DE4326463A1

DE4326463A1 - Four-stroke internal combustion engine

Info

Publication number: DE4326463A1
Application number: DE4326463A
Authority: DE
Inventors: Manfred Foedisch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-08-06
Filing date: 1993-08-06
Publication date: 1995-02-09
Also published as: EP0637677B1; EP0637677A1; JPH07158464A; KR950006214A; DE59404261D1; JP3677058B2; KR100313162B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Viertakt-Verbren nungsmotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to four-stroke combustion Mung motor according to the preamble of claim 1.

Viertakt-Verbrennungsmotoren der Hubkolbenbauart haben be kanntlich einen hohen Entwicklungsstand erreicht. Dennoch sind sie mit dem grundsätzlichen Nachteil behaftet, daß die hin- und hergehende Hubbewegung des Kolbens über einen Kur beltrieb auf die Antriebswelle übertragen werden muß. Der Kurbeltrieb macht den Hubkolbenmotor aufwendig, schwer und platzraubend, was sich letztlich auch im Materialeinsatz und im Kraftstoffverbrauch niederschlägt.Four-stroke internal combustion engines of the reciprocating type have known to have reached a high level of development. Yet they have the basic disadvantage that the reciprocating stroke movement of the piston via a cure drive must be transferred to the drive shaft. Of the Crank drive makes the reciprocating engine complex, heavy and space-consuming, which is ultimately also in the use of materials and reflected in fuel consumption.

Viertakt-Verbrennungsmotoren der Rotations- bzw. Kreiskol benbauart benötigen keinen Kurbeltrieb, da die Drehbewegung des Kreiskolbens unmittelbar in Wellenleistung umgewandelt werden kann. Der Erfolg des Kreiskolbenmotors in der Praxis ist jedoch wegen anderer Nachteile wie z. B. Dichtungspro bleme, dreifachen Ladungswechsels mit hohem Treibstoffver brauch während einer Kolbenumdrehung u. a. vergleichsweise gering.Four-stroke internal combustion engines of the rotary or rotary piston benbauart do not need a crank mechanism because the rotary movement of the rotary piston is directly converted into shaft power can be. The success of the rotary piston engine in practice is however due to other disadvantages such. B. sealing pro bad, triple charge changes with high fuel consumption need during a piston revolution u. a. comparatively low.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen nach einem neuartigen Prinzip arbeitenden Viertakt-Verbren nungsmotor zu schaffen, der sich durch konstruktive Einfach heit, niedriges Gewicht und geringen Kraftstoffverbrauch auszeichnet.The present invention has for its object a Four-stroke combustion based on a new principle to create an engine that is characterized by its simple design unit, low weight and low fuel consumption distinguished.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Viertakt-Verbrennungsmotor der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung er findungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben im Zy linder axial und drehbeweglich gelagert ist und zwischen Kolben und Zylinder eine wellenförmig gewundene Zwangsfüh rung vorgesehen ist, die dem Kolben bei einer Umdrehung von 360° vier axiale Hubbewegungen für die vier Arbeitstakte aufprägt, daß der Zylinder und der Kolben in ihren Umfangs wänden angrenzend an ihren einander benachbarten Stirnflä chen je eine Brennkammerhälfte aufweisen, die sich zum Zeit punkt der Zündung des Brenngases zu einer Brennkammer ergän zen, so daß in der Brennkammer expandierendes Brenngas ein Drehmoment auf den Kolben ausübt, und daß am Kolben ein ko axial angeordneter Wellenschaft zum Ableiten der vom Kolben ausgeführten Drehbewegung vorgesehen ist.A four-stroke internal combustion engine is the solution to this problem the genus specified in the preamble of claim 1 according to the invention, characterized in that the piston in the Zy Linder is axially and rotatably mounted and between Piston and cylinder have a wavy, twisted feel tion is provided, which the piston at a revolution of 360 ° four axial strokes for the four work cycles imprints that the cylinder and the piston in their circumference walls adjacent to their adjacent end faces Chen each have a combustion chamber half, which is currently Add the point of ignition of the fuel gas to a combustion chamber zen, so that expanding fuel gas in the combustion chamber Exerts torque on the piston, and that on the piston a ko axially arranged shaft shaft for deriving the from the piston executed rotary movement is provided.

Aus der DE-PS 1 21 720 und der DE-PS 7 25 885 sind bereits Kraftmaschinen in Form von Dampfmaschinen bekannt, bei denen der Kolben aufgrund einer Zwangsführung gleichzeitig eine Dreh- und Hubbewegung ausführt. Bei diesen Kraftmaschinen ist die Zwangsführung jedoch so ausgebildet, daß der Kolben bei einer Umdrehung von 360° lediglich zwei Hubbewegungen ausführt. Aus diesem Grund wie auch aus weiteren Gründen sind daher die dort gezeigten Maschinen nicht als Viertakt- Verbrennungsmotor geeignet.From DE-PS 1 21 720 and DE-PS 7 25 885 are already Engines known in the form of steam engines in which because of a positive guidance, the piston also has one Performs rotating and lifting movements. With these engines However, the positive guidance is designed so that the piston with a rotation of 360 ° only two strokes executes. For this reason as well as for other reasons the machines shown there are therefore not four-stroke Internal combustion engine suitable.

Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Viertakt-Verbrennungs motor führt der Kolben während einer Umdrehung von 360° vier Hubbewegungen für die vier Arbeitstakte Ansaugen - Verdich ten - Expandieren (Arbeiten) - Ausstoßen aus. Von dem sich drehenden Kolben kann unmittelbar die vom Motor erzeugte Wellenleistung abgenommen werden. Die in den Umfangswänden von Zylinder und Kolben gebildeten, sich zu einer Brennkam mer ergänzenden Brennkammerhälften stellen sicher, daß das expandierende Brenngas während des Arbeitstaktes Expandieren unmittelbar ein Drehmoment auf den Umfang des Kolbens aus übt. Die auf den Kolben ausgeübten Drehkräfte sind daher wesentlich größer als die auf den Kolben ausgeübten axialen Kräfte. In the four-stroke combustion designed according to the invention motor drives the piston four times during a rotation of 360 ° Stroke movements for the four work cycles suction - compression ten - expand (work) - expel. Of which itself rotating pistons can directly be those generated by the engine Shaft power can be removed. The in the peripheral walls formed by cylinders and pistons, to a Brennam complementary combustion chamber halves ensure that the expanding fuel gas during the work cycle immediately a torque on the circumference of the piston practices. The torsional forces exerted on the piston are therefore much larger than the axial on the piston Powers.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Viertakt-Verbrennungsmotor vereinigt gewissermaßen die Vorzüge von Hubkolbenmotor und Kreiskolbenmotor. Da ein Kurbeltrieb nicht erforderlich ist, ist er von einfacher Bauart und vergleichsweise geringem Gewicht. Da die von dem expandierenden Brenngas ausgeübten Kräfte in erster Linie in Umfangsrichtung wirken und am äußeren Umfang des Kolbens angreifen, arbeitet der Motor mit hohem Wirkungsgrad, was sich in einem entsprechend geringen Kraftstoffverbrauch niederschlägt. Dies wird begünstigt durch eine gute Verwirbelung des Brenngases im Hubraum, die in erster Linie durch die Drehbewegung des Kolbens herbei geführt wird. Wegen des einfachen konstruktiven Aufbaues ist die Störanfälligkeit gering, so daß der Motor eine hohe Le bensdauer besitzt.The four-stroke internal combustion engine designed according to the invention combines the advantages of the reciprocating engine and Rotary piston engine. Since a crank mechanism is not necessary, it is of simple construction and comparatively small Weight. Because those exerted by the expanding fuel gas Forces act primarily in the circumferential direction and on attack the outer circumference of the piston, the engine works with high efficiency, which translates into a correspondingly low Fuel consumption. This is favored through a good swirling of the fuel gas in the displacement, the primarily due to the rotary motion of the piston to be led. Because of the simple construction the susceptibility to failure is low, so that the motor has a high Le owns life.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der am Kolben vorgesehene Wellenschaft zum Ausgleich der Hubbewegung und zum Übertragen der Drehbewegung des Kolbens axial beweglich und drehfest in einer Antriebswelle gelagert ist, die im Zylinder drehbar und axial feststehend gelagert ist. Die Antriebswelle empfängt somit unmittelbar das vom Motor erzeugte Drehmoment.In a further embodiment of the invention it is provided that the shaft provided on the piston to compensate for the Stroke movement and for transmitting the rotary movement of the piston axially movable and rotatably mounted in a drive shaft is rotatably and axially fixed in the cylinder is. The drive shaft thus receives directly from the Engine generated torque.

Vorzugsweise besteht die Ventileinrichtung aus einem Ventil flansch mit einem den Ventilflansch durchdringenden Ventil schlitz, der in der Stirnwand des Zylinders drehbar gelagert ist und mit dem Kolben umläuft, so daß der Ventilflansch mit dem Ventilschlitz die Einlaß- und Auslaßöffnung taktgerecht öffnet und schließt. Dies sorgt für eine weitere Vereinfa chung des Verbrennungsmotors, da keine getrennten Ein- und Auslaßventile mit Ventilsteuerung erforderlich sind.The valve device preferably consists of a valve flange with a valve penetrating the valve flange slot, which is rotatably mounted in the end wall of the cylinder is and rotates with the piston, so that the valve flange with the valve slot, the inlet and outlet opening in time opens and closes. This ensures a further simplification of the internal combustion engine, since there are no separate inputs and Exhaust valves with valve timing are required.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß auf der der Arbeitsseite abgewandten Rückseite zwischen Kolben und Zylinder ein weiterer Hubraum gebildet ist, der über je eine Rückführleitung mit dem Einlaßkanal und dem Auslaßkanal so verbunden ist, daß ein Teil des Abgases (z. B. ein Drittel bis ein Viertel der Abgasmenge) aus dem Auslaß kanal in den rückseitigen Hubraum und von da über den Ein laßkanal zusammen mit frischem Brenngas in den arbeitssei tigen Hubraum rückgeführt wird. Das heiße Abgas sorgt hier bei für eine rasche Erwärmung des Brenngases und des gesam ten Motors auf die Betriebstemperatur, was insbesondere bei Betriebszuständen mit Wärmedefizit wie z. B. beim Kaltstart besonders vorteilhaft ist, da hierdurch eine einwandfreie Katalysatorfunktion unmittelbar nach dem Start sicherge stellt wird. Durch die Abgasrückführung im eigenen Zylinder wird somit die Schadstoffmenge im Abgas erheblich reduziert. Außerdem sorgt das rückgeführte heiße Abgas für eine gute Verwirbelung von Kraftstoff und Verbrennungsluft.In a further embodiment of the invention it is provided that on the back facing away from the working side between Piston and cylinder is another displacement, which is formed via a return line with the inlet channel and the Exhaust duct is connected so that part of the exhaust gas (e.g. a third to a quarter of the amount of exhaust gas) from the outlet channel into the rear displacement and from there over the on let duct into the work egg together with fresh fuel gas current displacement is returned. The hot exhaust gas ensures here for rapid heating of the fuel gas and the total motor to the operating temperature, which is particularly the case Operating states with a heat deficit such as B. on cold start is particularly advantageous because it makes a flawless Safe catalytic converter function immediately after start is posed. Through exhaust gas recirculation in its own cylinder the amount of pollutants in the exhaust gas is thus considerably reduced. In addition, the recirculated hot exhaust gas ensures good Swirling of fuel and combustion air.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Further advantageous embodiments of the invention are based the subclaims.

Der erfindungsgemäß ausgebildete Viertakt-Verbrennungsmotor kann sowohl als Otto- wie auch als Dieselmotor betrieben werden. Das bevorzugte Anwendungsgebiet der Erfindung ist der Kraftfahrzeugmotor, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein.The four-stroke internal combustion engine designed according to the invention can be operated as a petrol as well as a diesel engine become. The preferred field of application of the invention is the motor vehicle engine, but not limited to this his.

Anhand der Zeichnungen wird ein bevorzugtes Ausführungsbei spiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:A preferred embodiment is shown in the drawings game of the invention explained in more detail. Show it:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Zylin der-Kolben-Anordnung eines Viertakt-Verbrennungs motors; Figure 1 is a schematic longitudinal section through a cylinder-piston arrangement of a four-stroke internal combustion engine.

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Zylinder-Kolben-Anordnung der Fig. 1; Fig. 2 is a plan view of the cylinder-piston arrangement of Fig. 1;

Fig. 3 und 3a Schnittansichten in Blickrichtung der Pfeile III in Fig. 1 mit zwei um 180° gegeneinander versetz ten Stellungen des gestrichelt angedeuteten Kol bens; FIGS. 3 and 3a-sectional views in the direction of arrows III in Figure 1, with two 180 ° against each other ten staggered positions of the dot-line spool to.

Fig. 4 eine Ansicht in Blickrichtung der Pfeile IV in Fig. 1; Fig. 4 is a view looking in the direction of arrows IV in Fig. 1;

Fig. 5 eine in Umfangsrichtung abgewickelte Ansicht der Umfangsfläche des Kolbens in verkleinertem Maß stab; Figure 5 is a circumferential view of the circumferential surface of the piston rod to a reduced extent.

Fig. 6 eine perspektivische Explosionsdarstellung der Ventileinrichtung für die Zylinder-Kolben-Anord nung der vorhergehenden Figuren; Fig. 6 is an exploded perspective view of the valve device for the cylinder-piston arrangement of the previous figures;

Fig. 7 eine Draufsicht auf den Ventilflansch der Ven tileinrichtung in Fig. 6. Fig. 7 is a plan view of the valve flange to the Ven tileinrichtung in Fig. 6.

In den Zeichnungen ist eine Zylinder-Kolben-Anordnung eines nach dem Otto-Prozeß arbeitenden Viertakt-Verbrennungsmo tors dargestellt. Die in den Zeichnungen nicht dargestellten Bestandteile des Verbrennungsmotors wie z. B. Kraftstoff- Luft-Gemischaufbereitung (Vergaser oder Einspritzung), elek tronische Steuerung, Schmierung, Zündung etc. können her kömmlicher Bauart sein. Sie werden daher, da sie für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlich sind, nicht beschrieben.In the drawings, a cylinder-piston arrangement is one four-stroke combustion engine working after the Otto process tors shown. Those not shown in the drawings Components of the internal combustion engine such. B. Fuel Air mixture preparation (carburetor or injection), elec tronic control, lubrication, ignition etc. can be used be of conventional design. Therefore, since they are for the Understanding of the invention is not necessary described.

Die in Fig. 1 gezeigte Zylinder-Kolben-Anordnung wird von einem Gehäuse in Form eines Zylinders 2 gebildet, der aus einer zylindrischen Umfangswand 4 und zwei Stirnwänden 6a und 6b besteht. Die Stirnwände 6a, 6b sind mit der Umfangs wand fest und abgedichtet verbunden, um im Inneren des Zylinders einen zylindrischen Raum zu bilden.The cylinder-piston arrangement shown in Fig. 1 is formed by a housing in the form of a cylinder 2 , which consists of a cylindrical peripheral wall 4 and two end walls 6 a and 6 b. The end walls 6 a, 6 b are firmly and sealed connected to the circumferential wall to form a cylindrical space in the interior of the cylinder.

In diesem zylindrischen Raum ist ein zylindrischer Kolben 10 mit Hilfe von Kolbenringen 12 abgedichtet gleitend gelagert, so daß der zylindrische Innenraum in einen Hubraum 8 auf der linken Seite in Fig. 1 (Arbeitsseite) und einen Hubraum 9 auf der rechten Seite (Rückführseite) unterteilt wird.In this cylindrical space, a cylindrical piston 10 is slidably supported by means of piston rings 12 , so that the cylindrical interior is divided into a displacement 8 on the left side in FIG. 1 (working side) and a displacement 9 on the right side (return side) becomes.

Die in Fig. 1 gezeigte Kolben-Zylinder-Anordnung ist bezüg lich einer Mittelebene III-III in mancher Hinsicht symme trisch ausgebildet. Die gegenüberliegend auf der Arbeits- und Rückführseite angeordneten Teile, die sich entsprechen, wurden daher mit den gleichen Bezugszeichen unter Hinzufü gung des Buchstabens a bzw. b gekennzeichnet.The piston-cylinder arrangement shown in Fig. 1 is formed bezüg Lich a central plane III-III symmetrical in some respects. The parts located opposite one another on the working and return sides, which correspond, have therefore been identified with the same reference numerals with the addition of the letters a and b.

Der Kolben 10 ist an seinen gegenüberliegenden Stirnseiten mit je einem koaxial verlaufenden Wellenschaft 14a, 14b versehen, der jeweils mit einer Antriebswelle 16a bzw. 16b drehfest, jedoch axial verschiebbar verbunden ist. Zu diesem Zweck sind die Wellenschäfte 14a, 14b als Sechs- oder Acht kantwelle ausgebildet, die sich in entsprechend gestaltete innere Sechs- oder Achtkant-Führungen der Antriebswellen 16a, 16b erstrecken. Die Antriebswellen 16a, 16b sind ihrer seits mittels Lager 18a, 18b in der Stirnwand 6a bzw. 6b drehbar und axial unverschiebbar gelagert.The piston 10 is provided on its opposite end faces with a coaxial shaft shaft 14 a, 14 b, each of which is connected to a drive shaft 16 a or 16 b in a rotationally fixed but axially displaceable manner. For this purpose, the shaft shafts 14 a, 14 b are designed as hexagonal or octagonal shafts, which extend into correspondingly designed inner hexagonal or octagonal guides of the drive shafts 16 a, 16 b. The drive shafts 16 a, 16 b are in turn rotatable and axially immovable by means of bearings 18 a, 18 b in the end wall 6 a or 6 b.

Aufgrund dieser Anordnung kann der Kolben 10 sowohl eine Drehbewegung wie auch eine axial hin- und hergehende Hub bewegung ausführen. Wie in Fig. 1 angedeutet, hat der Kolben 10 einen vergleichsweise großen Durchmesser. Die axiale Län ge des zylindrischen Innenraums ist ungefähr um 50% größer als die axiale Länge des Kolbens.Because of this arrangement, the piston 10 can perform both a rotational movement and an axially reciprocating stroke movement. As indicated in Fig. 1, the piston 10 has a comparatively large diameter. The axial length of the cylindrical interior is approximately 50% greater than the axial length of the piston.

Um dem Kolben 10 eine gleichzeitige Dreh- und Hubbewegung (Windebewegung) aufzuprägen, ist zwischen dem Kolben 10 und der Umfangswand 4 eine Zwangsführung 20 vorgesehen. Die Zwangsführung 20 besitzt eine im Kolbenumfang gebildete, wellenförmig umlaufende Nut 22 von halbkreisförmigem Quer schnitt mit vier ungefähr halbsinusförmigen Windungsab schnitten, vgl. die Abwicklung in Fig. 5. In der Umfangswand 4 des Zylinders 2 sind an diametral gegenüberliegenden Stel len mit Hilfe zweier Schrauben 26 zwei Kugeln 24 gelagert, die zur Hälfte in die Nut 22 des Kolbens 10 greifen. Die Windungsabschnitte der Nut 22 sind so geformt, daß der Kol ben bei einer Umdrehung vier Hubbewegungen für die vier Arbeitstakte Ansaugen - Verdichten - Expandieren (Arbeiten) - Ausstoßen ausführt, wie noch erläutert wird.In order to impart a simultaneous rotating and lifting movement (winch movement) to the piston 10, a positive guide 20 is provided between the piston 10 and the peripheral wall 4 . The positive guide 20 has a formed in the piston circumference, undulating circumferential groove 22 of a semicircular cross section with four approximately semi-sinusoidal Windungsab sections, see. the processing in Fig 5. In the peripheral wall 4 of the cylinder 2, respectively. len at diametrically opposite Stel by means of two screws 26, two balls 24 mounted, which engage in half into the groove 22 of the piston 10. The winding sections of the groove 22 are shaped so that the Kol ben performs one stroke for four strokes for the four work cycles suctioning - compressing - expanding (working) - ejecting, as will be explained.

Auf der Arbeitsseite (in Figur linken Seite) der Zylinder- Kolben-Anordnung ist in der Umfangswand 4 des Zylinders sowie in der Umfangswand des Kolbens 10, angrenzend an der Stirnfläche des Zylinders bzw. Kolbens je eine Brennkammer hälfte 32 und 34 gebildet, die sich in der in der Fig. 3a gestrichelt angedeuteten Stellung des Kolbens 10 zu einer Brennkammer 30 ergänzen. Wie in den Fig. 3, 3a zu sehen ist, hat jede der Brennkammerhälften 32, 34 in einer auf der Zylinderachse senkrechten Ebene einen ungefähr dreieckigen Umriß, wobei die Brennkammerhälften 32, 34 an ihren innen liegenden langen Seiten und die Brennkammerhälfte 34 auch an ihrer einen axialen Stirnseite zu dem arbeitsseitigen Hub raum 8 hin offen sind. Der im Zylinder 2 gebildeten Brenn kammerhälfte 32 ist eine Zündeinrichtung in Form einer Zünd kerze 35 zugeordnet. Die Funktionsweise der Brennkammer 30 wird weiter unten noch genauer erläutert.On the working side (left side in figure) of the cylinder-piston arrangement, a combustion chamber half 32 and 34 is formed in the peripheral wall 4 of the cylinder and in the peripheral wall of the piston 10 , adjacent to the end face of the cylinder or piston, respectively In the position of the piston 10 indicated by dashed lines in FIG. 3a, add to a combustion chamber 30 . As can be seen in Figs. 3, 3a, each of the combustion chamber halves 32, 34 has an approximately triangular outline in a plane perpendicular to the cylinder axis, wherein the combustion chamber halves 32, 34 lying at their inner long sides and the combustion chamber half 34 also at its an axial end face to the working stroke 8 are open. The combustion chamber half 32 formed in the cylinder 2 is associated with an ignition device in the form of an ignition candle 35 . The mode of operation of the combustion chamber 30 is explained in more detail below.

In der Stirnwand 6a des Zylinders 2 ist zum Zuführen von Brenngas ein Einlaßkanal 36 mit einer im Hubraum 8 mündenden Einlaßöffnung 38 gebildet, vgl. auch die Fig. 3, 3a und 4. Ferner ist in der Stirnwand 6a ein Auslaßkanal 40 mit einer am Hubraum 8 angeschlossenen Auslaßöffnung 42 zum Abführen von Abgas gebildet.In the end wall 6 a of the cylinder 2 , an inlet channel 36 with an inlet opening 38 opening into the displacement 8 is formed for supplying fuel gas, cf. also Figs. 3, 3a and 4. In addition, formed in the end wall 6 a an outlet channel 40 with an outlet port 42 connected to the capacity 8 for discharging exhaust gas.

Zum Öffnen und Schließen der Einlaßöffnung 38 und Auslaßöff nung 42 ist eine Ventileinrichtung vorgesehen, die im darge stellten Ausführungsbeispiel als an der Antriebswelle 16a vorgesehener Ventilflansch 48a mit einem den Ventilflansch 48a durchdringenden Ventilschlitz 54a ausgebildet ist (vgl. insbesondere die Fig. 1, 3, 3a und 6, 7). Der Ventilflansch 48a, der in einer Ausnehmung der Stirnwand 6a drehbar gela gert ist, führt wegen der Antriebsverbindung zwischen der Antriebswelle 16a und dem Kolben 10 die gleiche Drehbewegung wie der Kolben 10 aus, so daß der Ventilschlitz 54a abwech selnd mit der Einlaßöffnung 38 und der Auslaßöffnung 42 zur Deckung kommt, um auf diese Weise die Einlaßöffnung 38 und die Auslaßöffnung 42 entsprechend den vier Arbeitstakten des Viertaktmotors zu öffnen und zu schließen.To open and close the inlet opening 38 and Auslaßöff opening 42 , a valve device is provided, which is formed in the illustrated embodiment as a valve flange 48 a provided on the drive shaft 16 a with a valve flange 48 a penetrating valve slot 54 a (see in particular the Fig. 1, 3, 3a and 6, 7). The valve flange 48 a, which is rotatably gela in a recess in the end wall 6 a, performs the same rotary motion as the piston 10 because of the drive connection between the drive shaft 16 a and the piston 10 , so that the valve slot 54 a alternating with the The inlet opening 38 and the outlet opening 42 come to coincide, in order to open and close the inlet opening 38 and the outlet opening 42 in accordance with the four work cycles of the four-stroke engine.

Um Leckverluste zwischen dem Ventilflansch 48a und der Stirnwand 6a zu vermeiden, ist in einer Ausnehmung des Ven tilflansches 48a eine Dichtungsscheibe 50a axial gleitend gelagert. Die Dichtungsscheibe 50a ist mit einem die Dich tungsscheibe durchdringenden Ventilschlitz 52a versehen, der in seiner Form dem Ventilschlitz 54a entspricht und auf einem den Ventilschlitz 54a des Ventilflansches 48a umgeben den axialen Ansatz gleitend geführt ist, vgl. Fig. 6 und 7. Die Dichtungsscheibe 50a wird von mehreren (beispielsweise drei) gekrümmten Blattfedern 56a, die an dem Ventilflansch 48a abgestützt sind, gegen die Stirnfläche der Stirnwand 6a angedrückt, so daß die Dichtungsscheibe 50a ihre Dichtungs funktion zur Vermeidung von Leckverlusten ausüben kann.In order to avoid leakage losses between the valve flange 48 a and the end wall 6 a, a sealing washer 50 a is axially slidably mounted in a recess of the valve flange 48 a. The sealing washer 50 a is provided with a sealing slit penetrating valve slot 52 a, the shape of which corresponds to the valve slot 54 a and on a valve slot 54 a of the valve flange 48 a surrounded the axial approach is slidably guided, see. FIGS. 6 and 7. The sealing disc 50 a 56 a, which are supported on the valve flange 48 a, pressed against the end face of the end wall 6 a, so that the sealing disc 50 a its sealing function of several (e.g., three) curved leaf springs for Avoid leakage losses.

Die Funktionsweise der bisher beschriebenen Zylinder-Kolben- Anordnung des nach dem Otto-Prozeß arbeitenden Viertakt-Ver brennungsmotors ist wie folgt:The functioning of the cylinder-piston described so far Arrangement of the four-stroke Ver internal combustion engine is as follows:

Es sei angenommen, daß der Kolben 10 gerade seinen Saughub beginnt. Zu diesem Zeitpunkt nimmt der Kolben 10 die in Fig. 3 gezeigte Winkelstellung ein, in der die Ventilschlitze 52a, 54a gerade beginnen, die Einlaßöffnung 38 zu überdec ken. Zu diesem Zeitpunkt nimmt der Kolben 10 seine in Fig. 1 linke Endstellung ein, so daß das Volumen des Hubraums 8 - abgesehen von dem Volumen der Brennkammerhälften 32 und 34 - gleich Null ist. Führt nun der Kolben eine Viertelumdrehung im Uhrzeigersinn (in Fig. 3) aus, wird der Kolben 10 gleichzeitig durch die Zwangsführung 20 in seine rechte Endstellung (Fig. 1) verschoben. Hierdurch wird Brenngas aus dem Einlaßkanal 36 durch die nun geöffnete Einlaßöffnung 38 in den Hubraum 8 angesaugt.It is assumed that the piston 10 is just starting its suction stroke. At this time, the piston 10 assumes the angular position shown in FIG. 3, in which the valve slots 52 a, 54 a are just beginning to cover the inlet opening 38 . At this time, the piston 10 assumes its left end position in FIG. 1, so that the volume of the displacement 8 - apart from the volume of the combustion chamber halves 32 and 34 - is zero. If the piston now makes a quarter turn clockwise (in FIG. 3), the piston 10 is simultaneously displaced into its right end position ( FIG. 1) by the positive guide 20 . As a result, fuel gas is drawn from the inlet channel 36 through the now open inlet opening 38 into the displacement 8 .

Das Brenngas kann aus einem Kraftstoff-Luft-Gemisch beste hen, wenn die Gemischbildung in einem Vergaser (nicht ge zeigt) erfolgt. Sie kann jedoch auch aus reiner Luft be stehen, wenn die Gemischbildung erst im Hubraum 8 mittels Kraftstoffeinspritzung (nicht gezeigt) erfolgt.The fuel gas can consist of a fuel-air mixture if the mixture is formed in a carburettor (not shown). However, it can also be made of pure air if the mixture is only formed in the displacement 8 by means of fuel injection (not shown).

Bei seiner weiteren Drehung um 90° führt der Kolben eine Hubbewegung in seine (in Fig. 1) linke Endstellung aus, wodurch das im Hubraum 8 und in den Brennkammerhälften 32, 34 befindliche Brenngas verdichtet wird. Am Ende des Ver dichtungshubes nimmt der Kolben 10 die in Fig. 3a gestri chelte angedeutete Winkelstellung ein, in der sich die Brennkammerhälften 32 und 34 zu der Brennkammer 30 ergänzen und in der die maximale Verdichtung erreicht ist. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich im wesentlichen das gesamte Brenngas in der Brennkammer 30 und wird nun durch die Zündkerze 35 gezündet.Upon its further rotation by 90 °, the piston executes a lifting movement into its (in FIG. 1) left end position, as a result of which the fuel gas located in the displacement 8 and in the combustion chamber halves 32 , 34 is compressed. At the end of the compression stroke Ver the piston 10 takes the dashed in Fig. 3a indicated angular position in which the combustion chamber halves 32 and 34 complement each other to the combustion chamber 30 and in which the maximum compression is reached. At this point, essentially all of the fuel gas is in the combustion chamber 30 and is now ignited by the spark plug 35 .

Wie in Fig. 3a gezeigt, hat die Brennkammer 30 eine ungefähr rechteckige Form, wobei die Brennkammerhälfte 34 des Kolbens 10 eine im wesentlichen zur Umfangsrichtung senkrechte An triebsfläche 34′ und die im Zylinder gebildete Brennkammer hälfte 32 eine dazu im wesentlichen parallele Reaktionsflä che 32′ besitzt. Aufgrund dieser Brennkammergestaltung übt das expandierende Brenngas auf den Kolben 10 eine Drehkraft aus, die am äußeren Umfang des Kolbens 10 angreift und somit ein entsprechend großes Drehmoment erzeugt.As shown in Fig. 3a, the combustion chamber 30 has an approximately rectangular shape, the combustion chamber half 34 of the piston 10 having a substantially perpendicular to the circumferential direction to drive surface 34 'and the combustion chamber half 32 formed in the cylinder a substantially parallel reaction surface 32 ' owns. Due to this combustion chamber design, the expanding fuel gas exerts a rotating force on the piston 10 , which acts on the outer circumference of the piston 10 and thus generates a correspondingly large torque.

Der Kolben 10 wird somit von dem Brenngas in Drehrichtung angetrieben, während er gleichzeitig einen Expansionshub (nach rechts in Fig. 1) ausübt. Die Drehbewegung des Kolbens 10 wird über den Wellenschaft 14a unmittelbar auf die An triebswelle 16a übertragen, was einen hohen Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors sicherstellt.The piston 10 is thus driven by the fuel gas in the direction of rotation, while at the same time exerting an expansion stroke (to the right in FIG. 1). The rotary movement of the piston 10 is transmitted via the shaft 14 a directly to the drive shaft 16 a, which ensures a high efficiency of the internal combustion engine.

Nach einer Viertelumdrehung hat der Kolben seinen Arbeitshub (Expansionshub) beendet, worauf der Arbeitstakt Ausstoßen des Abgases beginnt. Während des Ausstoßtaktes wird der Kol ben 10 durch die Zwangsführung 20 wieder nach links (in Fig. 1) bewegt, während die Ventilschlitze 52a, 54a die Auslaß öffnung 42 überstreichen. Das Abgas wird somit vom Kolben 10 in den Abgaskanal 40 ausgestoßen. Am Ende des Ausstoßhubes nimmt der Kolben 10 wieder die in Fig. 3 gestrichelt ange deutete Winkelstellung ein, in der sich die Ventilschlitze 52a, 54a zwischen der Auslaßöffnung 42 und der Einlaßöffnung 38 befinden.After a quarter of a turn, the piston has completed its work stroke (expansion stroke), whereupon the work cycle begins to expel the exhaust gas. During the exhaust stroke, the Kol ben 10 is again moved to the left by the positive guide 20 (in Fig. 1), while the valve slots 52 a, 54 a sweep the outlet opening 42 . The exhaust gas is thus expelled from the piston 10 into the exhaust gas duct 40 . At the end of the ejection stroke, the piston 10 returns to the angular position indicated by the broken line in FIG. 3, in which the valve slots 52 a, 54 a are located between the outlet opening 42 and the inlet opening 38 .

Der Kolben 10 hat somit die für einen Viertaktmotor charak teristischen vier Arbeitstakte Ansaugen - Verdichten - Ar beiten (Expandieren) - Ausstoßen ausgeführt, wobei jedem Arbeitstakt eine Kolbendrehung um 90° und eine axiale Hubbe wegung entspricht. Während eines Arbeitsspieles mit den vier Arbeitstakten führt der Kolben 10 somit eine Umdrehung um 360° und vier axiale Hubbewegungen aus.The piston 10 has the characteristic for a four-stroke engine four working strokes suction - compressing - working (expanding) - ejecting, with each working stroke corresponding to a piston rotation by 90 ° and an axial stroke movement. During a work cycle with the four work cycles, the piston 10 thus makes a rotation through 360 ° and four axial stroke movements.

Von dem Auslaßkanal 40 und dem Einlaßkanal 36 ist je eine Rückführleitung 60 bzw. 62 abgezweigt, die über Öffnungen 64 und 66 mit dem rückseitigen Hubraum 9 in Verbindung stehen. Zur Steuerung des Öffnens und Schließens der Öffnungen 64 und 66 ist auf der Rückseite eine der Arbeitsseite entspre chende Anordnung aus Ventilflansch 48b, Dichtungsscheibe 50b, Ventilschlitze 52b, 54b und Federn 56b vorgesehen, die im Prinzip in der gleichen Weise wie die entsprechende Anordnung auf der Arbeitsseite funktioniert.A return line 60 and 62 , respectively, is branched off from the outlet channel 40 and the inlet channel 36 and communicates with the rear displacement 9 via openings 64 and 66 . To control the opening and closing of the openings 64 and 66 is provided on the rear side a corresponding arrangement of valve flange 48 b, sealing washer 50 b, valve slots 52 b, 54 b and springs 56 b, which in principle in the same way as the corresponding arrangement on the working side works.

Aufgrund dieser Anordnung wird bei dem Arbeitstakt Aus stoßen ein Teil des durch den Auslaßkanal 40 strömenden Abgases (z. B. ein Drittel bis ein Viertel der Abgasmenge) durch die Rückführleitung 60 in den rückseitigen Hubraum 9 gesaugt. Bei dem darauffolgenden Arbeitstakt Ansaugen wird das im Hubraum 9 befindliche Abgas über die Rückführleitung 62 in die Einlaßleitung 36 bewegt, und diese Abgasmenge strömt zusammen mit frischem Brenngas durch die Einlaßöff nung 38 in den arbeitsseitigen Hubraum 8.Because of this arrangement, a part of the exhaust gas flowing through the outlet channel 40 (for example, a third to a quarter of the exhaust gas amount) is sucked through the return line 60 into the rear displacement 9 in the work cycle. In the subsequent work cycle suction, the exhaust gas located in the displacement 9 is moved via the return line 62 into the inlet line 36 , and this amount of exhaust gas flows together with fresh fuel gas through the inlet opening 38 into the working displacement 8th

Hierdurch ergibt sich eine Vorwärmung des Brenngases und somit eine rasche Erwärmung des Motors auf seine Betriebs temperatur, was eine optimale Zündung und Verbrennung und eine entsprechende Verringerung von Schadstoffemissionen zur Folge hat.This results in a preheating of the fuel gas and thus rapid warming of the engine to its operation temperature, what an optimal ignition and combustion and a corresponding reduction in pollutant emissions Consequence.

Der Anteil des zur Rückführseite abgezweigten Abgases kann durch eine entsprechende Dimensionierung der Rückführlei tungen 60, 62 bemessen werden. Es versteht sich, daß die Do sierung auch durch eine entsprechend gesteuerte Ventilein richtung (nicht gezeigt) erfolgen kann. Die letztgenannte Möglichkeit hat den Vorteil, daß die Rückführung des Abgases auf Betriebszustände mit Wärmedefizit wie z. B. den Kaltstart beschränkt werden kann.The proportion of the exhaust gas branched off to the return side can be dimensioned by appropriate dimensioning of the return lines 60 , 62 . It goes without saying that the metering can also be carried out by a correspondingly controlled Ventilein device (not shown). The latter possibility has the advantage that the return of the exhaust gas to operating states with a heat deficit such as. B. the cold start can be limited.

Es versteht sich, daß an den Antriebswellen 16a, 16b die An triebswellen weiterer Zylinder - entweder direkt oder über Getriebe - angekoppelt werden können.It is understood that on the drive shafts 16 a, 16 b to the drive shafts of further cylinders - either directly or via gearbox - can be coupled.

In den Fig. 3, 3a und 4 sind Kühlmittelkanäle 68 zum Kühlen des Zylinders angedeutet. Weitere zum Verständnis der Erfin dung nicht erforderliche Einzelheiten des Verbrennungsmotors wie z. B. die Schmiermittelführung wurden der Einfachheit halber weggelassen.In Figs. 3, 3a and 4, coolant channels 68 are indicated for cooling the cylinder. Further not necessary to understand the inven tion details of the internal combustion engine such. B. The lubricant guide has been omitted for simplicity.

Claims

1. Four-stroke internal combustion engine of the piston type with at least one cylinder in which a cylindrical piston is sealed and slidably mounted, with a displacement being formed on a working side between an end wall of the cylinder and the adjacent end wall of the piston, an inlet opening connected to an inlet channel for leading fuel gas into the displacement, an outlet opening connected to an outlet for discharging exhaust gas from the displacement and a valve device for timely opening and closing of the inlet and outlet openings, characterized in that

(A) that the piston ( 10 ) in the cylinder ( 2 ) is axially and rotationally movably mounted and between the piston ( 10 ) and cylinder ( 2 ) a wavy, curved guide ( 20 ) is hen, the piston ( 10 ) at a 360 ° rotation, four axial strokes for the four work cycles,
(b) that the cylinder ( 2 ) and the piston ( 10 ) each have a combustion chamber half ( 32 , 34 ) in their peripheral walls adjacent to their mutually adjacent end faces, which complement one another at the time of ignition of the fuel gas to form a combustion chamber ( 30 ), so that in the combustion chamber ( 30 ) expanding fuel gas exerts a torque on the piston ( 10 ), and
(C) that on the piston ( 10 ) a coaxially arranged shaft shaft ( 14 a) is provided for deriving the rotary movement carried out by the piston ( 10 ).

2. Four-stroke internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the positive guide ( 20 ) from a wave-shaped groove ( 22 ) semicircular cross-section in the peripheral wall of the piston ( 10 ) and two diametrically opposed, in the peripheral wall ( 4 ) of Zylin ders ( 2 ) bearings balls ( 24 ) which engage in the groove ( 22 ) of the piston ( 10 ).

3. Four-stroke internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the two combustion chamber halves ( 32 , 34 ) each have an approximately triangular outline in a vertical plane on the cylinder axis and to a square combustion chamber ( 30 ) with a transverse to the order Supplementary drive surface ( 34 ') in the piston ( 10 ) and an essentially parallel reaction surface ( 32 ') in the cylinder ( 2 ).

4. Four-stroke internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the shaft shaft ( 14 a) to compensate for the lifting movement and for transmitting the rotary movement of the piston ( 10 ) axially movable and rotatably mounted in a drive shaft ( 16 a) is rotatably and axially fixed in the cylinder ( 2 ).

5. Four-stroke internal combustion engine according to claim 4, characterized in that the shaft shaft ( 14 a) and the drive shaft ( 16 a) have a polygonal, preferably hexagonal or octagonal cross section.

6. Four-stroke internal combustion engine according to claim 4 or 5, characterized in that a shaft shaft ( 14 a, 14 b) and a drive shaft ( 16 a, 16 b) are arranged on each side of the piston ( 10 ).

7. Four-stroke internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the valve device consists of a valve flange ( 48 a) with a valve flange penetrating the valve slot ( 54 a) which in the end wall ( 6 a) of the cylinder ( 2nd ) is rotatably mounted and rotates with the piston ( 10 ) so that the valve flange ( 48 a) with the valve slot ( 54 a) opens and closes the inlet and outlet opening ( 38 , 42 ) in time.

8. Four-stroke internal combustion engine according to claims 4 and 7, characterized in that for sealing against leakage, a sealing washer ( 50 a) with a sealing disk penetrating the valve slot ( 52 a) in a recess of the valve flange ( 48 a) axially movable gela and by springs ( 56 a) supported on the valve flange ( 48 a) pressed against the adjacent end wall ( 6 a) of the cylinder ( 2 ), an axial extension surrounding the valve slot ( 54 a) of the valve flange ( 48 a) slidingly in the Valve slot ( 52 a) of the sealing washer ( 50 a) runs ver.

9. Four-stroke internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that a further displacement ( 9 ) is formed on the rear side facing away from the piston ( 10 ) and cylinder ( 2 ).

10. Four-stroke internal combustion engine according to claim 9, characterized in that the rear displacement ( 9 ) via a return line ( 60 , 62 ) with the inlet channel ( 36 ) and the outlet channel ( 40 ) is connected so that part of the exhaust gas the outlet channel ( 40 ) in the rear displacement ( 9 ) and from there on the inlet channel ( 36 ) together with fresh fuel gas in the working displacement ( 8 ) is led back.

11. Four-stroke internal combustion engine according to one of the preceding claims in conjunction with claim 4, characterized in that the drive shaft ( 16 a) is coupled to the piston of other cylinders.

12. Four-stroke internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that it is designed as an Otto engine and in the combustion chamber half ( 32 ) of the cylinder ( 2 ) an ignition device ( 36 ) is arranged.