DE4226185A1 - Kolben-/zylinderanordnung fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolben-/Zylinderanordnung für eine Brennkraftmaschine.

Üblicherweise weisen derartige Anordnungen einen Kolben mit einem kreisförmigen Querschnitt auf, der in einem ent­ sprechenden Zylinder axial bewegbar ist. Der Kolben ist ge­ genüber der Zylinderinnenwand mit der Hilfe von Dichtungs­ ringen abgedichtet. Ferner ist der Kolben über eine Pleuel­ stange, deren eines Ende drehbar an den Kolben angelenkt ist, mit der Kurbelwelle verbunden.

Während beim Viertaktmotor der auf der der Kurbelwelle ab­ gewandten Seite des Kolbens im Zylinder gebildete Verbren­ nungsraum über ein Auslaßventil, das mit dem Auspuff in Verbindung steht, nach der Zündung des Gemisches im Ver­ brennungsraum entlüftet, und über ein Einlaßventil nach dem Entlüften und dem Schließen des Auslaßventiles mit neuem Gemisch versorgt wird, dient beim Zweitaktmotor der Kolben selbst als Ventilkörper, der bei seinem Hin- und Hergang Öffnungen in der Zylinderwandung, die sogenannten Schlitze, freigibt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Zylinder-/Kolbenanordnung für eine Brennkraftmaschine so auszugestalten, daß sie vergleichsweise einfach aufgebaut und daher leichter und billiger herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Kolben-/Zylinderanordnung der eingangs genannten Art gelöst, die durch die in dem kenn­ zeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merk­ male gekennzeichnet ist.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Kolben- /Zylinderanordnung besteht darin, daß die Pleuelstange und der Kolben einteilig ausgebildet sind. Dies bedeutet, daß die Pleuelstange nicht, wie bei den entsprechenden Anord­ nungen des Standes der Technik mit der Hilfe eines Bolzens am Kolben angelenkt ist. Sämtliche Nachteile, die durch eine solche Anlenkung verursacht werden, weist daher die vorliegende Kolben-/Zylinderanordnung nicht auf. Insbeson­ dere wird durch den Entfall der Anlenkung der Pleuelstange am Kolben erreicht, daß bei der Herstellung bzw. beim Zu­ sammenbau der Kolben-/Zylinderanordnung die diese Anlenkung betreffenden Operationen entfallen können. Aus diesem Grunde sind die Herstellung und der Zusammenbau der vorlie­ genden Kolben-/Zylinderanordnung vergleichsweise billig. Eine Schmierung, wie sie bei den bekannten Anordnungen an den Anlenkpunkten der Pleuelstange am Kolben erfolgen muß, ist bei der vorliegenden Anordnung nicht erforderlich. Da Anlenkpunkte generell einem Verschleiß unterworfen sind, weist die vorliegenden Kolben-/Zylinderanordnung eine ver­ gleichsweise hohe Lebensdauer auf.

Vorteilhafterweise kann die Abdichtung des Kolbens der vor­ liegenden Kolben-/Zylinderanordnung in Bezug auf den Zylin­ der in einer relativ einfachen Weise durch sich am Kolben gegenüberliegende geradlinige Dichtleisten sowie durch eine Beschichtung, beispielsweise eine Keramikbeschichtung, der abgerundeten Kolbenflächen erfolgen. Da Keramik einen klei­ nen Wärme-Ausdehnungskoeffizienten besitzt, kann zwischen dem Kolben und der Zylinderwand ein kleines Spiel zugelas­ sen werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß sich der Kol­ ben im Zylinder festsetzt.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der vorliegenden Kolben- /Zylinderanordnung besteht darin, daß wegen der Einteilig­ keit des Kolbens und Pleuelstange und der Taumelbewegung des Kolbens im Zylinder eine besonders günstige Kraftüber­ tragung vom Kolben auf die Kurbelwelle erreicht wird, da die Linie, entlang der der Kolben eine Kraft ausübt, stets durch den Anlenkpunkt des Kolbens an der Kurbelwelle ver­ läuft.

Die vorliegende Kolben-/Zylinderanordnung eignet sich vor­ teilhafterweise sowohl für Zweitakt- als auch für Viertakt­ motoren.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Im folgenden werden die Erfindung und ihre Ausgestaltungen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Aufbau der vorliegenden Kolben-/Zylin­ deranordnung;

Fig. 2 und 3 Schnitte entlang der Linie II-II bzw. III- III der Fig. 1 zur Erläuterung der Anord­ nung und Abdichtung des Kolbens im Zylinder;

Fig. 4 bis 7 Darstellungen zur Erläutertung der Funktion der vorliegenden Kolben-/Zylinderanordnung im Zweitaktbetrieb;

Fig. 8 bis 11 Darstellungen zur Erläuterung der Funktion der vorliegenden Kolben-/Zylinderanordnung bei einem Zweitaktbetrieb mit Kurbelkasten­ spülung;

Fig. 12 bis 15 Weiterbildungen der Erfindung;

Fig. 16 bis 19 Darstellungen zur Erläuterung der Funktion der vorliegenden Kolben-/Zylinderanordnung bei einem Viertaktbetrieb, und

Fig. 20 bis 29 weitere Ausgestaltungen der Erfindung.

In der aus den Fig. 1 und 2 ersichtlichen Weise besitzt der Zylinder 1 der vorliegenden Kolben-/Zylinderanordnung einen rechteckigen Querschnitt. Der Kolben 2 ist entspre­ chend ausgebildet. An seiner den schmalen Seiten des Zylin­ ders 1 zugewandten Seiten weist der Kolben 2 kreisförmige Flächen 11 auf, durch die erreicht wird, daß der Kolben 2 bei seinen Hin- und Herbewegungen im Zylinder 1 die später näher erläuterten Taumelbewegungen ausführen kann. Der Mit­ telpunkt der Radien der Flächen 11 liegt auf der Längsachse des Kolbens 2. Einstückig an den Kolben 2 ist die Pleuel­ stange 3 angesetzt, die am Anlenkpunkt 9 mit der Kurbel­ welle 8 in ansich bekannter Weise verbunden ist. Vorzugs­ weise bestehen der Kolben 2 und die Pleuelstange 3 aus Stahl, Aluminium oder einer Sinter-Keramik.

Um eine Abdichtung des Kolbens 2 in Bezug auf die Innenwan­ dungen des Zylinders 1 zu erreichen, weist der Kolben 2 im Bereich der Höhe der Flächen 11 an seinen Längsseiten sich gegenüberliegende geradlinige Dichtleisten 10 auf, die vor­ zugsweise senkrecht zur Achse des Kolbens 2 verlaufen. Vor­ zugsweise verlaufen die Dichtleisten 10 durch den Mittel­ punkt des durch die kreisförmige Fläche 11 bestimmten Kreises. Die Dichtleisten 10 bestehen vorzugsweise wie her­ kömmliche Dichtringe aus Guß, Stahl oder auch einem Kera­ mikmaterial.

Gemäß Fig. 3, die einen Schnitt durch den Kolben 2 zeigt, können die Dichtleisten 10 in Schlitzen 15 des Kolbens 2 angeordnet sein und durch Federn 16, die in einem Raum 25 des Kolbens 2 angeordnet sind, gegen die entsprechende In­ nenwandung des Zylinders 1 gedrückt werden. Beispielsweise ist eine bogen- bzw. C-förmige Feder 16 an der einen Seite einer Dichtleiste 10 mit ihrem einen Ende befestigt, so daß der der Befestigungsstelle gegenüberliegende bogenförmige Bereich der Feder 16 gegen die gegenüberliegende Dichtlei­ ste 10 drückt, und ist das eine Ende einer weiteren bogen- bzw. C-förmigen Feder 16 im Bereich der anderen Seite der gegenüberliegenden Dichtleiste 10 derart befestigt, daß der dieser Befestigungsstelle gegenüberliegende bogenförmige Bereich der Feder 16 gegen die eine Dichtleiste 10 drückt. Die Befestigung der Feder 16 an der Dichtleiste 10 kann z. B. durch Schweißen erfolgen. Es ist auch denkbar, die Fe­ der 16 und die Dichtleiste 10 einstückig auszubilden. Wenn die Feder 16 und die Dichtleiste 10 aus Guß bestehen, ist eine Einteiligkeit möglich, weil zur Federung nur ein ganz kleiner Federhub zum Andrücken der Dichtleiste 10 an die Zylinderwand erforderlich ist und Guß die hierfür erforder­ liche Elastizität aufweist.

Zur Erzielung einer Abdichtung zwischen den kreisförmigen Flächen 11 und den entsprechenden Innenwandungen des Zylin­ ders 1 sind die kreisförmigen Flächen 11 mit einem Dichtma­ terial 14 belegt, bei dem es sich beispielsweise um eine Keramikbeschichtung handelt. Um an der schmalen Seite des Kolbens 2 im Bereich der Fläche 11, wo ein gewisses Spiel herrscht, ein Durchströmen von Gas möglichst klein zu hal­ ten, werden die schmalen Seiten im Vergleich zu den langen Seiten des rechteckigen Kolbenquerschnittes möglichst klein bemessen. Um eine möglichst kleine Reibung im Bereich der Flächen 11 und der Dichtleisten 10 zu erreichen, ist eine reibungsvermindernde Beschichtung, z. B. eine bekannte PTFE- Beschichtung möglich.

Es ist gegebenenfalls auch denkbar, den gesamten Kolben 2 aus Keramik herzustellen. In diesem Fall können die Dicht­ leisten 10 entfallen. Es ist ebenso denkbar auch den Zylin­ der 1 aus Keramik anzufertigen.

Die Fig. 4 bis 7 zeigen die Funktion der vorliegenden Kolben-/Zylinderanordnung am Beispiel eines Zweitaktmotors. Einzelheiten der Fig. 4 bis 7, die bereits im Zusammen­ hang mit den Fig. 1 bis 3 erläutert wurden, sind in der entsprechenden Weise bezeichnet. Das Bezugszeichen 6 be­ zeichnet einen Einlaßschlitz, der sich in der Zylinderwan­ dung des Zylinders 1 befindet. Dem Einlaßschlitz 6 ist ein Einspritzventil 6′ vorgeschaltet. Das Bezugszeichen 7 be­ zeichnet ein Auslaßventil, das sich beispielsweise am obe­ ren Ende des Zylinders 2 befindet. Es wird davon ausgegan­ gen, daß in der Fig. 4 die Zündung des in der Brennkammer 12 befindlichen, verdichteten Kraftstoff-Luft-Gemisches durch die Zündkerze 5 gerade erfolgt ist. Der Kolben 2 be­ wegt sich daher nach unten. Das Auslaßventil 7 ist durch eine entsprechende Nockensteuerung, die später noch näher erläutert werden wird, geschlossen. Das Einspritzventil 60 ist ebenfalls geschlossen. Wenn im Zustand der Fig. 5 die Verbrennung fast beendet ist, ist der Einspritzschlitz 6 durch den Kolben noch verschlossen. Das nockengesteuerte Auslaßventil 7 öffnet gerade, so daß bei der Freigabe des Einspritzschlitzes 6 (siehe Fig. 6) und der Öffnung des Einspritzventiles 6′ das in der Kammer 12 befindliche, ver­ brannte Gemisch durch das geöffnete Auslaßventil 7 entwei­ chen kann, während neues Gemisch über den Einlaßschlitz 6 in die Kammer 12 eingeführt wird. Gemäß Fig. 7 werden bei der nachfolgenden Aufwärtsbewegung des Kolbens 2 der Ein­ laßschlitz 6 durch den Kolben 2 geschlossen. Das nockenge­ steuerte Auslaßventil 7 ist ebenfalls geschlossen. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Brennkammer 12 wird daher bis zur Zündung (siehe wieder Fig. 4) verdichtet.

Im Zusammenhang mit den Fig. 8 bis 11 wird der Einsatz der vorliegenden Kolben-/Zylinderanordnung bei einem kur­ belkastengespülten Zweitaktmotor erläutert. Einzelheiten der Fig. 8 bis 11, die bereits im Zusammenhang mit den anderen Figuren erläutert wurden, sind in der entsprechen­ den Weise bezeichnet.

Das frische Kraftstoff-Luft-Gemisch wird über den Einlaß­ schlitz 6 fortlaufend in das Kurbelgehäuse 16 eingeführt. Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 2 wird dieses Kraft­ stoff-Luft-Gemisch im Kurbelgehäuse 16 vorverdichtet, so daß es bei der Freigabe des Überströmschlitzes 17′ am Ende eines Überströmkanales 17, der in bekannter Weise das Kur­ belgehäuse 16 über den Überströmschlitz 17′ mit der Brenn­ kammer 12 verbindet, in die Brennkammer 12 übertritt. Ein Ventil im Einlaßschlitz 6 kann entfallen, wenn diesem ein Verdichter vorgeschaltet ist, der den Druck des über den Einlaßschlitz 6 eingegebenen Kraftstoff-Luft-Gemisches so erhöht, daß er größer ist als der Druck in der Brennkammer 12.

Bei der Anordnung der Fig. 8 ist das nockengesteuerte Aus­ laßventil 7 geschlossen. Das in der Brennkammer 12 befind­ liche Kraftstoff-Luft-Gemisch wird gerade durch die Zünd­ kerze 5 gezündet. Der Kolben 2 bewegt sich nach unten, wo­ bei das im Kurbelgehäuse 16 befindliche Kraftstoff-Luft-Ge­ misch vorverdichtet wird. Bei der Anordnung der Fig. 9 ist der Überströmschlitz 17′ noch nicht durch den Kolben 2 für eine Verbindung zur Brennkammer 12 freigegeben. Das Auslaß­ ventil 7 ist ebenfalls geschlossen. Dagegen gibt der Kolben 2 bei der Anordnung der Fig. 10 die Verbindung zwischen dem Überströmschlitz 17′ und der Brennkammer 12 frei. Das Auslaßventil 7 ist geöffnet, so daß im Kurbelgehäuse 16 vorverdichtetes Kraftstoff-Luft-Gemisch über den Überström­ kanal 17 und den Überströmschlitz 17′ in die Brennkammer 12 gelangen kann. Dabei wird über das geöffnete Auslaßventil 7 das verbrannte Gemisch aus der Brennkammer 12 ausgestoßen. Bei der Anordnung der Fig. 11 wird die Verbindung zwischen dem Überströmschlitz 17′ und der Brennkammer 12 durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens 2 unterbrochen. Das Auslaßven­ til 7 ist geschlossen, so daß das in der Brennkammer 12 be­ findliche Kraftstoff-Luft-Gemisch verdichtet wird und an­ schließend gezündet werden kann. Der Zyklus beginnt dann wieder bei Fig. 8.

Es ist auch denkbar, anstelle des Einlaßschlitzes 6 einen entsprechenden Einlaßschlitz 6′′ vorzusehen, der direkt an das Kurbelgehäuse 16 führt, wie dies in der Fig. 8 durch unterbrochene Linien dargestellt ist. Dabei öffnet sich der Einlaßschlitz 6′′ unterhalb des unteren Totpunktes des Kol­ bens 2 in das Kurbelgehäuse 16. In diesem Fall kann ein Vorverdichter entfallen, da das eingeführte Kraftstoff- Luft-Gemisch nur im Kurbelgehäuse 16 vorverdichtet über den Überströmkanal 17 und den Überströmschlitz 17′ und nie di­ rekt in die Brennkammer 12 gelangen kann.

Es ist auch denkbar, bei den Ausführungsformen der Fig. 4 bis 7 und 8 bis 11 über den Einlaßschlitz 6 (bzw. 6′′) nur Luft zuzuführen und den Kraftstoff direkt über eine elektronische Einspritzung in die Brennkammer 12 einzufüh­ ren.

Im folgenden wird nun im Zusammenhang mit den Fig. 12 und 13 eine Steuerung des Auslaßventiles 7 direkt durch die Kurbelwelle 8 erläutert. Einzelheiten der Fig. 12 und 13, die bereits im Zusammenhang mit den anderen Figuren er­ läutert wurden, sind in der entsprechenden Weise bezeich­ net. Die Kurbelwelle 8 ist mit einer Nocke 20 versehen, an der ein Ventilstößel 21 des Auslaßventiles 7 anliegt. In der ersichtlichen Weise kann der Ventilstößel 21 durch eine ihn umgebende Schraubenfeder 22, die sich mit ihrem einen Ende vorzugsweise an einem Flansch 23 des Ventilstöß­ els 21 und mit ihrem anderen Ende vorzugsweise am Randbe­ reich einer Bohrung 24 des Zylindergehäuses abstützt, in der der Ventilstößel 21 gelagert ist, gegen die Nocke 20 gedrückt werden. Der eigentliche Ventilkörper 25 des Aus­ laßventiles 7 ist mit dem Ventilstößel 21 verbunden. Er befindet sich in einem in die Brennkammer 12 führenden Sei­ tenkanal 26 des Zylindergehäuses. Dieser Seitenkanal 26 öffnet sich über eine Öffnung 27 in den Auslaßkanal 28. Durch die Nocke 20 der Kurbelwelle 8 wird der Ventilkörper 25 gegen die Kraft der Feder 22 so angehoben, daß er die Öffnung 27 freigibt, so daß die Brennkammer 12 mit dem Aus­ laßkanal 28 verbunden ist. Wenn die Nocke 20 nicht am Ven­ tilstößsel 21 angreift, verschließt der Ventilkörper 25 die Öffnung 27, so daß die Verbindung zwischen der Brennkammer 12 und dem Auslaßkanal 28 unterbrochen ist.

Unter Bezug auf die Fig. 14 und 15 wird nun eine bevor­ zugte Steuerung für das Einspritzventil 6′ der Fig. 4 bis 7 näher erläutert. Das Einspritzventil 6′ weist dabei die Form eines in dem dem Einlaßschlitz 6 vorgelagerten Durchgang 61 angeordneten Drehschiebers 62 auf, der vor­ zugsweise über einen Zahnriemen von der Kurbelwelle im Ver­ hältnis 1 : 2 angetrieben wird, so daß sich der Drehschieber 62 mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle dreht. Der Dreh­ schieber 62 gibt daher den Durchgang 61 zum Einlaßschlitz 6 jeweils pro Kurbelwellenumdrehung einmal, nämlich bei dem Zustand der Fig. 6, frei. Er weist nämlich die Form eines sich im Durchgang 61 drehenden Stabes mit einem kreisförmi­ gen Querschnitt auf, wobei ein Teil des Querschnittes mit einer Abflachung versehen ist, die sich parallel zur Achse des Stabes in Längsrichtung desselben erstreckt.

Es wird darauf hingewiesen, daß die geradlinige Druckauf­ nahmefläche 13 des Kolbens 2 (siehe Fig. 1 und 2) im Hinblick auf den Wirkungsgrad der vorliegenden Kolben- /Zylinderanordnung von Bedeutung ist. Diese Druckaufnahme­ fläche 13 kann um so größer sein, je länger die Pleuel­ stange 3 ist, da sich mit der Länge der Pleuelstange 3 die Größe der Taumelbewegungen des Kolbens 2 im Zylinder 1 ver­ kleinern.

Im Zusammenhang mit den Fig. 16 bis 19 wird im folgenden noch die Anwendung der vorliegenden Kolben- /Zylinderanordnung bei einem Viertaktmotor erläutert. Gemäß Fig. 16 bewegt sich der Kolben 2 bei nockengesteuertem, geschlossenen Auslaßventil 31 im Zylinder nach unten, wobei das nockengesteuerte Einlaßventil 30 die Einlaßöffnung 6 freigibt, über die frisches Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Brennkammer 12 eingesaugt wird. Bei geschlossenem Einlaß- und Auslaßventilen 30, 31 verdichtet der sich nach oben be­ wegende Kolben 12 das Gemisch in der Brennkammer 12 (Fig. 17). Bei geschlossenen Ventilen 30, 31 und Zündung treibt der Druck des entstehenden Gases den Kolben 2 nach unten (Figur 18). Bei geöffnetem Auslaßventil 31 schiebt der sich nach oben bewegende Kolben 2 die verbrannten Gase durch die Auslaßöffnung 7 aus der Brennkammer 12 (Fig. 19).

Im folgenden wird im Zusammenhang mit den Fig. 20 bis 22 eine weitere Ausführungsform beschrieben, bei der der Kol­ ben 2 im Bereich der Flächen 11′, an denen er die Innenwan­ dung des Zylinders 1 berührt, kugelförmig ausgebildet ist und daher kreisförmige Querschnitte aufweist. Entsprechend weist der Zylinder 1 ebenfalls einen kreisförmigen Quer­ schnitt auf. Ansonsten entspricht die Kolben- /Zylinderanordnung, von den Dichtungselementen abgesehen, der im Zusammenhang mit der Fig. 1 beschriebenen Kolben- /Zylinderanordnung. Der Fig. 1 entsprechende Einzelheiten sind daher mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Das Dichtelement weist eine in der Umfangsrichtung der Kugel­ fläche 11′ verlaufende Umfangsnut 10′ auf, in der ein, vor­ zugsweise jedoch zwei Kolbenringe 40, 41 in axialer Rich­ tung nebeneinander angeordnet sind. Dabei kann die Umfangs­ nut 10′ für jeden Kolbenring 40, 41 als Drehsicherung einen Anschlag 42, 43 in der Form einer in eine entsprechende Ausnehmung des Kolbenringes 40 bzw. 41 ragenden Nase oder dergl. aufweisen. Vorzugsweise liegen sich die Nasen 42, 43 in der Durchmesserrichtung diametral gegenüber, wobei die eine Nase 43 in axialer Richtung gesehen an die eine Seite der Umfangsnut 10′ und die andere Nase 42 an die andere Seite angesetzt ist. Fig. 21 zeigt einen Schnitt entlang der Linie XXI-XXI der Fig. 20. Die Fig. 22 zeigt einen Schnitt entlang der Linie XXII-XXII der Fig. 20.

Der Vorteil eines kugelförmig ausgebildeten Kolbens 2 be­ steht darin, daß der Zylinder 1 in einer herkömmlichen Weise, z. B. durch Drehen oder Gießen, hergestellt werden kann, daß der Zylinderblock und der Zylinderkopf einteilig ausgebildet sein können und daß das Kolbenpleuel mit einer leicht abgeänderten, klassischen Kolbendrehmaschine herge­ stellt werden kann. Auch können herkömmliche Dichtungsringe verwendet werden.

Im folgenden wird im Zusammenhang mit den Fig. 23 bis 27 die Arbeitsweise einer Anordnung mit Abgasrückführung näher erläutert. Mit dem unteren Ende des Zylinders 1 ist ein Kurbelgehäuse 16′ verbunden. In der Wandung des Zylinders 1 befindet sich wenigstens ein Einlaßschlitz 44, der über einen Durchgang 46 mit dem Kurbelgehäuse 16′ verbunden ist. Der Auslaßschlitz 45 des Zylinders 1 ist mit einer zum Aus­ puff führenden Leitung verbunden. Wie dies insbesondere aus der Fig. 27 ersichtlich ist, können neben dem Einlaß­ schlitz 44 über den Umfang verteilt noch weitere Einlaß­ schlitze 47, 49 vorgesehen sein. Der nach unten in das Kur­ belgehäuse 16′ führende Kanal 46 ist vom Zylinder 1 durch die Wandung 48 getrennt. Frischluft gelangt über einen nicht näher dargestellten Zugang vorverdichtet in das Kur­ belgehäuse.

Beim Ansaugen (Fig. 23) befindet sich der Kolben 2 in sei­ ner untersten Stellung und wird nach oben bewegt. Dabei wird durch den Kanal 46 Frischluft (durchgehende Linien) aus dem Kurbelgehäuse 16′ in die Brennkammer 12′ über die Einlaßschlitze 44, 47, 49 eingeführt. Gleichzeitig werden bei diesem Kolbenhub aus der Brennkammer 12′ verbrannte Gase (unterbrochene Linien) durch den Auslaßschlitz 45 ab­ geführt.

Bei der weiteren Aufwärtsbewegung des Kolbens 2 (Fig. 24) werden die Einlaßschlitze 44, 47, 49 und der Auslaßschlitz 45 abgedichtet, so daß in der Brennkammer 12′ die Verdich­ tung erfolgt. Nach der Zündung gemäß Fig. 25 durch eine nicht näher dargestellte Zündkerze bewegt sich der Kolben 2 wieder nach unten. Falls der Abgasgegendruck am Auslaß­ schlitz 45 größer eingestellt wird als der Druck im Kurbel­ gehäuse 16′ werden Abgase in das Kurbelgehäuse 16′ zurück­ geführt. Dies führt dazu, daß dort Kohlenmonoxid mit Frischluft zu unschädlichem Kohlendioxid reagieren kann. Frischluft kann hierzu auch dem Auslaßschlitz 45 zugeführt werden. Gemäß Fig. 26 werden dann die Einlaßschlitze 44, 47, 49 und der Auslaßschlitz 45 verschlossen. Danach werden die Einlaßschlitze 44, 47, 49 bei einer weiteren Abwärtsbe­ wegung des Kolbens 2 wieder geöffnet und es kann Frischluft und gegebenenfalls Abgas aus dem Kurbelgehäuse 16′ durch die Einlaßschlitze 44, 47, 49 in die Brennkammer 12′ gelan­ gen (Fig. 23). Nach dem Erreichen des unteren Totpunktes beginnt das Arbeitsspiel von neuem. Dadurch, daß im Bereich des oberen Totpunktes des Kolbens 2, wie oben beschrieben, Abgase durch den Auslaßschlitz 45 wieder in das Kurbelge­ häuse 16′ eingebracht werden können, können diese Abgase, nachfolgend erneut aus dem Kurbelgehäuse 16′ zusammen mit Frischluft in die Brennkammer 12′ des Zylinders 1 geleitet werden, so daß eine bessere Abgasverbrennung erfolgt.

Gemäß Fig. 28 kann der Brennraum 12′′ dadurch verbessert werden, daß er sich in der dem Zylinderende zugewandten Fläche des Kolbens 2 in der Form einer Aussparung 50 befin­ den, die vorzugsweise halbkugelförmig ausgebildet ist oder einem Kugelabschnitt entspricht. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, daß die bei der Zündung auftretenden Kräfte völlig gleichmäßig auf den Kolben 2 übertragen werden. Der Druck auf den Kolben 2 wird infolge der Kugelfläche relativ klein gehalten. Um die Taumelbewegungen am Zylinderende zu ermöglichen, wird der Zylinder an seinem Ende vorzugsweise mit Abrundungen versehen, die diese Bewegungen ermöglichen.

Schließlich wird im Zusammenhang mit der Fig. 29 darauf hingewiesen, daß mit der Hilfe der vorliegenden Kolben- /Zylinderanordnungen auch ein sogenannter Sternmotor auf­ baubar ist. Es sind dabei in an sich bekannter Weise die Kolben-/Zylinderanordnungen 54, 53 sternförmig um ein ge­ meinsames Kurbelgehäuse 51 herum angeordnet. Die Enden der Pleuelstangen 3 sind mit einem Kurbelwellenzapfen 52 der Kurbelwelle 55 verbunden. Eine solche Anordnung eignet sich insbesondere als Stromgenerator.

Es wird darauf hingewiesen, daß der Taumelwinkel der vor­ liegenden Kolben-/Zylinderanordnung bei gleichem Hub klei­ ner wird, je größer die Pleuellänge ist. Dies bedeutet, daß der Lauf bei großer Pleuellänge wesentlich ruhiger wird. Außerdem werden bei größeren Pleuellängen die zwischen Kol­ ben- und Zylinderwand wirkenden Seitenkräfte kleiner.

Claims (33)

1. Kolben-/Zylinderanordnung für eine Brennkraftma­ schine mit einem in einem Zylinder (1) angeordneten Kolben (2), der mit einer Kurbelwelle (8) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (1) und der Kolben (2) je­ weils einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, daß der Kolben (2) an zwei sich gegenüberliegenden Seiten kreisbo­ genförmige Flächen (11) aufweist, wobei der Mittelpunkt der von diesen Flächen umschriebenen Kreisbögen auf der Längsachse des Kolbens (2) liegt, und daß der Kolben (2) an den anderen beiden, sich gegenüberliegenden Seiten ebene Fläche aufweist.

2. Anordnung für eine Brennkraftmaschine mit einem in einem Zylinder (1) angeordneten Kolben (2), der mit einer Kurbelwelle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (1) einen kreisförmigen Querschnitt besitzt und daß der Kolben im Bereich der Flächen (11′), an denen er die Innenwandung des Zylinders (1) berührt, kugelförmig ausgebildet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte des Zylinders (1) und des Kolbens (2) einem Rechteck entsprechen, dessen eine Seiten länger sind als seine anderen Seiten, daß der Kolben (2) mit den kreis­ bogenförmigen Flächen (11) an den Wandungen der kürzeren Seiten des Querschnittes des Zylinders (1) anliegt und daß die ebenen Flächen des Kolbens (2) den Wandungen der länge­ ren Seiten des Querschnittes des Zylinders (1) zugeordnet sind.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß an den Kolben (2) einstückig eine Pleuelstange (3) angeformt ist, die an einem Anlenkpunkt (9) mit der Kurbelwelle (8) verbunden ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Anlenkpunkt (9) auf der Längsachse des Kolbens (2) liegt.

6. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisbogenförmi­ gen Flächen (11) mit einem Dichtmaterial (14) belegt sind.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtmaterial (14) durch eine Keramikbeschichtung gebildet ist.

8. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den ebenen Flächen Dichteinrichtungen vorgesehen sind, die eine Abdichtung zwischen den ebenen Flächen und den entsprechenden Wandun­ gen des Zylinders (1) bewirken.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichteinrichtungen die Form von zwei gegenüberlie­ genden, geradlinigen Dichtleisten (10) aufweisen.

10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtleisten senkrecht zur Längsachse des Kolbens (2) und durch den Mittelpunkt der kreisbogenförmigen Flä­ chen (11) verlaufen.

11. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dichtleisten (10) in Schlitzen (15) des Kolbens (2) angeordnet sind und durch Energiespeicher (16) gegen die Wandungen des Zylinders (2) gedrückt werden.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß jede Dichtleiste (10) als Energiespeicher eine C- förmige Feder (16) aufweist, deren eines Ende an einer Seite der Dichtleiste (10) befestigt ist und deren anderes Ende gegen die gegenüberliegende Dichtleiste (10) federnd drückt.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die Federn (16) in einem Raum (25) des Kolbens (2) angeordnet sind, der mit den Schlitzen (15) in Verbindung steht.

14. Anordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Federn (16) und die Dichtleisten (10) einstückig ausgebildet sind.

15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich­ net, daß die Federn (16) und die Dichtleisten (10) aus Guß bestehen.

16. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kolben (2) aus einem Keramik­ material besteht.

17. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kolben (2) und die einteilig angeformte Pleuelstange (3) aus Keramikmaterial bestehen.

18. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kolben (2) eine der durch den Kolben (2) und den Zylinder (1) gebildeten Brennkammer (12) zugewandte Druckaufnahmefläche (13) aufweist, die senkrecht zu der Längsachse des Kolbens (2) verläuft und die kreisbo­ genförmigen Flächen (11) bzw. die kugelförmige Fläche (11′) schneidet.

19. Anordnung nach Anspruch 2 oder einem der Ansprüche 4, 5, 16, 17, 18 in Verbindung mit Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß er im Bereich der kugelförmigen Fläche eine in einer Ebene quer zur Längsachse des Kolbens (2) verlaufende Umfangsnut (10′) aufweist, in der ein Dichtele­ ment (40, 41) angeordnet ist.

20. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement ein Dichtungsring ist.

21. Anordnung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Umfangsnut (10′) übereinander zwei Dichtungsringe (40, 41) angeordnet sind.

22. Anordnung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der oder die Dichtungsringe (40, 41) eine Aussparung aufweisen, in die als Drehsicherung eine in die Nut (10′) ragende Nase (42, 43) des Kolbens eingreift.

23. Anordnung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kolben (2) in seiner dem Zy­ linder (1) zugewandten Fläche eine als Brennkammer (12′′) dienende oder eine die Brennkammer (12′) vergrößernde Aus­ sparung aufweist.

24. Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung die Form eines Kugelabschnittes auf­ weist.

25. Anordnung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung halbkugelförmig ausgebildet ist.

26. Anordnung nach einem der Ansprüche 19 bis 25, da­ durch gekennzeichnet, daß das obere Ende des Zylinders (1) zur Zulassung der Taumelbewegungen des Kolbens (2) abgerun­ det ist.

27. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, da­ durch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine eine Zweitaktmaschine ist, daß die Brennkammer (12) ein Auslaß­ ventil (7) und einen Einlaßschlitz (6) in der Wandung des Zylinders (1) aufweist und daß eine kreisbogenförmige Flä­ che (11) oder die kugelförmige Fläche (11′) des Kolbens (2) während einer Umdrehung der Kurbelwelle (8) in einem ersten Zustand eine Verbindung zwischen dem Einlaßschlitz (6) und der Brennkammer (12) herstellt, so daß dann ein dem Einlaß­ schlitz (6) vorgeschaltetes Einspritzventil (6′) öffenbar ist, und in einem zweiten Zustand die Verbindung zwischen dem Einlaßschlitz (6) und der Brennkammer (12) unterbricht.

28. Anordnung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeich­ net, daß das Auslaßventil (7) direkt durch die Kurbelwelle (8) dadurch steuerbar ist, daß eine Nocke (20) der Kurbel­ welle (8) über einen Ventilstößel (21) einem eine Öffnung (27) verschließenden bzw. freigebenden Ventilkörper (25) steuert, und daß die Öffnung (27) einen Zugang zur Brenn­ kammer (12) bildet.

29. Anordnung nach einem der Ansprüche 27 oder 28, da­ durch gekennzeichnet, daß das Einspritzventil ein durch die Kurbelwelle im Verhältnis 1:2 angetriebener Drehschieber (62) in einem dem Einlaßschlitz (6) vorgeschalteten Durch­ gang (61) ist.

30. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, da­ durch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine eine kur­ belkastengespülte Zweitaktmaschine ist, daß die Brennkammer (12, 12′) wenigstens einen Auslaß (7, 45) und einen mit dem Kurbelkasten (16, 16′) in Verbindung stehenden Überström­ schlitz (17′, 44) aufweist, und daß der Überströmschlitz (17′, 44) und der Auslaß (7, 45) durch eine kreisbogenför­ mige Fläche (11) oder die kugelförmige Fläche (11′) des Kolbens (2) selektiv freigegeben bzw. verschlossen werden.

31. Anordnung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß in einer unteren Lage des Kolbens (2) bei Freigabe des Überströmschlitzes (17′, 44) zur Brennkammer (12, 12′) die andere kreisbogenförmige Fläche (11′) oder die kugelförmige Fläche (11′) den Auslaß (7, 45) zur Brennkammer (12, 12′) freigibt und beim Anheben des Kolbens (2) bei Verschließen des Überströmschlitzes (17′, 44) die andere kreisbogenför­ mige Fläche (11) oder die kugelförmige Fläche (11′) den Auslaß (7, 45) verschließt und daß in der obersten Lage des Kolbens (2) der Überströmschlitz (17′, 44) und der Auslaß (7, 45) zum Kurbelgehäuse (16, 16′) freigegeben sind.

32. Anordnung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeich­ net, daß während einer Kurbelwellenumdrehung in einem er­ sten Zustand eine kreisbogenförmige Fläche (11) oder die kugelförmige Fläche (11′) des Kolbens (2) die Verbindung zwischen dem Einlaßschlitz (6) und dem Kurbelkasten (16, 16′) herstellt und die Verbindung zwischen dem Einlaß­ schlitz (6) und der Brennkammer (12, 12′) unterbricht, wäh­ rend die andere kreisbogenförmige Fläche (11) oder die ku­ gelförmige Fläche (11′) des Kolbens (2) die Verbindung zwi­ schen dem Überströmschlitz (17′, 44) und der Brennkammer (12) unterbricht, und in einem zweiten Zustand die eine kreisbogenförmige Fläche (11) oder die kugelförmige Fläche (11′) die Verbindung zwischen dem Einlaßschlitz (6) und der Brennkammer (12) herstellt und die Verbindung zwischen dem Einlaßschlitz (6) und dem Kurbelkasten (16) unterbricht, während die andere kreisbogenförmige Fläche (11) die Ver­ bindung zwischen dem Überströmschlitz (17′, 44) und der Brennkammer (12, 12′) herstellt.

33. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 32, da­ durch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine eine Vier­ taktmaschine oder ein Sternmotor ist.