daß für den im anderen Zylinder befindlichen Kol­ ben 18 eine Abdeckung 17 vorgesehen ist, die sich über etwas mehr als den halben Durchmesser des Zylinders erstreckt.

In Fig. 13 ist dann der Ansaugvorgang und die Zufuhr des zündfähigen Kraft­ stoff-Luftgemisches zu dem oberen Zylinder dargestellt, während der Auslaß­ vorgang für den unteren Zylinder gezeigt ist.

Somit kann man also zwei Zylinder mit ihren Kolben in derselben Rotations­ ebene unterbringen, wodurch bei gleicher Zylinderzahl der Motor in axialer Richtung kürzer gehalten werden kann. In diesem Fall müssen also am Steu­ erzylinder 2 die Ein- und Auslaßschlitze 9 und 10 außerhalb der Zylinder­ mitte angeordnet sein, und zwar jeweils für jeden Zylinder auf einer Seite.

Eine weitere Ausführungsform zeigt Fig. 14, bei der die beiden Zylinder in achsialer Richtung gegeneinander versetzt angeordnet sind, wodurch sich die Anordnung der Einlaß- und Auslaßschlitze und der Zündelektroden verein­ facht. Die Ausdehnung in achsialer Richtung ist dabei etwas größer.

Hierbei ist in die dem Steuerzylinder gegenüberliegende Abschlußfläche der Zylinderwand eine Dichtung 19 eingesetzt. Auf der rechten Seite ist eine mögliche Ausführungsform eines Antriebs für den Steuerzylinder 2 und den Zylinderkörper 3 angedeutet.

Dies zeigt schematisch Fig. 15. Man sieht wiederum innerhalb des Motorblocks 1 den Steuerzylinder 2, der einen Zahnkranz 20 trägt. Der Zylinderkörper trägt seinerseits ebenfalls einen Zahnkranz 21 und die Verbindung zwischen diesen beiden Zahnkränzen wird beispielsweise durch zwei Zahnräder 22 und 23 hergestellt, die sicherstellen, daß sich Steuerzylinder und Zylinder­ körper gleichsinnig bewegen, wobei die Umdrehungsgeschwindigkeit des Zylinderkörpers doppelt so groß ist wie die Umdrehungsgeschwindigkeit des Steuerzylinders.

Durch diese Anordnung wird sichergestellt, daß sich bei der Drehung des Steuerzylinders und des Zylinderkörpers die Einlaßschlitze und die Auslaß­ schlitze immer in ihrer richtigen Position in bezug auf den Einlaßkanal und den Auslaßkanal sowie in bezug auf die Zündleitungen gegenüber den Zünd­ elektroden befinden.

Es ist selbstverständlich auch möglich, diese neue Verbrennungskraftmaschine als Selbstzünder aufzubauen. Ferner muß darauf hingewiesen werden, daß die Oberfläche der Kolben vorzugsweise so abgeschrägt werden können, daß sich der Explosionsdruck auf den Kolben in Umdrehungsrichtung besonders wirksam umsetzen läßt.

Durch die Erfindung wurde also eine neuartige Verbrennungskraftmaschine geschaffen, bei der im Gegensatz zu bisher bekannten Hubkolbenmotoren und Rotationskolbenmaschinen ein Hubkolben oder mehrere Hubkolben in­ nerhalb eines gleichsinnig rotierenden Steuerzylinders rotieren. Selbstver­ ständlich sind dabei an den aufeinandergleitenden Flächen die auch sonst erforderlichen Dichtungen vorzusehen.

Claims (8)

1. Verbrennungskraftmaschine mit mindestens einem Zylinder in einem Motorblock, einem Zündsystem und Ansaug- und Auspufföffnungen sowie Zufuhr eines Kraftstoffluftgemisches, gekennzeichnet durch einen zylinderförmigen Motorraum mit einem darin rotierenden Steuerzylinder (2) mit Einlaß- und Auslaßschlitzen (9, 10) und einem Durchbruch für die Zündelektroden, durch einen im Steuerzylinder rotierenden Zylinderkörper (3) mit mindestens einem darin mit seiner Längsachse senkrecht zur Rotationsachse (5) ausgerichteten Zylinder (4) mit Kolben (7) und Pleuelstange (8), sowie mit einer innen liegen­ den Bohrung und einer im Abstand h von der Rotationsachse (5) ange­ ordneten Lagerachse (6) für die Pleuelstange (8), sowie mit Antriebs­ mittels für den Steuerzylinder und den Zylinderkörper, wobei die Drehzahl des Zylinderkörpers bei gleichem Drehsinn doppelt so groß ist wie die Drehzahl des Steuerzylinders, sowie durch für jeden Zylin­ der den Motorblock durchsetzende Zündkontaktleitungen (14).

2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Einlaß- und Auslaßschlitze (9, 10) im Steuerzylin­ der von Mittellinie zu Mittellinie 90° beträgt, und daß die Einlaß- und Auslaßschlitze sich jeweils über einen Zentriwinkel von 45° er­ strecken.

3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Motorblock (1) anschließend an die Ansaug- bzw. Auslaßöffnung (12, 15) ein sich über etwa 90° erstreckender Ansaug­ kanal (12 a) bzw. Auslaßkanal (15 a) angeordnet sind.

4. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zylinderkörper (3) zu beiden Seiten jedes Zylinders (4) der Kühlung dienende Hohlräume aufweist.

5. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zylinderkörper zwei in Richtung der Rotationsachse einan­ der gegenüberliegende Zylinder vorgesehen sind, deren Pleuelstangen (8) auf der gleichen Lagerachse (6) gelagert sind, daß dabei für jeden Zylinder im Steuerzylinder (2) je ein Einlaßschlitz und ein Auslaß­ schlitz sowie eine Zündelektrode vorgesehen sind sowie eine zugehö­ rige Zündleitung im Motorblock, und daß der Zylinderkörper gegen­ einander versetzte Abdeckungen (16, 17) aufweist, die jeweils nur den einen oder den anderen Zylinder freigeben.

6. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zylinderkörper zwei in Richtung der Rotationsachse seitlich etwas gegeneinander versetzte, einander gegenüberliegende Zylinder vorgesehen sind, deren Pleuelstangen (8) auf der gleichen Lagerachse (6) gelagert sind, daß dabei für jeden Zylinder im Steuerzylinder (2) je ein Einlaßschlitz und ein Auslaßschlitz sowie eine Zündelektrode vor­ gesehen sind sowie eine zugehörige Zündleitung im Motorblock, und daß der Zylinderkörper gegeneinander versetzte Abdeckungen (16, 17) aufweist, die jeweils nur den einen oder den anderen Zylinder freigeben.

7. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für jeden Einlaßkanal eine Einspritzdüse (13) vorgesehen ist.

8. Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in die dem Steuerzylinder gegenüberliegende Endfläche der Zylinderwand ein an die Konturen des Steuerzylinders angepaßter Dichtungsring (19) eingesetzt ist.