DE4447040C1 - Verbrennungsmotor mit Laderzylinder - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor mit La­ derzylinder der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Ein derartiger Verbrennungsmotor wurde in der DE-OS 43 37 670 vorgeschlagen, wobei der Überstromkanal in etwa diametral zu einem Auslaßschlitz des Verbrennungsmotors in den Arbeitszy­ linder mündet. Hierdurch und durch weitere Maßnahmen soll das Abgasverhalten des Verbrennungsmotors im Zweitaktbetrieb ver­ bessert werden.

Bei derartigen Motoren mit in der Zylinderlaufbahn angeordneten Frischgas- und Abgasschlitzen tritt jedoch häufig das Problem auf, daß sich die Kolbenringe des Kolbens beim Vorbeilaufen an diesen Schlitzen verkanten, was häufig zu einem Bruch der Kolbenringe führt. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Einlaß­ schlitze einen relativ großen Querschnitt aufweisen müssen, um das Überströmen einer ausreichenden Frischgasmenge beispiels­ weise aus dem Kurbelwellenraum eines üblichen Zweitaktmotors zu erzielen. Dieses Problem wird zwar bei dem eingangs vorge­ schlagenen Motor durch die Vorkomprimierung des Frischgasge­ misches in dem Laderzylinder verringert, doch bleibt das Prob­ lem der hohen Belastung der Kolbenringe durch die in der Zylinderlaufbahn angeordneten Schlitze. Weiterhin tritt bei den bekannten Motoren immer noch ein Frischgasverlust aufgrund des zum Zeitpunkt des Einströmens des Frischgases in den Arbeitszylinder offenen Auslaßschlitzes auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungs­ motor der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem bei weiter verbessertem Abgasverhalten die Belastung der Kolbenringe verringert ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verbrennungsmotors ist lediglich ein einziger, gleichzeitig als Einlaß- und Auslaß­ schlitz dienender Schlitz erforderlich, so daß die Belastung der Kolbenringe durch mechanische Kippkräfte wesentlich verrin­ gert ist. Eine weitere Verringerung der Belastung der Kolben­ ringe kann durch Wahl einer entsprechenden Querschnittsform des Schlitzes erreicht werden, vorzugsweise durch eine ovale Form.

Weiterhin ist der Verbrennungsraum zum Zeitpunkt des Einströmens des Frischgasgemisches vollständig gegenüber der Abgasanlage abgeschlossen, so daß Frischgasverluste und damit Abgasprobleme vermieden werden.

Die Ventilzylinderanordnung des erfindungsgemäßen Verbrennungs­ motors wird vollständig pneumatisch gesteuert, so daß keinerlei aufwendige mechanische Betätigungseinrichtungen erforderlich sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine stark vereinfachte schematische Längs­ schnittansicht einer Ausführungsform des Verbrennungsmotors in einer ersten Betriebsstellung,

Fig. 2 den Verbrennungsmotor nach Fig. 1 in einer weiteren Betriebsstellung,

Fig. 3 eine Einzelheit der Kolbenstange und der Trenn­ wand des Verbrennungsmotors nach den Fig. 1 und 2.

In den Fig. 1 und 2 ist sehr grob schematisch eine Ausführungs­ form eines Verbrennungsmotors gezeigt, in dem lediglich die wesentlichen Merkmale näher dargestellt sind.

Dieser Verbrennungsmotor weist eine insgesamt mit 1 gezeigte Zylinderanordnung auf, die durch Trennwände 26 und 27 in einen in der Mitte liegenden Laderzylinder 4 und zwei außenliegende Arbeitszylinderabschnitte 11, 21 unterteilt ist.

In dem Laderzylinder 4 ist ein Laderkolben 5 axial hin- und herbeweglich, wobei dieser Laderkolben 5 über eine gemeinsame Kolbenstange 2 mit den außenliegenden Arbeitskolben 10, 20 für eine gemeinsame Bewegung mit diesen verbunden ist. Die Kolben­ stange 2 ist unter Abdichtung durch die Trennwände 26, 27 hindurchgeführt.

In den Laderzylinder 4 münden nur schematisch dargestellte Ansaugschlitze, die mit einem Ansaugkrümmer 4a verbunden sind, über den Frischgasgemisch bei den Hin- und Herbewegungen des Laderkolbens 5 angesaugt und dann in dem Laderzylinder in dessen Verdichtungsräumen 6, 7 verdichtet wird.

Lediglich für den linken Arbeitszylinder 11 sind nähere Einzel­ heiten der Zufuhr des in dem Laderzylinder 4 verdichteten Frischgasgemisches dargestellt, wobei es verständlich ist, daß die gleiche Konstruktion spiegelsymmetrisch auch für den rechten Arbeitszylinder 21 eingesetzt ist.

Der Arbeitszylinder 11 weist einen einzigen, als Einlaß- und Auslaßschlitz dienenden Schlitz 13 auf, der mit einer Öffnung 19 in einer Ventilzylinderanordnung ausgerichtet ist, die auf nicht gezeigte Weise an diesem Arbeitszylinder 11 befestigt ist.

Diese Schlitz 13 kann zur Verringerung der auf die Kolbenringe einwirkenden Kräfte beim Überstreichen des Schlitzes vorzugs­ weise eine ovale Form bei Betrachtung in Richtung auf die Zylinderwand haben. Die Ventilzylinderanordnung weist einen Ventilzylinder 23 auf, in dem ein Steuerkolben 14 axial hin- und herverschiebbar ist. Dieser Steuerkolben weist eine erste Durch­ laßbohrung 15 auf, die in der rechten, in Fig. 1 dargestellten Endstellung dieses Ventilkolbens den Schlitz 13 bzw. die Öffnung 19 mit einem Auslaßstutzen 12 verbindet, der mit einer Abgasan­ lage verbunden ist. In der in Fig. 2 gezeigten Stellung ist mit dem Schlitz 13 bzw. der Öffnung 19 eine zweite Bohrung 16 des Steuerkolbens 14 ausgerichtet, die nach einem kurzen radialen Abschnitt axial verläuft und in den mit einer Überströmleitung 9 in Verbindung stehenden Abschnitt 18 des Ventilzylinders 23 mündet, wobei das andere Ende dieser Überströmleitung 9 mit einer Strömungsleitung 8 in der Trennwand 27 in Verbindung steht. Diese Strömungsleitung 8 mündet in die Bohrung der Trennwand 27, durch die sich die Kolbenstange 2 unter Abdichtung erstreckt.

Zwischen dem in den Fig. 1 und 2 linken Ende des Steuer­ kolbens 14 und dem benachbarten axialen Ende des Ventilzylinders 23 ist eine Rückführfeder 17 angeordnet, die den Ventilkolben in die in Fig. 2 dargestellte Stellung vorspannt. Ergänzend zu dieser Feder 17 oder anstelle dieser Feder kann in den Ventil­ zylinderraum 24 zwischen diesem linken Ende des Ventilkolbens 14 und dem benachbarten axialen Ende eine in Fig. 1 angedeutete Steuerbohrung 25 mit sehr geringem Querschnitt münden, die von dem Verbrennungsraum in dem Arbeitszylinder 11 ausgeht und den Ventilzylinderraum 24 beim Arbeitshub des Arbeitskolbens 10 mit Druck beaufschlagt, so daß der Steuerkolben 14 beim Arbeitshub nach rechts in Fig. 1 gedrückt wird und seine Bohrung 15 mit dem Schlitz 13 im Arbeitszylinder 11 ausgerichtet wird.

Wie dies in den Fig. 1 und 2 sowie auch in Fig. 2 ausführlicher gezeigt ist, weist die Kolbenstange in der Nähe beider Stirn­ flächen des Laderkolbens jeweilige Aussparungen 3 auf, die in der unteren Totpunktstellung des jeweils zugehörigen Kolbens eine Verbindung zwischen dem entsprechenden Verdichtungsraum 7 (oder 6, nicht gezeigt) des Laderzylinders und der Strömungs­ leitung 8 herstellt, während diese Bohrung bei allen anderen Stellungen durch die Kolbenstange verschlossen ist.

Die Betriebsweise des soweit beschriebenen Verbrennungsmotors ist wie folgt:
Ausgehend von einer nicht dargestellten oberen Totpunktstellung des Kolbens 10, in der dieser in das linke Ende des Arbeits­ zylinders 11 bewegt wurde, erfolgt die Zündung in dem entspre­ chenden Verbrennungsraum, und der Kolben 10 führt eine Bewegung nach rechts in die in Fig. 1 gezeigte Stellung aus.

Bei dieser Bewegung der miteinander verbundenen Kolben 5, 10, 20 wird durch den Laderkolben 5 das vorher in den Laderraum 7 eingesaugte Frischgasgemisch verdichtet, da die Mündung der Strömungsleitung 8 in der Bohrung in der Trennwand 27 noch durch die Kolbenstange 2 verschlossen ist. Wenn der Kolben 10 im Verlauf seines Arbeitshubes die in Fig. 1 gezeigte Stellung erreicht hat, gibt dieser Kolben 10 den Schlitz 13 frei, so daß das verbrannte Gemisch über den Schlitz 13, die Öffnung 19, die Bohrung 15 in dem Steuerkolben 14 und den Abgasstutzen 12 aus­ strömen kann.

Bei einer Weiterbewegung der Kolben 4, 10, 20 wird schließlich die in Fig. 2 gezeigte Stellung erreicht, in der die Mündung der Strömungsleitung 8 in der Trennwand 27 durch die Aussparung 3 der Kolbenstange 2 freigegeben und eine Verbindung zwischen dem Laderraum 7 und der Strömungsleitung 8 hergestellt wird, so daß das in dem Laderraum 7 verdichtete Frischgasgemisch über die Überströmleitung 9 zum Ventilzylinder 23 gelangen kann, wobei durch den Druck dieses vorkomprimierten Frischgasgemisches der Steuerkolben 14 nach links in die in Fig. 2 gezeigte Stellung gedrückt wird, in der die weitere Bohrung 16 mit der Öffnung 19 und dem Schlitz 13 ausgerichtet ist, so daß das vorkomprimierte Frischgasgemisch in den Verbrennungsraum einströmen kann.

In Fig. 3 sind Einzelheiten des Bereiches der Trennwand 27, der durch diese abgedichtet hindurchlaufenden Kolbenstange 2 sowie deren Aussparung 3 gezeigt. Wie dies zu erkennen ist, kann die Aussparung 3 eine flache wannenförmige Form aufweisen, die sich über eine gewisse axiale Länge der Kolbenstange 2 erstreckt und die Mündung des Strömungskanals 8 mit dem Laderraum 7 verbindet, wenn die Kolben 10, 5, 20 ihre eine Endstellung erreicht haben.

In dieser einen Endstellung hat der Kolben 20 das in seinem Verbrennungsraum vorher eingeleitete Gemisch komprimiert, das dann gezündet wird, so daß der Kolben 20 und damit auch die Kolben 5, 10 eine Bewegung nach links in den Fig. 1 und 2 ausführen.

Wie bereits erwähnt, ist benachbart zu dem Zylinder 21 des Arbeitskolbens 20 eine entsprechende nicht gezeigte Ventilan­ ordnung mit einem Ventilzylinder 23 und einem Steuerkolben 14 angeordnet, ähnlich wie dies in der linken Hälfte der Fig. 1 und 2 gezeigt ist, wobei auch in der Trennwand 26 ein entsprechender Strömungskanal 8 ausgebildet ist, der über eine entsprechende Überströmleitung 9 mit dieser nicht gezeigten Ventilanordnung verbunden ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor ist in wirkungs­ voller Weise und mit geringem Aufwand sichergestellt, daß kein unverbranntes Frischgas in den Abgasstutzen 12 eintreten kann. Die Ventilanordnung wird rein pneumatisch, d. h. durch die in den einzelnen Zylinderräumen wirkenden Drücke betätigt, so daß eine mechanische Betätigung entfallen kann und ein einfacher Aufbau erreicht wird.

Wie dies aus den Fig. 1 und 2 zu erkennen ist, weist der Lader­ kolben einen beträchtlich größeren Durchmesser auf, so daß in ihm eine erhebliche Menge an Frischgasgemisch verdichtet wird und unter hohem Druck über die Ventilanordnungen in die jeweiligen Verbrennungskammern eingeleitet wird.

Der Betrieb an einem Kurbeltrieb zur Umwandlung der hin- und hergehenden Bewegung des beschriebenen Verbrennungsmotors, unabhängig davon, ob dieser mit einem oder zwei Arbeitszylindern ausgebildet ist, kann in der Weise erfolgen, wie dies in der DE-OS 42 29 009 und der DE-PS 43 37 668 beschrieben ist.

Claims (4)

1. Verbrennungsmotor mit einer Zylinderanordnung (1), die durch sich quer zur Achsrichtung der Zylinderanordnung erstrec­ kende Trennwände (26, 27) in mindestens einen Arbeitszylinder (11, 21) und einen Laderzylinder (4) unterteilt ist, in denen sich jeweilige Arbeits- bzw. Laderkolben (10, 20, 5) axial bewegen und durch eine gemeinsame Kolbenstange (2) miteinander verbunden sind, die sich unter Abdichtung durch die Trennwände (26, 27) hindurcherstreckt, wobei Frischgasgemisch bei der Bewegung des Laderkolbens (5) in den Laderzylinder (4) einge­ saugt und in dem Laderzylinder (4) vorkomprimiert wird, bevor es über Überströmkanäle (9) in den Arbeitszylinder (11, 21) einge­ leitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitszylinder (11) einen einzigen, als Einlaß- und Auslaßschlitz dienenden Schlitz (13) aufweist, der an einer derartigen Stelle in der Wand des Zylinders (11) angeordnet ist, daß er im Bereich des unteren Totpunktes des Arbeitskolbens (10) von diesem freigegeben wird, daß eine Ventilzylinderanordnung mit einem Ventilzylinder (23) und einem darin angeordneten Steuerkolben (14) vorgesehen ist, daß der Ventilzylinder (23) in seiner Umfangswand sich im wesentlichen diametral gegenüberliegende erste und zweite Öff­ nungen (19) bzw. (12) aufweist, von denen die erste mit dem Schlitz (13) in Verbindung steht, während die zweite Öffnung (12) mit einer Abgasanlage in Verbindung steht, daß der Ventil­ kolben (14) zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung in dem Ventilzylinder (23) verschiebbar ist, daß der Steuerkolben (14) erste und zweite Bohrungen (15, 16) aufweist, von denen die erste Bohrung (15) in der ersten Stellung des Steuerkolbens (14) den Schlitz (13) mit der Abgasanlage verbindet, während die zweite Bohrung (16) in der zweiten Stellung des Steuerkolbens (14) den Überströmkanal (9) von dem Laderzylinder (4) mit dem Schlitz (13) verbindet, daß der Überströmkanal (9) im Bereich des unteren Totpunktes des Arbeitskolbens über eine Aussparung (3) mit dem Verdichtungsraum (7) des Laderzylinders (4) verbind­ bar ist, und daß der Steuerkolben (14) durch den Druck des in dem Verdichtungsraum (7) verdichteten Frischgasgemisches aus der ersten in die zweite Stellung verschiebbar ist.

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (14) den Ventil­ zylinder (23) in einen ersten, der ersten Bohrung (15) des Steuerkolbens (14) benachbarten Raum und einen mit dem Über­ strömkanal (9) verbundenen Raum (18) unterteilt, der mit dem Druck des Frischgasgemisches beaufschlagt ist, und daß der erste Zylinderraum (24) über einen Verbindungskanal (25) geringen Querschnitts mit dem Verbrennungsraum des Arbeits­ zylinders (11) in Verbindung steht.

3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (14) durch eine Feder (17) in die erste Stellung vorgespannt ist.

4. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Verdichtungsraum (7) des Laders benachbarte Trennwand (27) einen Strömungskanal (8) aufweist, der mit einem Ende in die Bohrung mündet, durch die die Kolbenstange (2) abgedichtet hindurchgeführt ist, daß das andere Ende des Strömungskanals (8) mit der Überströmleitung (9) verbunden ist, und daß die Aussparung (3) in der Kolben­ stange mit einer derartigen axialen Länge gebildet ist, daß der Strömungskanal (8) mit dem Laderraum (7) in der unteren Tot­ punktstellung der Kolben (5, 10, 20) verbunden ist.