DE4324097A1 - Viertakt-Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor zum An­ trieb von Fahrzeugen, Maschinen oder Aggregaten. Bekannt sind verschiedene Ausführungsarten, die sich nach Art ihrer Kolbenbewegung in Kreiskolben- oder Hubkolben­ motoren unterscheiden.

Hubkolbenmotoren werden in verschiedenen Bauformen herge­ stellt. Sie unterscheiden sich:

• - Nach Lage der Zylinderachsen: stehend, liegend, hängend
• - Nach Lage der Zylinderanordnung: Einzylinder, Einreihen­ motor
• - Mehrzylinder und Mehrreihenmotore: V-Motor, V-Reihenmo­ tor , H-Motor, H-Reihen­ motor , Boxer-Motor, Boxer-Reihenmotor, Stern-Motor, Stern-Rei­ henmotor
• - Nach Art der Steueranordnung: oben, unten, seitengesteuert
• - Nach Arbeitsverfahren: Zweitakt-, Viertaktmotor

Recherchen: Fachwissen des Ingenieurs Band 4 Seiten 9-97 VEB Fachbuchverlag Leipzig 1987.

Es wird von den Verbrennungsmotoren erwartet, daß sie zuver­ lässig arbeiten, wirtschaftlich sind und einen hohen Wirkungs­ grad aufweisen.

Bekannte Verbrennungsmotoren werden dieser Aufgabe in unter­ schiedlicher Weise gerecht.

Die Leistung der Hubkolbenmotore resultiert aus der Einwir­ kung expandierender Gase auf einen Kolben, der in direkter Übertragungsweise auf Pleuel und Kurbelwelle einwirkt, wobei unter anderem eine Kippneigung des Kolbens eine Reibung er­ zeugt, die Reibungswärme und Verschleiß an Kolben und Zylin­ derwand entstehen läßt.

Die Steuerung der Viertakt Verbrennungsmotore ist durch ver­ schiedene Übertragungselemente , wie Steuerketten , Stößelstangen und Kipphebel gekennzeichnet, die aufwendige Gehäuselagerungen erfordern und ebenfalls einen Verschleiß unterliegen.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen wirtschaftlich­ en Verbrennungsmotor mit hohem Wirkungsgrad auszubilden, Rei­ bungsverluste zu vermindern, die Steuerung zu vereinfachen und in direkter Weise zu beeinflussen.

Diesen Anforderungen wird dieser Verbrennungsmotor in folgen­ der Weise gerecht:

Durch Patentanspruch 4 bildet die Anordnung des Hubzapfens auf der Kolbenwelle einen einseitigen Hebel, der sich dadurch kenn­ zeichnet, daß eine Pendelbewegung der Kolbenwelle gleichfalls einen Pendelhub des Hubzapfens verursacht, der durch das Hebel­ gesetz ein vergleichsweise höheres Energiepotential auf Pleuel und Kurbelwelle überleitet und somit ein besseres Drehmoment und höhere Leistungen erzeugt.

Eine Reibungsfreiheit der Kolben wird durch Patentanspruch 1, 4.1. begründet.

Da sich das Kolbenpaar fest auf der Kolbenwelle anordnet, die auf einer Drehachse beweglich gelagert ist, ergibt sich eine zwangsweise auf diese Drehachse bezogene Pendelbewe­ gung der Kolben, die sich in Spielpassung zu einem 270° kreis­ bogenförmigen Hohlzylinder befinden, dessen äußerer und innerer Radius ebenfalls dieser Drehachse entspringt, wodurch sich die Kolben kippfrei und berührungsfrei bewegen lassen.

Eine Reibung erfolgt lediglich an Kolben- und Ölabstreifringen, an den Kolbenwellenringen und an den kurzen Dicht- und Ölab­ streifstegen.

Der vereinfachte Steuerungsaufbau resultiert aus Patentanspruch 6, 6.1.

Der Antrieb der Steuerwelle erfolgt lediglich durch ein Zahnrad­ paar,wobei die Ventile der beiden Verbrennungsräume direkt von den Nocken der Steuerwelle bewegt werden.

Eine weitere Ausgestaltung dieses Verbrennungsmotores ergibt sich aus seiner baulichen Ausführung.

Die Funktion einer Pendelbewegung der Kolben (A, B) und der Kolben­ welle (6) wird durch Patentanspruch 4.1. gekennzeichnet.

Die Kolbenbewegungen erfolgen in einem (Patentanspruch 2) 270° kreisbogenförmigen Hohlzylinder (4), wobei (Patentanspruch 5) zwei in einem Zylinder gegenständige Verbrennungsräume (R, L) entste­ hen, dessen Arbeitsweise in bekannten Viertaktverfahren gesteuert wird (Tabelle).

Um das Bauteil Kolbenwelle (6) mit den fest angeordneten Kolben (A, B) in (Patentanspruch 3) Quereinbaurichtung in den Zylinder (4) einzufügen bzw. die Kolbenwelle (6) anderseitig zu lagern, ist (Patentanspruch 2.2) die innere Peripherie spaltförmig ausgebildet (22) und die (Patentanspruch 2.3.) äußere Peripherie teilbar, das heißt, der Zylinder (4) besteht im Längsschnitt aus zwei wieder fest verbindbaren im Gehäuseaufbau enthaltenen abdichtbaren Halbschalen.

Pleuel und Kurbelwelle ordnen sich funktionsbedingt druckfrei im geschlossenen Gehäuse an.

Die Schmierung der Kolben erfolgt durch ein dosiertes, weitwink­ liges Einspritzen von Öl (1), durch den Lüftungskanal (2) des Zy­ linders (4), wobei eventuell überschüssiges Öl durch die Kolben­ bewegung verursachte Luftwirbelung wieder aus dem Lüftungskanal (2) austreten und durch diesen wieder dem Öldepot, das sich im Bereich der Steuerwelle befindet, zulaufen kann. Spritzumlaufschmierung erfolgt an Kurbelwelle (13), Pleuel (8) und Lagerungen (21), sowie am unteren offenen Bereich der Kolbenwel­ le (6), die durch Anordnung eines Spitzzapfens auf der Steuerwel­ le (16) erreicht wird.

Druckölschmierung wird an den Wellenringen (9), die analog den Kolbenringen aufgebaut und nach außen vorgespannt sind, sowie der Kolbenwellenlagerung (21) eingesetzt.

Die Besonderheit des Kühlungssystems besteht darin, daß (Patentan­ spruch 1.1.) der Hohlraum der Kolbenwelle (6) in das Kühlsystem mit einbezogen wird, wodurch auch im zentralen Bereich des Motors die Wärmeenergie abgeleitet werden kann, gleichzeitig werden durch diese Bauform Massenkräfte verkleinert, wodurch der Wirkungsgrad günstig beeinflußt wird.

Auch wenn durch die Herstellung von Kolben (A, B) mit Kolbenwel­ le (6) und Zylinder (4) höhere Aufwendungen erfordern, wird dieser Motor doch durch seine hohe Wirtschaftlichkeit während der Be­ triebszeit gekennzeichnet, die sich dadurch auszeichnet, daß der Motor verschleißarm und zuverlässig arbeitet und durch seinen hohen Wirkungsgrad weniger Kraftstoff verbraucht und so die Umwelt durch weniger Abgase belastet.

Tabelle

Arbeitsweise des Viertaktmotors

Bezugszeichenliste

 1 Öleinspritzdüse
 2 Lüftungskanal
 3 Ölabstreifring analog A
 4 270° kreisbogenförmiger Hohlzylinder
 5 Kolbenringe analog A
 6 Kolbenwelle
 7 Hubzapfen
 8 Pleuel
 9 Kolbenwellenring
10 Dichtsteg analog links
11 Ölabstreifsteg analog links
12 Einlaßventil, Auslaßventil verdeckt, analog links
13 Kurbelzapfen
14 Zündkerze analog links
15 Antriebswelle
16 Steuerwelle
17 Einlaßkanal analog links
18 Auslaßkanal analog links
19 Stirnzahnradpaar
20 Nocken
21 Lager analog
22 spaltförmige Öffnung
A Kolben links
B Kolben rechts
C geometrische Achse
L Verbrennungsraum links
R Verbrennungsraum rechts
M Drehachse

Claims (1)

1. Viertakt Verbrennungsmotor zur Erzeugung mechanischer Antriebsenergie durch Zündung eines Brenngases in zwei Verbrennungsräumen, wodurch eine Bewegung zweier Kolben verursacht wird, dessen Bewegungsenergie über ein Pleuel und eine drehbar gelagerte Kurbelwelle übertragen wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

   • 1. Zentrales Bauteil bestehend aus einer beweglich ge­ lagerten Kolbenwelle (6) mit zwei fest angeordneten Kolben (A, B), wobei sich die Kolbenflächen in der zen­ tralen Schnittebene der Kolbenwelle (6) symmetrisch an diese anordnen, wobei
     1.1. die Kolbenwelle (6) in zentraler Längsrichtung mit ei­ ner Grundbohrung versehen ist.
   • 2. Bestehend aus einem 270° kreisbogenförmigen Hohlzy­ linder (4)
     2.1. der an seiner äußeren radialen Peripherie teilbar und
     2.2. an seiner inneren radialen Peripherie (22) spaltförmig geöffnet ist und
     2.3. dessen Abschlüsse jeweils ein Zylinderboden bildet, mit den Passungen der jeweils paarweise angeordneten Ein- und Auslaßventile (12), den jeweils zugeordneten Ein- und Auslaßkanälen (17, 18) unter den Zylinderböden und jeweils einer Zündkerze (14) an den äußeren Endpunkten des Zy­ linders (4) , wobei
   • 3. die Kolbenwelle (6) in Quereinbaurichtung an die spalt­ förmige innere Peripherie (22) des 270° kreisbogenför­ migen Hohlzylinders (4) eingefügt wird.
   • 4. Der Hubzapfen (7) ist auf dem geschlossenen Ende der Kol­ benwelle (6) fest angeordnet und bildet in dieser Form einen einseitigen Hebel, wobei der Weg von der Drehachse (M ) der Kolbenwelle (6) zu den Kolbenflächen den Kraft­ arm und der Weg von der Drehachse (M) der Kolbenwelle (6) zum Hubzapfen (7) den Lastarm kennzeichnet.
   • 4.1. Die präzise Anordnung des Hubzapfens (7) auf der geschlos­ senen Seite der Kolbenwelle (6) mit den Abstandsmaßen Kur­ belzapfen (13) - Antriebswelle (15), dessen Umlauf und der Anordnung der Antriebswelle (15) auf der Achse (C), über das Pleul, die oberen und unteren Totpunkte (OT1-2, UT1-2) be­ stimmt und eine Pendelbewegung der Kolben (A, B) mit der Kolbenwelle (6) um Drehachse (M) verursacht wird, wobei
   • 5. durch die Pendelbewegung der Kolben (A, B) um einen 270° kreisbogenförmigen Hohlzylinder (4) vor den Zylinderböden zwei gegenständige, verdichtbare Verbrennungsräume (L, R) ausgebildet werden
   • 6. Die Steuerwelle (16) ordnet sich im Schnittpunkt der ver­ längerten Ventilachsen der rechten und linken Seite (L , R) auf der Achse (C) an und wird
     6.1 mittels eines Zahnradpaares (19) im Untersetzungsverhält­ nis von 2 : 1 direkt von der Antriebswelle (15) angetrieben.