WO1996012875A1 - Kolbenintegrierte steuerung für zweitakt- oder viertakt-brennkraftmaschinen sowie brennkraftmaschine mit einer derartigen steuerung - Google Patents

Kolbenintegrierte steuerung für zweitakt- oder viertakt-brennkraftmaschinen sowie brennkraftmaschine mit einer derartigen steuerung Download PDF

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WO1996012875A1
WO1996012875A1 PCT/DE1995/001505 DE9501505W WO9612875A1 WO 1996012875 A1 WO1996012875 A1 WO 1996012875A1 DE 9501505 W DE9501505 W DE 9501505W WO 9612875 A1 WO9612875 A1 WO 9612875A1
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piston pin
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Dirk LÖHR
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Loehr Dirk
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L11/00—Valve arrangements in working piston or piston-rod
    • F01L11/02—Valve arrangements in working piston or piston-rod in piston
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/025—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/027—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle four

Definitions

  • the present invention relates to a piston-internal control 6 , for two-stroke or four-stroke internal combustion engines, in which the control is effected by a piston pin working as a rotary slide valve, which mediates the drive of the crankshaft and is designed as a hollow body rotatable in the piston and provided with cutouts , in which the gas mixture axially enters a suction space on one side and from which the combustion gases on the other side withdraw axially from an outlet space.
  • a piston-integrated control and internal combustion engine with such a control, which is effected by at least one rotary slide valve, which is designed as a hollow body which can be rotated in the piston and is provided with cutouts, in which the gas mixture axially enters a suction space on one side and / or from which the combustion gases on the other hand draw axially out of an outlet space, and wherein the rotation of the rotary valve is mediated by the crankshaft.
  • rotary slide valve which is designed as a hollow body which can be rotated in the piston and is provided with cutouts, in which the gas mixture axially enters a suction space on one side and / or from which the combustion gases on the other hand draw axially out of an outlet space, and wherein the rotation of the rotary valve is mediated by the crankshaft.
  • a generic control for two-stroke internal combustion engines is known from DE-PS 536 393.
  • a rotatable piston pin provided with cutouts and designed as a hollow body is provided, which, as a rotary valve, controls a two-stroke internal combustion engine, an eccentric being applied to the outside of the piston pin, in which the connecting rod engages the crankshaft, one in the piston pin provided chamber-like recess serving as an overflow channel is brought into connection with the crankcase or the cylinder space above the piston, depending on the eccentric positions.
  • the piston cannot be rotated arbitrarily, the piston pin being provided with a stop in order to limit the rotary movement to a pivoting range of less than 360.
  • the piston pin carries out a pendulum movement over an angle of less than 360 to control the motor via the drive of its outer projecting eccentric.
  • Another disadvantage of this known control system is that it can only be used for controlling two-stroke internal combustion engines.
  • a piston pin control using a control cone rotating in a fixedly mounted piston pin is known. This control is intended for double-acting pistons.
  • a piston-integrated control is known from DE-PS 737 045, a fixed piston pin being used which is provided on the outside with a rotatable control sleeve which is fixedly connected to the connecting rod head of the connecting rod and for a two-stroke Internal combustion engine with a crankcase pump and separate flushing and loading slots closes the passage during the piston downward movement until the exhaust slots are uncovered and relaxation takes place or until the flushing slots are opened by the piston.
  • control sleeve is then only rotated by a limited angular range, and in this respect it oscillates back and forth.
  • the object of the invention is therefore to take measures in a piston-integrated control for internal combustion engines according to the preamble of claim 1 and claim 15, which on the one hand further enable simple control for two-stroke internal combustion engines as in DE-PS 536 393 without the use of a large number of complicated components, such as camshafts, tappets, push rods, rocker arms, return springs for the rocker arms and valves, so that there is a small and compact size of the engine and low manufacturing costs, and on the other hand, but especially the control not only is designed for two-stroke but also for four-stroke internal combustion engine, and the derivation of the rotary movement of the rotary valve or piston pin from the crankshaft is possible in a continuous manner.
  • control system is intended to do this further preferably such refinedle fe Be t that the system of transfer ports in the cylinder wall is no longer necessary.
  • a precisely defined separation of the gas flows between fresh gas and exhaust gas is to be provided in a two-stroke internal combustion engine with low resources, which is said to additionally contribute to increasing the performance of this engine principle.
  • the object of the invention is furthermore to take measures in an internal combustion engine with a piston-integrated control according to the preamble of claim 33, so that the internal combustion engine has a piston-integrated control with the aforementioned advantages.
  • the invention has the advantage that the use of a gear transmission and one or more rotating body driven by it in the form of a piston pin or to this end laterally arranged in the piston, the control of the motor can be carried out in the simplest manner, the loading and emptying of the Ver ⁇ combustion chamber is feasible.
  • rotating bodies are structurally simple and can be inserted in the piston approximately in the position of the usual transverse bore of the piston pin in this or a corresponding transverse bore, it being possible to dispense with a valve control and the control of the engine by deriving the rotary movement from that crankshaft can be done by continuous rotation of the rotating piston pin or rotary valve.
  • a plurality of rotatably mounted rotary valves can also be used for the control, one of which, for example, has the intake space and the other one has the outlet space, and at the same time the piston pin can be used as a rotary valve to control the engine.
  • a particular advantage of the control system is that two further cycles 5 to 6 can be implemented between respective cycles 1 to 4. This can lead to a reduction in fuel consumption.
  • This advantage can be implemented particularly well on a rotating piston pin in that the opening for exhaust gas emission remains open longer and only closes towards the end of the 6th cycle.
  • Figure 1 A half-section through the cylinder, the piston and the piston pin which mediates the drive of the crankshaft via a connecting rod, the crankshaft, the bearing journal of the crankshaft and the connecting rod bearing journal engaging there and a frustoconical hollow body surrounding the connecting rod in front view are shown, wherein the hollow body as a frustoconical shaft is part of a gear transmission between a bevel gear of the piston pin and a bevel gear of the journal of the crankshaft and has an upper, smaller and lower, larger bevel gear fixedly attached to it;
  • Figure 2 A representation corresponding to Figure 1, wherein instead of the truncated cone-shaped shaft as part of the gear transmission between the journal of the crankshaft and the underside of the piston pin, a shaft is used which surrounds the connecting rod on the outside and is provided with an equal-sized bevel gear at the top and bottom, the Piston pin is driven so that it rotates once around its axis in the present combustion cycle of a two-act internal combustion engine of 360, while driving the
  • Piston pin in Figure 1 is such that it is in the combustion cycle provided there for a four-stroke internal combustion engine
  • Figure 3 An illustration according to Figure 2, wherein the piston pin compared to Figure 1 and Figure 2 is modified and except for an intake and a
  • Outlet space has a central overflow space and in addition to inlet and outlet slots in the piston pin, two opposite overflow slots are created in the overflow space and in the suction space an additional suction opening, which can be brought into coincidence with a filling opening to the crankshaft space, the charge via a crankcase flushing takes place, while in FIG. 2 a blower charge of the two-stroke internal combustion engine is provided;
  • FIG. 4 A piston side view with a half-cut cylinder for controlling a four-stroke internal combustion engine according to FIG. 1, showing the intake stroke and indicating the piston pin designed as a rotary slide valve and the inlet and outlet opening there and the piston inlet. and piston exhaust port;
  • Figure 5 A section through the cylinder with a plan view of the piston cover, showing the mouth of the piston inlet and piston outlet channel, which represents a rectangular cutout, and with a schematic representation of the piston pin and the radially projecting, protruding around its outside, fixed there arranged gear in dashed lines;
  • Figure 6 A plan view of the piston pin, which is used in the piston according to Figure 5, showing the arrangement or rotational position of the inlet and outlet slots given there;
  • Figure 7 A section through an enlarged
  • Figure 8 An illustration of the development of the piston pin to be used in Figure 1;
  • Figure 9 A development of the piston pin to be used in Figure 2;
  • Figure 10 A development of the piston pin to be used in Figure 3;
  • Compression stroke the combustion stroke (power stroke) is shown in FIG. 14, with a complete rotation of the crankshaft by 360 degrees up to here, and in FIG. 15 the end of the power stroke and in FIG. 16 the piston position in the middle of the exhaust stroke;
  • FIGS. 11-16 A representation of the piston-integrated control according to FIGS. 11-16, with a cross-sectional view through the cylinder and a top view of the piston cover according to FIG. 5 and a comparison of the respectively given rotational position of the piston pin in a top view according to FIG. 6, with the relative position being compared the
  • FIGS. 11-16 or 17-28 A schematic representation of the piston-integrated control for a four-stroke internal combustion engine according to the representation in FIGS. 11-16 or 17-28, showing the cylinder cut in half and the piston shifting in accordance with the combustion cycle in a side view (four-stroke);
  • FIG. 40 A schematic representation of the piston-integrated control for a two-stroke internal combustion engine with crankcase flushing, showing the piston, the piston pin and the cylinder in cross section according to FIG. 3, and also showing the start of the force thrust in FIG.
  • FIG. 41 the start of the power boost
  • FIG. 42 the exhaust stroke
  • FIG. 43 the start of the loading of the combustion chamber through the inlet slot and the laterally opening inlet chamber of the
  • Figure 44 shows the loading of the combustion chamber in the bottom dead center of the piston and Figures 45 and 46 represent the compression of the gases in the combustion chamber with the blower charge switched off;
  • Figure 47 A half section through the cylinder, the piston and the piston pin which conveys the drive of the crankshaft via a connecting rod, as well as a front view of the crankshaft, the connecting rod guided to the piston pin and the arrangement of a gear transmission guided there, which has a frustoconical hollow body according to FIG. 1 and now for controlling a four-stroke internal combustion engine does not rotate the piston pin, but rather a rotary slide valve arranged above it;
  • Figure 48 A piston side view with a half-cut cylinder to control the four-stroke
  • Figure 49 An illustration according to Figure 48, wherein two rotary valves are arranged in the piston above the piston pin, showing the beginning of the
  • FIGS. 2 and 3 While a piston-integrated control for a four-stroke internal combustion engine is shown in the sectional view according to FIG. 1, one for a two-stroke internal combustion engine is shown in FIGS. 2 and 3.
  • the piston pins 3, 41 and 44 according to FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 3 are each designed as rotary slide valves for controlling the motor and each consist of a hollow body rotatable in the piston 1, 100, 101 and provided with cutouts, channels and openings, in which the gas mixture axially enters a suction space 5, 47 on one side and from which the combustion gases exit an outlet space 6, 48 on the other side.
  • the piston pin 61 is not designed as a rotary slide valve, but rather in a parallel plane to the piston pin in the area above it below the piston cover in an additional transverse bore 49, a separate rotary valve 50 than in the piston 102 rotatable and provided with cutouts and channels and openings, in which the gas mixture axially enters on one side into a suction chamber 51 and from which the combustion gases on the other side withdraw axially from an outlet chamber 52.
  • one or more rotating bodies are used in the pistons approximately in the position of the piston pin of known two-stroke or four-stroke internal combustion engines, by means of which the combustion chamber is charged and emptied.
  • the piston or rotary valve designed as a rotating body controls the inlet and outlet of fresh and exhaust gases.
  • the piston pin or rotary valve is driven so that it rotates around its axis once in a combustion cycle of both a four-stroke internal combustion engine and a two-stroke internal combustion engine. This is done by the gearwheel drive used, which is explained in detail below and which derives the rotary movement of the piston pin or rotary Slider from the drive of the crankshaft 4 causes.
  • the gear drive is designed in such a way that a uniform, continuous rotation of the piston pin or rotary slide in the piston is derived from the rotation of the crankshaft, this being possible at a high speed of rotation, since, according to the invention, complicated control components such as camshafts, tappets , Push rods, rocker arms, valves and, above all, return springs for the valves, which limit the higher speeds of motors, are dispensed with.
  • the piston-integrated control system according to FIG. 1 has a piston pin 3 which operates as a rotary slide valve and which is rotatably mounted in a transverse bore 22 according to FIG. 2 in the piston 1. It has recesses, channels and openings so that it controls the inlet and outlet of fresh and exhaust gas via the fresh gas opening 53 and the exhaust gas opening 54.
  • the piston pin is driven via a gear transmission 14, 15 and 16 in such a way that it rotates in the piston in accordance with the control times Take control of the engine.
  • the rack and pinion for the control of a four-stroke internal combustion engine shown in FIGS. 1 and 47 has a frustoconical shaft 14 and for the control of a two-stroke internal combustion engine a hollow cylinder shaft 17. At the ends of the hollow cylinder shaft and the frustoconical shaft there are Bevel gears 15, 16 and 18, 19 (see Figure 1, 2, 3 and 47).
  • a bevel gear 10, 57 is firmly attached to the piston pins 3, 41 according to FIGS. 1 and 2 or 44 according to FIG. 3 or rotary valve 50 according to FIGS. 47 and 55, 56 according to FIG the piston pin or rotary valve can be rotated at the same time.
  • This bevel gear engages in the upper bevel gear 15 in accordance with FIG. 1 or 18 in accordance with FIGS. 2 and 3 or in a bevel gear 60 in accordance with FIGS. 47, 48 and 49 which is freely rotatably mounted on the piston pin 41.
  • the translation or size of the bevel gears used is selected such that for controlling a four-stroke internal combustion engine on two crankshaft revolutions, the inlet and outlet slots 23, 24 which are created in the piston pin 3 and the rotary valve 50, 55, 56 are released and in the control a two-stroke internal combustion engine once with a single crankshaft revolution in the piston pin 41, 44 shown in Figures 2 and 3 inlet and Auslrawschli ze 42, 43 and 45, 46 and further the overflow slots 32, 33 in an embodiment of the two-stroke internal combustion engine according to Figure 3 with a crankcase purge.
  • the control in a four-stroke internal combustion engine can take place in such a way that the piston pin or the rotary valve rotates through 360 per combustion cycle, that is to say with two crankshaft revolutions, and that the piston pin or rotary valve rotates with a two-stroke internal combustion engine - machine also rotates once.
  • the frustoconical shaft 14 When controlling the four-stroke internal combustion engine according to FIGS. 1, 47, 48 and 49, the frustoconical shaft 14 has an upper bevel gear 15 which, in comparison to the otherwise identical bevel gears 9, 10, 16, has only half of the toothing and is half the size.
  • the bevel gear 15 is accordingly only provided with half the toothing and thus half as large as the bevel gears 9, 16, 60, 57, 58 and 59, which are of the same size.
  • the frustoconical shaft 14 and the hollow cylinder shaft 17 are put over the connecting rod 11 for mounting, which is fastened with its connecting rod bush 13 to the bearing journal 8 of the crankshaft 4.
  • the crank rod 11 is then attached with its connecting rod head 12 to the piston pin 3, 41, 44, 61 in the center in the manner shown in FIGS. 1, 2, 3 and 47.
  • a device corresponding to the frustoconical shaft 14 and the hollow cylinder shaft 17 could, however, also be guided and fastened laterally outside the connecting rod, in this respect the frictional connection between the upper and lower gearwheel of this shaft and the gearwheel on the bearing journal 8 of the crankshaft and the gearwheel 10, 60 must be ensured on the piston pin 3, 61 or the piston pin 41, 44.
  • the piston pin 3, 41, 44 and the rotary slide valve 50, 55, 56 become such in the present invention mounted and driven that it represents a continuous, continuously rotating body for controlling the engine.
  • the piston pin according to FIGS. 1, 2 and 3 or rotary slide valve according to FIGS. 47, 48 and 49 is rotated in a targeted manner, the piston pin receiving a further function as a control instrument.
  • the piston pin 3 has an intake chamber 5 and an outlet chamber 6, which are separated from one another by a central partition.
  • the suction and outlet space 5, 6 open laterally and have a constant inner diameter, which is slightly smaller than the outer diameter of the piston pin 3 designed as a hollow cylinder.
  • FIG. 7 In the piston pin cylinder jacket 25, an inlet slot 23 and an outlet slot 24 are created according to FIG. 8, which are placed laterally to the right and left of the dividing wall 7 indicated by dashed lines. On the right side of the partition 7, the radially protruding toothing of the gearwheel 10 firmly attached to the piston pin 3 is indicated. In FIG. 7, this structure is shown as a section in an enlarged cross section. According to FIG. 1 and FIG.
  • an inlet opening 27 and outlet opening 28 are created in the piston cover 26, which are guided through the piston via a piston inlet channel 29 and a piston outlet channel 30 to the piston pin cylinder jacket 25 and there, depending on the rotational position of the piston pin 3, with the inlet slot 23 and the outlet slide 24 can be brought into coincidence, so that fresh gases can flow through the fresh gas opening 53 into the combustion chamber above the piston cover 26 and the burned gases can flow out through the piston outlet channel 30 and the outlet chamber 6 into the exhaust gas opening 54.
  • the piston 1 according to FIG. 1 and 102 and 103 according to FIGS. 47, 48, 49 for a four-stroke internal combustion engine and the piston 101, 100 according to FIGS. 2 and 3 for a two-stroke internal combustion engine have opposite, on their outer cylinder jacket 34, partially circumferential recesses 35, 36, which extend laterally an area above and below the piston pin according to Figures 4, 29-34 and 48, 49.
  • the fresh gases and the burned gases flow in these mutually separate recesses 35, 36, with a precisely defined separation of the gas streams between fresh gas and exhaust gas also being given with a two-stroke engine, which contributes to an increase in the performance of this engine principle.
  • the height of these recesses 35, 36 that is, the sections above and below the transverse bore 22 for receiving the piston pin 3, 41, 44, is dimensioned in this case and the recesses in the cylinder jacket 34 are made such that when the piston is displaced between it
  • the fresh gas opening 53 and the exhaust gas opening 54 are still in the region of the recesses 35, 36 at the top and bottom dead center.
  • the design of the piston pin 41, 44 designed as a hollow body according to FIGS. 2 and 3 for a two-stroke internal combustion engine results from the development of the piston pin according to FIGS. 9 and 10.
  • the piston 101 and piston pin provided for a blower charge 41 according to FIG. 2 is designed corresponding to the piston pin 3 and has only slightly smaller inlet and outlet slots 42, 43, which lead to a suction chamber 5 and an outlet chamber 6, which opens laterally to the piston pin corresponding to the piston pin 3
  • the piston pin 44 used in the piston 100 according to FIG. 3 is modified compared to the control of FIG. 2.
  • the combustion chamber in FIG. 3 is charged by means of a crankcase purge, a filling opening 37 between the piston pin and the underside 40 of the piston and, on the opposite side, a channel 39 being additionally created in the piston 101 according to FIG.
  • the piston pin 44 has an outer suction space 47 and an opposite outlet space 48, an overflow space 31 being created between them.
  • there are two partition walls in the piston pin 44 the overflow slots 32, 33 being indicated on the right and left of the development of the gearwheel 10 in FIG. 10, and the inlet slot and outlet slot 45, 46 on the side outside the partition walls.
  • FIGS. 17-28 The schematic representation of the operation of the piston-integrated control for a four-stroke internal combustion engine shows the supply of fresh gas or burned gases by puncturing the corresponding ones Gas quantities indicated.
  • the opened inlet and outlet openings 27, 28 and piston inlet and piston outlet channels 29, 30 and inlet and outlet slots 23, 24 are provided with reference numerals.
  • FIGS. 17-28 the cylinder 2 shown in cross section and the piston cover 26 shown in plan view are shown in the upper row, as are the inlet openings 27 and 28 of the piston inlet and piston outlet channels 28, 29.
  • the piston pin shown below each has a rotational position such that its inlet slot 23 or outlet slot 24 coincides with the inlet opening 27 or outlet opening 28, the inlet or outlet opening 27, 28 is shown hatched (see FIGS. 19, 20 and 27, 28).
  • FIGS. 29-34 show the schematic representation of the piston-integrated control for a four-stroke internal combustion engine additionally showing the cylinder 2 cut in half and the piston 1 shifting in accordance with the combustion cycle by rotating the crankshaft of 720 pistons 1 in a side view.
  • the recess 35 can be seen laterally in the cylinder jacket 34 of the piston 1 and the mouth there of the piston pin 3 designed as a cylindrical hollow body, the gearwheel 10 fixed thereon and the piston inlet and piston outlet channels 29, 30 being shown in broken lines are shown. Furthermore, one recognizes the inlet slot 23 and the outlet slot 24 of the piston pin.
  • FIGS. 35-40 show a schematic representation of the piston-integrated control for a two-stroke internal combustion engine with crankcase purging, with the combustion cycle during the start of the power boost according to FIG. 35 to the end of the intake stroke according to FIG. 40 in 6 individual drawings shown is.
  • the piston pin 44 which has a roman space 31 and a suction space 47 and an outlet space 48, is in FIG. 35 in such a rotational position that neither its inlet slot 45 nor its outlet slot 46 is in register with the opening of the piston inlet and piston outlet channels 29, 30 .
  • FIG. 35 shows a schematic representation of the piston-integrated control for a two-stroke internal combustion engine with crankcase purging, with the combustion cycle during the start of the power boost according to FIG. 35 to the end of the intake stroke according to FIG. 40 in 6 individual drawings shown is.
  • the piston pin 44 which has a roman space 31 and a suction space 47 and an outlet space 48, is in FIG. 35 in
  • the piston outlet channel 30 is brought into alignment with the outlet slot 46, so that the burned gases can flow out into the exhaust gas opening 54 via the recess 36.
  • the piston pin 44 is in such a rotational position that the combustion chamber can be charged, this being done by venting the crankcase.
  • FIG. 38 This opening of the channels and the rotational position of the piston pin 44 is also given in FIG. 38.
  • the start of the intake stroke is shown in FIG. 39, the filling opening 37 on the underside of the piston and the inlet slots 45 in the intake space 47 of the piston pin 44 being in register.
  • the control according to FIG. 2 is constructed using a piston pin 41, which is connected by the gear transmission 17, 18, 19 with the additional Bevel gears 9 and 10 are continuously rotated during the combustion cycle.
  • a piston pin 41 which is connected by the gear transmission 17, 18, 19 with the additional Bevel gears 9 and 10 are continuously rotated during the combustion cycle.
  • two opposing recesses 35, 36 are created, which are connected to the fresh gas opening 53 and the exhaust gas opening 54 during the displacement of the piston, an exactly defined separation of the gas flows between fresh gas and exhaust gas being achieved with the simplest effort .
  • the cover of the inlet and outlet slots 23, 24 with the outlet openings 27, 28 of the piston is indicated by specifying the reference numbers.
  • the fan connection is made at the fresh gas opening 53 and is not shown as such.
  • the construction of the piston-integrated control for a four-stroke internal combustion engine according to FIG. 1 corresponds exactly to the structure of the control for a two-stroke internal combustion engine with a blower charge of FIG. 2. Since the control device of the four-stroke -The internal combustion engine has to rotate slower than a two-stroke internal combustion engine (360 °) due to the longer 720 cycle, only a different hollow cylinder shaft with a different bevel gear must be used in the gear transmission to drive the piston pin. In contrast, completely identical cylinders are used.
  • the control according to FIG. 47 can also be used for a two-stroke internal combustion engine instead of for a four-stroke internal combustion engine. In the case of the two-stroke internal combustion engine designed as a naturally aspirated engine according to FIG. 3, when using the control for a four-stroke internal combustion engine, the piston pin must also be replaced in addition to the gear transmission.
  • the controls are each designed so that mixing of the fresh gases to be supplied to the combustion chamber with exhaust gases to be discharged therefrom does not occur, so that there is a reduced pollutant emission.
  • the performance of internal combustion engines provided with piston-integrated controls according to the invention does not drop at high speeds either, as is the case when using valve controls insofar as the valves there no longer close exactly at high speeds of, for example, more than 6,000 revolutions per minute.
  • the outlet and the suction space in the piston pin or rotary valve are always opened and closed exactly by their rotation, whereby no unburned fresh gases can be emitted together with exhaust gases.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine kolbenintegrierte Steuerung für Brennkraftmaschinen und eine Brennkraftmaschine mit einer derartigen Steuerung ohne Verwendung von Bauelementen wie Nockenwellen, Stößel, Stößelstangen, Kippheben, Rückstellfedern und Ventile. Die Steuerung wird durch einen oder mehrere Drehschieber (3; 55, 56) bewirkt, welche auch der Kolbenbolzen (3) sein kann und drehbar im Kolben (1; 100; 101; 102; 103) gelagert und mit Ausschnitten, insbesondere einem Ansaugraum (5, 47, 51) und einem Auslaßraum (6, 48, 52) versehen sind, so daß frisches Gasgemisch in den Verbrennungsraum eintritt und Verbrennungsgase abführbar sind. Zumindest an einem der Drehschieber ist ein zusammen mit diesem drehbares, fest angelegtes Zahnrad (10, 60) vorgesehen, welches über ein Zahnradgetriebe (14, 15, 16; 17, 18, 19) oder einen Kettenantrieb zur Herbeiführung der Drehbewegung der Drehschieber mit einem an einem Lagerzapfen (8) der Kurbelwelle (4) befestigten, radial vorstehenden Zahnrad (9) in Kraftwirkung steht. Die Ableitung der Drehbewegung des Drehschiebers bzw. Kolbenbolzens von der Kurbelwelle ist dabei in kontinuierlicher Weise möglich. Die Steuerung und der Antrieb sind dabei nicht nur für Zweitakt- sondern auch für Viertakt-Brennkraftmaschinen verwendbar.

Description

Bezeichnung Kolbenintegrierte Steuerung für Zweitakt¬ oder Viertakt-Brennkraftmaschinen sowie Brennkraftmaschine mit einer derartigen Steuerung
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine kolbeninte6rierte Steuerung, für Zweitakt- oder Viertakt-Brennkraftmaschinen, bei welchen die Steuerung durch einen als Drehschieber arbeitenden Kolbenbolzen bewirkt wird, welcher den Antrieb der Kurbelwelle vermittelt und als ein im Kolben drehbarer und mit Ausschnitten versehener Hohlkörper ausgebildet ist, in welchen das Gasgemisch auf der einen Seite in einen Ansaugraum axial eintritt und aus welchem die Verbrennungs¬ gase auf der anderen Seite aus einem Auslaßraum axial abziehen. Des weiteren betrifft sie eine kolbenintegrierte Steuerung und Brennkraftmaschine mit einer derartigen Steuerung, welche durch zumindest einen Drehschieber bewirkt wird, der als im Kolben drehbarer und mit Ausschnitten versehener Hohlkörper ausgebildet ist, in welchem das Gasgemisch auf der einen Seite in einen Ansaugraum axial eintritt und/oder aus welchem die Verbrennungsgase auf der anderen Seite aus einem Auslaßraum axial abziehen, und wobei die Drehung des Drehschiebers durch die Kurbelwelle vermittelt wird. Stand der Technik
Eine gattungsgemäße Steuerung für Zweitakt-Brennkraft¬ maschinen ist dabei gemäß der DE-PS 536 393 bekannt. Es ist dabei ein drehbarer mit Ausschnitten versehener, als Hohlkörper ausgebildeter Kolbenbolzen vorgesehen, welcher als Drehschieber die Steuerung einer Zweitakt-Brennkraft- maschine vornimmt, wobei außen an dem Kolbenbolzen ein Exzenter angelegt ist, in welchem die Pleuelstange der Kurbelwelle angreift, wobei eine im Kolbenbolzen vorgesehene kammerartige als Überströmkanal dienende Aussparung je nach den Exzenterstellungen in Verbindung mit dem Kurbelgehäuse oder dem Zylinderraum oberhalb des Kolbens gebracht wird.
Die Drehung des Kolbens kann dabei aber nicht beliebig erfolgen, wobei zur Begrenzung der Drehbewegung auf einen Verschwenkungsbereich von kleiner als 360 der Kolbenbolzen mit einem Anschlag versehen ist. Der Kolbenbolzen führt insofern über den Antrieb seines äußeren vorstehenden Exzenters eine Pendelbewegung über einen Winkel von kleiner als 360 zur Steuerung des Motors durch. Weiter nachteilig ist dabei bei dieser bekannten Steuerung, daß diese ledig¬ lich zur Steuerung von Zweitakt-Brennkraftmaschinen verwend¬ bar ist.
Des weiteren ist gemäß der DD-PS 107 751 eine Kolbenbolzen¬ steuerung unter Verwendung eines sich in einem feststehend gelagerten Kolbenbolzen sich drehenden Steuerkegels bekannt. Diese Steuerung ist dabei für doppeltwirkende Kolben vorgesehen.
Des weiteren ist gemäß der DE-PS 737 045 eine kolben¬ integrierte Steuerung bekannt, wobei ein fes stehender Kolbenbolzen verwendet wird, welcher außen mit einer drehbaren Steuerhülse versehen ist, die mit dem Pleuelkopf der Pleuelstange fest verbunden ist und für eine Zweitakt- Brennkraftmaschine mit Kurbelkas tenpumpe und getrennten Spül- und Ladeschlitzen den Durchtritt während des Kolben¬ abwärtsganges bis zur Freilegung der Auspuffschlitze und erfolgter Entspannung bzw. bis nach dem Öffnen der Spül- schlitze durch den Kolben verschließt.
Die Drehung der Steuerhülse erfolgt dabei wiederum lediglich um einen beschränkten Winkelbereich, wobei diese insofern hin und her pendelt.
Die bekannten Steuerungen für Brennkraftmaschinen ohne Verwendung von komplizierten Bauteilen, wie Nockenwellen und Ventile, werden somit unter Verwendung eines sich nicht kontinuierlich drehenden Drehschiebers gesteuert, wobei sich insofern mechanische Belastungen der Steuerteile des Motors und auch Beschränkungen bezüglich der zu erreichenden Drehzahl und Leistung des Motors ergeben.
Aufgabe und Lösung
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, bei einer kolben¬ integrierten Steuerung für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und des Anspruches 15 Maßnahmen zu treffen, welche einerseits weiterhin eine einfache Steuerung für Zweitakt-Brennkraftmaschinen wie bei der DE-PS 536 393 ermöglichen, ohne die Verwendung einer großen Anzahl von komplizierten Bauelementen, wie Nockenwellen, Stößel, Stößelstangen, Kipphebel, Rückstellfedern für die Kipphebel und Ventile, so daß eine geringe und kompakte Baugröße des Motors und geringe Fertigungskosten gegeben sind, und wobei andererseits aber auch speziell die Steuerung nicht nur für Zweitakt- sondern auch für Viertakt-Brennkraftmaschineii auslegbar ist, und dabei die Ableitung der Drehbewegung des Drehschiebers bzw. Kolbenbolzens von der Kurbelwelle in kontinuierlicher Weise möglich ist.
Bei Zweitakt-Brennkraf maschinen soll dabei die Steuerung ferner vorzugsweise derart ausgelefet sein, daß die Anlage von Überströmkanälen in der Zylinderwandung nicht mehr notwendig ist.
Des weiteren soll bei einer Zweitakt-Brennkraftmaschine mit geringen Mitteln eine genaue definierte Trennung der Gasströme zwischen Frischgas und Abgas gegeben sein, was so zusätzlich zur Leistungssteigerung dieses Motorprinzips beitragen soll.
Aufgabe der Erfindung ist des weiteren bei einer Brennkraft¬ maschine mit kolbenintegrierter Steuerung nach dem Ober¬ begriff des Anspruches 33 Maßnahmen zu treffen, so daß die Brennkraftmaschine eine kolbenintegrierte Steuerung mit den vorab genannten Vorteilen aufweist.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruches 1 und 15 sowie des Anspruches 33 gelöst.
Die Ansprüche 2-14 und 16-32 betreffen dabei besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß durch die Verwendung eines Zahnradgetriebes und einer oder mehrerer durch dieses angetriebene rotierender Körper in Form eines Kolbenbolzens oder dazu seitlich im Kolben angeordneter Drehschieber die Steuerung des Motors in einfachster Weise erfolgen kann, wobei insofern die Beschickung und Entleerung des Ver¬ brennungsraumes durchführbar ist.
Diese rotierenden Körper sind konstruktiv einfach und lassen sich in den Kolben ungefähr in der Position der üblichen Querbohrung des Kolbenbolzens in dieser oder eine ent¬ sprechende Querbohrung einsetzen, wobei insofern auf eine Ventilsteuerung verzichtet werden kann und die Steuerung des Motors unter Ableitung der Drehbewegung von der Kurbelwelle mittels kontiniuerlicher Drehung des rotierend gelagerten Kolbenbolzens bzw. Drehschiebers erfolgen kann. Dabei können zur Steuerung auch mehrere drehbar gelagerte Drehschieber verwendet werden, wobei der eine beispielsweise den Ansaug- räum und der andere den Auslaßraum aufweist, wobei gleich¬ zeitig der Kolbenbolzen als Drehschieber zur Steuerung des Motors verwendet werden kann.
Ein besonderer Vorteil der Steuerung besteht auch darin, daß zwischen jeweiligen Takten 1 bis 4 zwei weitere Takte 5 bis 6 realisiert werden können. Dies kann zur Minderung des Brennstoffverbrauches führen.
Dieser Vorteil läßt sich an einem rotierenden Kolbenbolzen besonders gut umsetzen, indem die Öffnung für Abgasausstoß länger geöffnet bleibt und sich erst gegen Ende des 6. Taktes schließt.
ZeichnungsbeSchreibung
In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 : Einen Halbschnitt durch den Zylinder, den Kolben und den den Antrieb der Kurbelwelle über eine Pleuelstange vermittelnden Kolbenbolzen, wobei die Kurbelwelle, der Lagerzapfen der Kurbelwelle sowie der dort angreifende Pleuelstangenlager- zapfen und ein kegeistumpfförmiger, die Pleuel¬ stange umgebender Hohlkörper in Vorderansicht dargestellt sind, wobei der Hohlkörper als kegel¬ stumpfförmige Welle Teil eines Zahnradgetriebes zwischen einem Kegelzahnrad des Kolbenbolzens und einem Kegelzahnrad des Lagerzapfens der Kurbel¬ welle ist und ein an ihm fest angelegtes oberes kleineres und unteres größeres Kegelzahnrad aufweist ;
Figur 2 : Eine Darstellung entsprechend Figur 1, wobei statt der kegeistumpfförπigen Welle als Teil des Zahnradgetriebes zwischen Lagerzapfen der Kurbelwelle und der Unterseite des Kolbenbolzens eine Welle verwendet wird, welche die Pleuelstange außen umgibt und oben und unten mit einem gleichgroßen Kegelzahnrad versehen ist, wobei der Kolbenbolzen so angetrieben wird, daß er sich im vorliegende Verbrennungszyklus einer Zwei akt-Brennkraftmaschine von 360 einmal um seine Achse dreht, während der Antrieb des
Kolbenbolzens in Figur 1 derart erfolgt, daß er sich bei dem dort vorgesehenen Verbrennungszyklus für eine Viertakt-Brennkraf maschine von
2 x 360 lediglich nur einmal um seine Achse dreht;
Figur 3 : Eine Darstellung gemäß Figur 2, wobei der Kolbenbolzen gegenüber Figur 1 und Figur 2 abgeändert ist und außer einem Ansaug- und einem
Auslaßraum einen mittleren Überströmraum aufweist und dabei neben Einlaß- und Auslaßschlitze im Kolbenbolzen zwei gegenüber- liegende Überströmschlitze im Überströmraum angelegt sind und in dem Ansaugraum eine zusätzliche Ansaugöffnung, welche in Deckung mit einer Füllöffnung zum Kurbelwellenraum bringbar ist, wobei die Ladung über eine Kurbelgehäuse- Spülung erfolgt, während in Figur 2 eine Gebläse¬ ladung der Zweitakt-Brennkraftmaschine vorgesehen ist;
Figur 4 : Eine Kolben-Seitenansicht mit zur Hälfte ge- schnittenem Zylinder zur Steuerung einer Vier- takt-Brennkraftmaschine gemäß Figur 1 unter Dar¬ stellung des Ansaugtaktes sowie unter Andeutung des als Drehschieber ausgebildeten Kolbenbolzens und der dortigen Einlaß- und Auslaßöffnung sowie des Kolbeneinlaß- und Kolbenauslaßkanals;
Figur 5 : Einen Schnitt durch den Zylinder mit einer Drauf¬ sicht auf den Kolbendeckel unter Darstellung der einen rechteckförmigen Ausschnitt darstellenden Mündung des Kolbeneinlaß- und Kolbenauslaßkanales sowie unter sche atischer Darstellung des Kolben¬ bolzens und des um seine Außenseite geführten, radial vorstehenden, dort fest angeordneten Zahn¬ rades in Strichelung;
Figur 6 : Eine Draufsicht auf den Kolbenbolzen, welcher in dem Kolben gemäß Figur 5 eingesetzt ist, in einer Darstellung der dort gegebenen Anordnung bzw. Drehlage der Einlaß- und Auslaßschlitze;
Figur 7 : Ein Abschnitt durch einen vergrößerten
Querschnitt des Kolbenbolzens unter Darstellung eines Teils des Kolbenbolzenzylindermantels und der über diesen nach außen vorstehenden Zahnung des am Kolbenbolzen fest angeordneten Zahnrades unter Andeutung des Einlaß- und Auslaßschlitzes;
Figur 8 : Eine Darstellung der Abwicklung des in Figur 1 zu verwendenden Kolbenbolzens;
Figur 9 : Eine Abwicklung des in Figur 2 zu verwendenden Kolbenbolzens;
Figur 10: Eine Abwicklung des in Figur 3 zu verwendenden Kolbenbolzens ;
Figur 11-
16 Eine schematische Darstellung der Arbeitsweise der kolbenintegrierten Steuerung für eine Vier- takt-Brennkraftmaschine , wobei in Figur 11 und Figur 12 der Ansaugtakt dargestellt ist, in Figur 13 das Ende des Ansaugtaktes mit Beginn des
Verdichtungstaktes, in Figur 14 der Verbrennungstakt (Krafttakt) dargestellt ist, wobei bis hier hin eine vollständige Umdrehung der Kurbelwelle um 360 erfolgt ist, und in Figur 15 das Ende des Krafttaktes und in Figur 16 die Kolbenstellung in der Mitte des Ausstoßtaktes;
Figur 17-
28 Eine Darstellung der kolbenintegrierten Steuerung gemäß Figur 11 - 16, mit einer Querschnit sansicht durch den Zylinder und einer Draufsicht auf den Kolbendeckel gemäß Figur 5 und einer Gegenüber¬ stellung der jeweils gegebenen Drehstellung des Kolbenbolzens in einer Draufsicht gemäß Figur 6 unter Gegenüberstellung der relativen Lage der
Kolbeneinlaß- und Kolbenauslaßkanäle sowie der Einlaß- und Auslaßschlitze des Kolbenbolzens; F igur 29 -
34 Eine schematische Darstellung der kolbenintegrierten Steuerung für eine Viertakt- Brennkraftmaschine gemäß der Darstellung in Figur 11 - 16 bzw. 17 - 28 unter Darstellung des zur Hälfte geschnittenen Zylinders und des sich entsprechend dem Verbrennungszyklus verschiebenden Kolbens in Seitenansicht (Viertakter);
Figur 35-
40 Eine schematische Darstellung der kolben¬ integrierten Steuerung für eine Zweitakt-Brenn- kraf maschine mit Kurbelgehäusespülung unter Darstellung des Kolbens, des Kolbenbolzens und des Zylinders im Querschnitt gemäß Figur 3, sowie unter Darstellung des Kraftschubbeginns in Figur
35, des Ausstoßens der Verbrennungsgase in Figur
36, des Ladens des Verbrennungsraumes (Gaszu¬ führung) in Figur 37, der Fortführung der Ladung gemäß Figur 38, wobei der Kolben den unteren Tod¬ punkt erreicht, des Beginns des Ansaugtaktes gemäß Figur 39, wobei die Füllöffnung an der Unterseite des Kolbens und die untere Ansaug¬ öffnung im Ansaugraum des Kolbenbolzens in Deckung sind, so daß Frischgase in den Kurbelraum gelangen, und des Endes des Ansaugtaktes gemäß Figur 40, wobei der Kolben seinen oberen Todpunkt in etwa erreicht und die Kurbelwelle insgesamt bei dem vorgegebenen Verbrennungszyklus der Zweitakt-Brennkraftmaschine sich um 360 gedreht hat;
Figur 41-
46 Eine schematische Darstellung der kolben- integrierten Steuerung für eine Zweitakt-
Brennkraftmaschine mit Gebläseladung unter Darstellung des Kolbens, Kolbenbolzens und Zylinders in Querschnitt gemäß Figur 2, wobei
Figur 41 den Kraftschubeginn , Figur 42 den Ausstoßtakt, Figur 43 den Beginn des Ladens des Verbrennungsraumes durch den Einlaßschlitz und den seitlich sich öffnenden Einlaßraum des
Kolbenbolzens über den äußeren Gebläseanschluß, Figur 44 das Laden des Verbrennungsraumes im unteren Todpunkt des Kolbens und Figur 45 und 46 die Verdichtung der Gase im Verbrennungsraum unter Abstellung der Gebläseladung darstellen;
Figur 47: Einen Halbschnitt durch den Zylinder, den Kolben und den den Antrieb der Kurbelwelle über eine Pleuelstange vermittelnden Kolbenbolzen, sowie eine Vorderansicht der Kurbelwelle, der zum Kolbenbolzen geführten Pleuelstange und der Anordung eines dort geführten Zahnradgetriebes, welches einen kegeistumpfförmigen Hohlkörper gemäß Figur 1 aufweist und nunmehr zur Steuerung einer Viertakt-Brennkraftmaschine nicht den Kolbenbolzen dreht, sondern einen oberhalb davon angeordneten Drehschieber;
Figur 48: Eine Kolben-Seitenansicht mit zur Hälfte ge- schnittenem Zylinder zur Steuerung der Viertakt-
Brennkraftmaschine gemäß Figur 47 unter sche- matischer Darstellung des Kolbenbolzens und des oberhalb davon angeordneten Drehschiebers sowie des Eingriffs des den Kolbenbolzen umgebenden Zahnrades mit dem Zahnrad des Drehschiebers unter
Darstellung des Ansaugtaktes gemäß Figur 4;
Figur 49: Eine Darstellung gemäß Figur 48, wobei im Kolben zwei Drehschieber oberhalb des Kolbenbolzens angeordnet sind unter Darstellung des Beginns des
Ansaugtaktes einer Viertakt-Brennkraftmaschine gemäß Figur 11; Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
Die Erfindung wird im folgenden anhand von zwei in den Zeichnungen dargestellten unterschiedlichen Ausführungs- formen der kolbenintegrierten Steuerung für eine Viertakt- Brennkraftmaschine und eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Gebläseladung und Kurbelgehäusespülung näher erläutert.
Während in der Schnittansicht gemäß Figur 1 eine kolben- integrierte Steuerung für eine Viertakt-Brennkraftmaschine dargestellt ist, ist in den Figuren 2 und 3 eine solche für eine Zweitakt-Brennkraf maschine dargestellt. Die Kolben¬ bolzen 3, 41 und 44 gemäß Figur 1, Figur 2 und Figur 3 sind dabei jeweils als Drehschieber für die Steuerung des Motors ausgebildet und bestehen jeweils aus einem im Kolben 1, 100,101 drehbaren und mit Ausschnitten sowie Kanälen und Öffnungen versehenen Hohlkörper, in welchem das Gasgemisch auf der einen Seite in einen Ansaugraum 5, 47 axial eintritt und aus welchen die Verbrennungsgase auf der anderen Seite aus einem Auslaßraum 6, 48 austreten.
Im Gegensatz zu dieser Steuerung ist in einer in Figur 47 dargestellten zweiten Ausführungsform nicht der Kolbenbolzen 61 als Drehschieber ausgebildet, sondern in einer Parallel- ebene zum Kolbenbolzen im Bereich oberhalb davon unterhalb des Kolbendeckels in einer zusätzlichen Querbohrung 49 ein separater Drehschieber 50 als im Kolben 102 drehbarer und mit Ausschnitten sowie Kanälen und Öffnungen versehener Hohlkörper angelegt, in welchem das Gasgemisch auf der einen Seite in einen Ansaugraum 51 axial eintritt und aus welchem die Verbrennungsgase auf der anderen Seite aus einem Auslaßraum 52 axial abziehen.
Die Zuführung des Gasgemisches erfolgt dabei jeweils in den Zylinder 2 in einen mittleren Bereich der Kolbenlauffläche über eine dort angelegte Frischgasöffnung 53 und eine Abgasöffnung 54. Die Steuerung gemäß Figur 47 und 48 unter Verwendung eines Kolbens 102 und die Abwandlung der Steuerung gemäß Figur 49 unter Verwendung von zwei Drehschiebern 55, 56, welche oberhalb des Kolbenbolzens 44 angelegt sind, ist dabei jeweils für eine Viertakt-Brennkraftmaschine wie in Figur 1 ausgelegt, was im einzelnen zur Steuerung gemäß Figur 1 noch erläutert wird.
Der Antrieb des Drehschiebers oder Kolbenbolzens gemäß Figur 1, 2, 3, 47, 48 und 49 erfolgt dabei jeweils über ein Zahnradgetriebe, welches ein fest am Kolbenbolzen 3, 41, 44 oder am Drehschieber 50, 55 und 56 angeordnetes Kegelzahnrad 10, 57, 58, 59 zur Herbeiführung der Drehbewegung mit einem an einem Lagerzapfen 8 der Kurbelwelle 4 der Brennkraft- maschine befestigten, radial vorstehenden Kegelzahnrad 9 kraftmäßig verbindet, wobei gemäß Figur 47, 48 und 49 ein zusätzliches auf dem Kolbenbolzen 61 angeordnetes, drehbares Kegelzahnrad 60 verwendet wird.
Es v/erden insofern jeweils ein oder mehrere rotierende Körper in den Kolben ungefähr in der Position des Kolben¬ bolzens bekannter Zweitakt- oder Viertakt-Brennkraft¬ maschinen eingesetzt, durch den (die) die Beschickung und Entleerung des Verbrennungsraumes durchgeführt wird.
Insofern bedarf es nicht mehr der Anlage der bekannten Vorrichtungen zur Ventilsteuerung der Ein- und Auslaßvor¬ gänge. Der als rotierender Körper ausgebildete Kolben bzw. Drehschieber steuert dabei den Einlaß und den Auslaß von Frisch- und Abgasen. Der Kolbenbolzen bzw. Drehschieber wird dabei so angetrieben, daß er sich in einem Verbrennungs¬ zyklus sowohl einer Viertakt-Brennkraftmaschine als auch einer Zweitakt-Brennkraf maschine ein einziges Mal um seine Achse dreht. Dies erfolgt dabei durch den im einzelnen noch erläuterten, verwendeten Zahnradantrieb, welcher die Ableitung der Drehbewegung des Kolbenbolzens bzw. Dreh- Schiebers aus dem Antrieb der Kurbelwelle 4 bewirkt.
Der Zahnradantrieb ist dabei jeweils so ausgelegt, daß aus der Drehung der Kurbelwelle eine gleichmäßige fortlaufende Drehung des Kolbenbolzens bzw. Drehschiebers im Kolben abgeleitet ist, wobei dies mit einer hohen Drehgeschwindig¬ keit erfolgen kann, da erfindungsgemäß auf komplizierte Steuerungs-Bauelemente wie Nockenwellen, Stößel, Stößel¬ stangen, Kipphebel, Ventile und vor allem auf höhere Drehzahlen von Motoren begrenzende Rückstellfedern für die Ventile verzichtet wird.
Durch diesen Antrieb des Kolbenbolzens bzw. Drehschiebers und durch eine entsprechende Anordnung von Kanälen und Öffnungen im Kolbenbolzen bzw. Drehschieber und im Kolben selbst, wird dabei der Einlaß der Frischgase bzw. des Auslassen der verbrannten Gase gesteuert, wobei die Ein- und Abführung der Gase im mittleren Bereich der Kolbenlauffläche erfolgt .
Bei einer Zweitakt-Brennkraftmaschine ergibt sich dabei der Vorteil, daß bei einem relativ geringen Aufwand eine genau definierte Trennung der Gasströme zwischen Frischgas und Abgas erzeugt werden kann, was zu einer Leistungssteigerung dieses Motorprinzips beiträgt.
Die kolbenintegrierte Steuerung gemäß Figur 1 weist dabei einen als Drehschieber arbeitenden Kolbenbolzen 3 auf, welcher in einer Querbohrung 22 gemäß Figur 2 im Kolben 1 drehbar gelagert ist. Er weist dabei Ausnehmungen, Kanäle und Öffnungen auf, so daß er den Einlaß und den Auslaß von Frisch- und Abgas über die Frischgasöffnung 53 und die Abgasöffnung 54 steuert. Der Kolbenbolzen wird dabei über ein Zahnradgetriebe 14,15 und 16 derart angetrieben, daß er sich im Kolben entsprechend den Steuerzeiten dreht, um die Steuerung des Motors zu übernehmen. Das Zahnradge riebe für die in Figur 1 und 47 dargestellte Steuerung einer Viertakt- Brennkraf maschine weist dabei eine hohlkegelstumpfförmige Welle 14 auf und für die Steuerung einer Zweitakt-Brenn- kraftmaschine eine Hohlzylinderwelle 17. An den Enden der Hohlzylinderwelle und der hohlkegelstumpfförmigen Welle befinden sich dabei Kegelzahnräder 15, 16 und 18, 19 (siehe Figur 1, 2, 3 und 47).
An den die Steuerung des Motors bewirkenden Kolbenbolzen 3, 41 gemäß Figur 1 und 2 bzw. 44 gemäß Figur 3 oder Dreh¬ schieber 50 gemäß Figur 47 und 55, 56 gemäß Figur 49 ist dabei außermittig ein Kegelzahnrad 10, 57 fest angelegt und somit mit dem Kolbenbolzen bzw. Drehschieber gleichzeitig drehbar. Dieses Kegelzahnrad greift dabei in das obere Kegelzahnrad 15 gemäß Figur 1 bzw. 18 gemäß Figur 2 und 3 oder in ein auf den Kolbenbolzen 41 frei drehbar gelagertes Kegelzahnrad 60 gemäß Figur 47, 48 und 49.
Da das obere Kegelzahnrad 15, 18 mit der kegelstumpfförmigen Welle 14 bzw. der Hohlzylinderwelle 17 fest verbunden ist, und gleiches für das untere Zahnrad 16, 19 gilt, welches mit dem auf dem Lagerzapfen 8 der Kurbelwelle fest angelegten Kegelzahnrad 9 kämmt, wird die Drehung der Kurbelwelle 4 in einer Übersetzung entsprechend der Größe der Kegelzahnräder in eine Drehung des Kolbenbolzens 3, 41, 44 gemäß Figur 1-3 und des Drehschiebers 50 gemäß Figur 47, 48 und 49 über¬ tragen.
Die Übersetzung bzw. Größe der verwendeten Kegelzahnräder ist dabei derart gewählt, daß zur Steuerung einer Viertakt- Brennkraftmaschine auf zwei Kurbelwellenumdrehungen einmal die im Kolbenbolzen 3 und den Drehschieber 50, 55, 56 angelegten Einlaß- und Auslaßschlitze 23, 24 freigegeben werden und bei der Steuerung einer Zweitakt-Brennkraft¬ maschine bei einer einzigen Kurbelwellenumdrehung einmal die im Kolbenbolzen 41, 44 gemäß Figur 2 und 3 angelegten Einlaß- und Auslaßschli ze 42, 43 sowie 45, 46 und des weiteren die Überströmschlitze 32, 33 bei einer Ausführung der Zweitakt-Brennkraftmaschine gemäß Figur 3 mit einer Kurbelgehäusespülung.
Es kann dabei die Steuerung bei einer Viertakt-Brennkraft¬ maschine derart erfolgen, daß der Kolbenbolzen bzw. der Drehschieber pro Verbrennungszyklus, also bei zwei Kurbel- wellenumdrehungen sich um 360 dreht und daß der Kolben¬ bolzen bzw. Drehschieber sich bei einer Zweitakt-Brennkraft- maschine ebenfalls einmal dreht.
Bei der Steuerung der Viertakt-Brennkraftmaschine gemäß Figur 1, 47, 48 und 49 weist dabei die kegeistumpfförmige Welle 14 ein oberes Kegelzahnrad 15 auf, welches im Ver¬ gleich zu den ansonst gleichgroßen Kegelzahnrädern 9, 10, 16 nur die Hälfte der Zahnung aufweist und somit halb so groß ist.
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 47, 48 und 49 ist dabei das Kegelzahnrad 15 entsprechend nur mit der Hälfte der Verzahnung versehen und somit halb so groß wie die Kegel¬ zahnräder 9, 16, 60, 57, 58 und 59, welche gleich groß sind.
In der Ausführung der Steuerung gemäß Figur 2 und 3 sind dagegen sämtliche Kegelzahnräder 9, 10, 18, 19 gleich groß, so daß die Übersetzung 1 : 1 zwischen der Drehung des Kegelzahnrades 19 und der Drehung des Kolbenbolzens 41, 44 gegeben ist.
Die kegeistumpfförmige Welle 14 und die Hohlzylinderwelle 17 werden dabei zur Montage über die Pleuelstange 11 gestülpt, welche mit ihrer Pleuelstangenbuchse 13 auf dem Lagerzapfen 8 der Kurbelwelle 4 befestigt ist. Anschließlich wird die Kurbelstange 11 mit ihrem Pleuelstangenkopf 12 an dem Kolbenbolzen 3, 41, 44, 61 in der in Figur 1, 2, 3 und 47 dargestellten Weise mittig befestigt.
Eine Vorrichtung entsprechend der kegeistumpfförmigen Welle 14 und der Hohlzylinderwelle 17 könnte dabei aber auch seitlich außerhalb der Pleuelstange geführt und befestigt sein, wobei insofern der Kraftschluß zwischen dem oberen und unteren Zahnrad dieser Welle und dem Zahnrad auf dem Lagerzapfen 8 der Kurbelwelle sowie dem Zahnrad 10, 60 auf dem Kolbenbolzen 3, 61 bzw. dem Kolbenbolzen 41,44 sicher¬ gestellt sein muß.
Von dem auf dem Lagerzapfen der Kurbelwelle fest ange¬ ordneten Zahnrad 9 aus bzw. dessen Verzahnung wird dabei die kegelstumpfförmige Welle 14 und die Hohlzylinderwelle 17, welche oben und unten Verzahnungen besitzt, wie ein Kardan angetrieben und somit der ein mit dem oberen Zahnrad in Kraftwirkung stehendes Zahnrad aufweisende Kolbenbolzen 3, 41, 44 gemäß Figur 1, 2, 3 bzw. ein geometrischer Körper, der als Drehschieber gemäß Figur 47, 48, 49 arbeitet derart angetrieben, daß er die Steuerfunktion des Motors übernimmt. Dabei ist es auch möglich, den Mittelteil der Pleuelstange 11 derart zu gestalten, daß sie nicht nur die bisher bekannte Funktion übernimmt, also die bei der Verbrennung des Kraftstoff-Luftgemisches entstehende Schubkraft des Kolbens auf die Kurbelwelle überträgt, sondern selber als Kardan ausgebildet und als Drehmittler zwischen Kurbelwelle und Kolbenbolzen fungiert.
Bei der vorliegenden Erfindung wird insofern der Kolben¬ bolzen 3, 41, 44 und der Drehschieber 50, 55, 56 derart gelagert und angetrieben, daß er ein kontiniuerlicher fortlaufend rotierender Körper zur Steuerung des Motors darstellt. Der Kolbenbolzen gemäß Figur 1, 2 und 3 bzw. Drehschieber gemäß Figur 47, 48 und 49 wird dabei gezielt gedreht, wobei der Kolbenbolzen als Steuerinstrument eine weitere Funktion erhält.
Gemäß Figur 1 weist dabei der Kolbenbolzen 3 einen Ansaug¬ raum 5 und einen Auslaßraum 6 auf, welche durch eine mittige Trennwand voneinander getrennt sind. Der Ansaug- und Auslaßraum 5, 6 öffnen sich dabei seitlich und weisen dabei einen gleichbleibenden Innendurchmesser auf, welcher etwas geringer als der Außendurchmesser des als Hohlzylinder ausgebildeten Kolbenbolzens 3 ist.
Im Kolbenbolzenzylindermantel 25 sind dabei gemäß Figur 8 ein Einlaßschlitz 23 und ein Auslaßschlitz 24 angelegt, welche seitlich rechts bzw. links der dort durch Strichelung angedeuteten Trennwand 7 angelegt sind. Rechts seitlich der Trennwand 7 ist dabei die radial vorstehende Verzahnung des auf den Kolbenbolzen 3 fest angelegten Zahnrades 10 ange¬ deutet. In Figur 7 ist dabei dieser Aufbau in einem ver¬ größerten Querschnitt als Abschnitt wiedergegeben. Gemäß Figur 1 und Figur 5 ist dabei in dem Kolbendeckel 26 eine Einlaßöffnung 27 und Auslaßöffnung 28 angelegt, welche über einen Kolbeneinlaßkanal 29 und einen Kolbenauslaßkanal 30 bis zum Kolbenbolzenzylindermantel 25 durch den Kolben geführt sind und dort je nach Drehstellung des Kolbenbolzens 3 mit dem Einlaßschlitz 23 und dem Auslaßschlit 24 in Deckung bringbar sind, so daß Frischgase über die Frischgas¬ öffnung 53 in den Verbrennungsraum oberhalb des Kolben¬ deckels 26 einströmen können und die verbrannten Gase über den Kolbenauslaßkanal 30 und den Auslaßraum 6 in die Abgasöffnung 54 abströmen können.
In dem Kolben 1, 100, 101, 102, 103 sind dabei gemäß Figur 1, 2, 3, 47 zusätzliche Ausnehmungen neben dem Kolbeneinlaß- und Auslaßkanal und der Querbohrung 22 zur Lagerung des Kolbenbolzens angelegt, wobei an der Unterseite des Kolbens 40 insofern eine Eintrittsöffnung 20, 21 zum Einbringen des Kopfes der Pleuelstange 11 und der auf sie gesetzten kegeistumpfförmigen Welle 14 oder hohlzylinderförmigen Welle 17 angelegt ist. Des weiteren ist mittig oberhalb des Kolbenbolzens eine konzentrisch um diesen umlaufende Ausnehmung angelegt, in welcher das Zahnrad 10 und 60 sowie der Pleuelstangenkopf mit den nach oben oder seitlich vor¬ stehenden Teilen zur Aufnahme kommen.
Der Kolben 1 gemäß Figur 1 sowie 102 und 103 gemäß Figur 47, 48, 49 für eine Viertakt-Brennkraftmaschine als auch der Kolben 101, 100 gemäß Figur 2 und 3 für eine Zweitakt- Brennkraftmaschine weisen dabei an ihrem äußeren Zylinder¬ mantel 34 gegenüberliegende, teilweise in Umfangsrichtung umlaufende Ausnehmungen 35, 36 auf, welche sich seitlich einem Bereich oberhalb und unterhalb des Kolbenbolzens zusätzlich gemäß Figur 4, 29-34 und 48, 49 erstrecken.
In diesen voneinander getrennten gegenüberliegenden Aus¬ nehmungen 35, 36 strömen dabei die Frischgase und die verbrannten Gase, wobei auch bei einem Zweitakter eine genau definierte Trennung der Gasströme zwischen Frischgas und Abgas gegeben ist, was zu einer Leistungssteigerung dieses Motorprinzips beiträgt. Die Höhe dieser Ausnehmungen 35, 36, also die Abschnitte oberhalb und unterhalb der Querbohrung 22 zur Aufnahme des Kolbenbolzens 3, 41, 44 ist dabei derart bemessen und die Anlage dieser Ausnehmungen im Zylinder¬ mantel 34 derart vorgenommen, daß bei Verschiebung des Kolbens zwischen seinem oberen und unteren Todpunkt die Frischgasöffnung 53 und Abgasöffnung 54 noch im Bereich der Ausnehmungen 35, 36 liegen. Durch eine entsprechende Bemessung der Höhe dieser Ausnehmungen können dabei die Ausström- und Einströmzeiten für die Frischgase und die verbrannten Gase verlängert werden.
Die Ausbildung des als Hohlkörper ausgebildeten Kolbenbolzen 41, 44 gemäß Figur 2 und 3 für eine Zweitakt-Brennkraft- maschine ergibt sich dabei aus der Abwicklung des Kolben¬ bolzens gemäß Figur 9 und 10. Während der für eine Gebläse¬ ladung vorgesehene Kolben 101 und Kolbenbolzen 41 gemäß Figur 2 entsprechend dem Kolbenbolzen 3 ausgebildet ist und dabei lediglich etwas kleiner bemessene Einlaß- und Auslaß- schlitze 42, 43 aufweist, welche zu einem Ansaugraum 5 und einem Auslaßraum 6 führen, der sich seitlich des Kolben¬ bolzens entsprechend dem Kolbenbolzen 3 öffnet, ist der gemäß Figur 3 im Kolben 100 verwendete Kolbenbolzen 44 gegenüber der Steuerung der Figur 2 abgewandelt. Insofern erfolgt die Ladung des Verbrennungsraumes in Figur 3 über eine Kurbelgehäusespülung, wobei in dem Kolben 101 gemäß Figur 2 zusätzlich seitlich zur Eintrittsöffnung 21 eine Füllöffnung 37 zwischen Kolbenbolzen und Unterseite 40 des Kolbens sowie auf der gegenüberliegenden Seite ein Kanal 39 angelegt ist.
Ansonsten entspricht der Aufbau des in Figur 3 verwendeten Kolbens 100 dem des Kolbens 101 der Figur 2. Der Kolben¬ bolzen 44 weist dabei einen äußeren Ansaugraum 47 und einen gegenüberliegenden Auslaßraum 48 auf, wobei zwischen diesen ein Überströmraum 31 angelegt ist. Es sind insofern im Kolbenbolzen 44 zwei Trennwandungen gegeben, wobei in Figur 10 seitlich rechts und links der Abwicklung des Zahnrades 10 die Überströmschlitze 32, 33 angedeutet sind und seitlich außerhalb der Trennwandungen der Einlaßschlitz und Auslaß- schlitz 45 , 46.
In der schematischen Darstellung der Arbeitsweise der kolbenintegrierten Steuerung für eine Viertakt-Brennkraft- maschine ist jeweils die Zuführung von Frischgas bzw. verbrannter Gase durch Punktierung der entsprechenden Gasmengen angedeutet. Es sind dabei jeweils die geöffneten Einlaß- bzw. Auslaßöffnungen 27, 28 und Kolbeneinlaß- und Kolbenauslaßkanäle 29, 30 sowie Einlaß- und Auslaßschlitze 23, 24 mit Bezugszeichen versehen. In den Figuren 17-28 ist dabei in der oberen Reihe jeweils der im Querschnitt darge¬ stellte Zylinder 2 und in Draufsicht dargegebene Kolben¬ deckel 26 wiedergegeben sowie die Einlaßöffnung 27 und 28 des Kolbeneinlaß- und Kolbenauslaßkanales 28, 29. In dem Fall, daß der unterhalb davon jeweils wiedergegebene Kolbenbolzen eine derartige Drehstellung hat, daß sein Einlaßschlitz 23 bzw. Auslaßschlitz 24 in Deckung mit der Einlaßöffnung 27 bzw. Auslaßöffnung 28 gerät, ist dabei die Einlaß- bzw. Auslaßöffnung 27, 28 schraffiert dargestellt (siehe Figur 19, 20 und 27, 28).
In den Figuren 29 - 34 ist dabei die schematische Dar¬ stellung der kolbenintegrierten Steuerung für eine Viertakt- Brennkraftmaschine zusätzlich unter Darstellung des zur Hälfte geschnittenen Zylinders 2 und des sich entsprechend dem Verbrennungszyklus über eine Drehung der Kurbelwelle von 720 verschiebenden Kolbens 1 in Seitenansicht wiedergegeben. Es ist dabei jeweils die Ausnehmung 35 seitlich in dem Zylindermantel 34 des Kolbens 1 zu erkennen sowie die dortige Mündung des als zylinderförmiger Hohlkörper ausge- bildeten Kolbenbolzens 3, wobei in Strichelung das auf diesen fest angeordnete Zahnrad 10 und die Kolbeneinlaß- und Kolbenauslaßkanäle 29, 30 dargestellt sind. Ferner erkennt man den Einlaßschlitz 23 und den Auslaßschlitz 24 des Kolbenbolzens .
Gemäß Figur 3 ist dabei in den Figuren 35 - 40 in einer schematischen Darstellung die kolbenintegrierte Steuerung für eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Kurbelgehäuse¬ spülung dargestellt, wobei in 6 einzelnen Zeichnungen der Verbrennungszyklus während des Kraftschubbeginns gemäß Figur 35 bis zum Ende des Ansaugtaktes gemäß Figur 40 dargestellt ist. Der einen Übers römraum 31 sowie einen Ansaugraum 47 und einen Auslaßraum 48 aufweisende Kolbenbolzen 44 befindet sich dabei in Figur 35 in einer derartigen Drehstellung, daß weder sein Einlaßschlitz 45 noch sein Auslaßschlitz 46 mit der Öffnung des Kolbeneinlaß- und Kolbenauslaßkanals 29, 30 in Deckung ist. Entsprechendes gilt dabei für die Überström¬ schlitze 32, 33 der Überströmöffnung 31. Dagegen ist in Figur 36 der Kolbenauslaßkanal 30 mit dem Auslaßschlitz 46 in Deckung gebracht, so daß die verbrannten Gase über die Ausnehmung 36 in die Abgasöffnung 54 ausströmen können. Gemäß Figur 37 befindet der Kolbenbolzen 44 sich dabei in einer derartigen Drehstellung, daß ein Laden des Ver¬ brennungsraumes erfolgen kann, wobei dies über eine Ent¬ lüftung des Kurbelgehäuses erfolgt. Es ist dabei vom Kugelgehäuse aus eine Verbindung über den Überströmraum 31 in den Kolbeneinlaßkanal 29 gegeben, wobei der Überström¬ schlitz 32 des Überströmraumes 31 in Deckung mit dem Kanal 39 an der Unterseite des Kolbens sich befindet, so daß das Frischgas aus dem Kurbelgehäuse über den zweiten Überströ - schlitz 32 und den Kolbeneinlaßkanal 29 in den Verbrennungs¬ raum gelangt.
Diese Öffnung der Kanäle und Drehstellung des Kolbenbolzens 44 ist dabei ebenfalls in Figur 38 gegeben. In Figur 39 ist dabei der Beginn des Ansaugtaktes dargestellt, wobei die Füllöffnung 37 an der Unterseite des Kolbens und der Einlaßschlitze 45 im Ansaugraum 47 des Kolbenbolzens 44 in Deckung sind.
In der schematischen Darstellung der kolbenintegrierten Steuerung für eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Gebläse¬ ladung gemäß Figur 41 - 46 erfolgt dabei ein Aufbau der Steuerung gemäß Figur 2, wobei ein Kolbenbolzen 41 verwendet wird, welcher durch das Zahnradgetriebe 17, 18, 19 mit den zusätzlichen Kegelzahnrädern 9 und 10 kontinuierlich während des Verbrennungszyklusses gedreht wird. Es sind dabei wieder im Zylindermantel 34 des Kolbens 101 zwei gegenüberliegende Ausnehmungen 35, 36 angelegt, welche während der Ver¬ schiebung des Kolbens in Verbindung mit der Frischgasöffnung 53 und der Abgasöffnung 54 stehen, wobei mit einfachstem Aufwand eine genaue definierte Trennung der Gasströme zwischen Frischgas und Abgas erreicht wird. Es ist dabei jeweils die Deckung der Einlaß- und Auslaßschlitze 23, 24 mit den Auslaßöffnungen 27, 28 des Kolbens durch Angabe der Bezugsziffern angedeutet.
Der Gebläseanschluß erfolgt dabei an der Frischgasöffnung 53 und ist als solcher nicht dargestellt.
Wie sich im einzelnen aus den Zeichnungen und der Zeichungs- beschreibung ergibt, entspricht die kolbenintegrierte Steuerung für eine Viertakt-Brennkraftmaschine gemäß Figur 1 in ihrem Aufbau exakt dem Aufbau der Steuerung für eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Gebläseladung der Figur 2. Da die Steuereinrichtung der Viertakt-Brennkraftmaschine auf Grund des längeren 720 -Zyklusses langsamer drehen muß als eine Zweitakt-Brennkraftmaschine (360°) muß dabei lediglich im Zahnradgetriebe eine andere Hohlzylinderwelle mit einem anderen Kegelzahnrad zum Antrieb des Kolbenbolzens verwendet werden. Dagegen werden vollkommen baugleiche Zylinder verwendet. Dabei kann auch entsprechend die Steuerung gemäß Figur 47 statt für eine Viertakt-Brennkraftmaschine für eine Zweitakt-Brennkraftmaschine verwendet werden. Bei der als Saugmotor ausgebildeten Zweitakt-Brennkraftmaschine gemäß Figur 3 muß dabei bei Verwendung der Steuerung für eine Viertakt-Brennkraftmaschine außer dem Zahnradgetriebe auch noch der Kolbenbolzen ausgetauscht werden.
Die Steuerungen sind dabei jeweils so ausgelegt, daß eine Vermischung von dem Verbrennungsraum zuzuführenden Frisch- gasen mit aus diesem abzuführenden Abgasen nicht eintritt, so daß eine verringerte Schadstoffemission vorliegt. Die Leistungen von mit erfindungsgemäßen kolbenintegrierten Steuerungen versehenen Brennkraftmaschinen fallen dabei auch nicht bei hohen Drehzahlen ab, wie dies dagegen bei Ver¬ wendung von Ventilsteuerungen insofern gegeben ist, als dort bei hohen Drehzahlen von z.B. über 6.000 Umdrehungen pro Minute die Ventile nicht mehr exakt schließen. Dagegen werden bei Verwendung der kolbenintegrierten Steuerung der Auslaß- und der Ansaugraum im Kolbenbolzen bzw. Drehschieber immer exakt durch deren Drehung geöffnet und geschlossen, wobei keine unverbrannten Frischgase zusammen mit Abgasen ausgestoßen werden können.
B e z u g s z i f f e r n l i s t e
1,100,101,
102, 103 Kolben 2 Zylinder
3 Kolbenbolzen (Figur 1)
4 Kurbelwelle
5 Ansaugraum (Figur 1, 2)
6 Auslaßraum (Figur 1, 2) 7 Trennwand
8 Lagerzapfen der Kurbelwelle
9 Kegelzahnrad am Lagerzapfen der Kurbelwelle
10 Kegelzahnrad am Kolbenbolzen (Figur 1,2,3)
11 Pleuelstange 12 Pleuelstangenkopf
13 Pleuelstangenlagerbuchse
14 Kegelstumpfförmige Welle
15,16 oberes und unteres Kegelzahnrad am Kegelstumpf 14,15,16 Zahnradgetriebe (Figur 1,47) 17 Hohlzylinderwelle
18,19 oberes und unteres Kegelzahnrad am Hohlzylinder
17,18,19 Zahnradgetriebe (Figur 2,3)
20 Öffnung an der Unterseite des Kolbens
(Figur 1,47) 21 Öffnung an der Unterseite des Kolbens
(Figur 2,3) 22 Querbohrung zur Lagerung des Kolbenbolzens
(Figur 1,2,3)
Einlaßschlitz (Figur 1)
24 Auslaßschlitz (Figur 1)
25 Kolbenbolzenzylindermantel
26 Kolbendeckel
27 Einlaßöffnung
28 Auslaßöffnung
29 Kolbeneinlaßkanal 30 Kolbenauslaßkanal 31 Überströmraum (Figur 3)
32,33 Überströmschlitze (Figur 3, 10)
34 Zylindermantel des Kolbens
35,36 gegenüberliegende Ausnehmungen am Zylinder- antel
37 Füllöffnung zwischen Kolbenbolzen und der Unter¬ seite des Kolbens (Figur 3, 40)
38 Ansaugöffnung im Kolbenbolzen (Figur 3,40)
39 Kanal an der Unterseite des Kolbens (Figur 3,40) 40 Unterseite des Kolbens
41 Kolbenbolzen (Figur 2, Gebläseladung)
42 Einlaßschlitz des Kolbenbolzens (Figur 2)
43 Auslaßschlitz (Figur 2)
44 Kolbenbolzen (Figur 3, Kurbelgehäusespülung) 45 Einlaßschlitz (Figur 3)
46 Auslaßschlitz (Figur 3)
47 Ansaugraum (Figur 3)
48 Auslaßraum (Figur 3)
49 Querbohrung im Kolben 102 (Figur 47) 50 separater Drehschieber (Figur 47)
51 Ansaugraum (Figur 47)
52 Auslaßraum (Figur 48)
53 Frischgasöffnung
54 Abgasöffnung 55,56 Drehschieber (Figur 49)
57 Kegelzahnrad am Drehschieber (50)
58 Kegelzahnrad am Drehschieber (55)
59 Kegelzahnrad am Drehschieber (56)
60 frei um den Kolbenbolzen (61) drehbares Kegelzahnrad
61 Kolbenbolzen (Figur 47,48,49)
62 Kolbeneinlaßöffnung (Figur 47)
63 Kolbenauslaßöffnung (Figur 47)
64 axiale Eintrittsöffnung des Drehschiebers (50) 65 axiale Austrittsöffnung des Drehschiebers (50)

Claims

A n s p r ü c h e
1. Kolbenintegrierte Steuerung für Zweitakt- oder Viertakt- Brennkraftmaschinen, bei welchen die Steuerung durch einen als Drehschieber arbeitenden Kolbenbolzen bewirkt wird, welcher den Antrieb der Kurbelwelle vermittelt und als ein im Kolben drehbarer und mit Ausschnitten ver¬ sehener Hohlkörper ausgebildet ist, in welchen das Gasgemisch auf der einen Seite in einen Ansaugraum axial eintritt und aus welchem die Verbrennungsgase auf der anderen Seite aus einem Auslaßraum axial abziehen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an dem Kolbenbolzen (3,100,101) ein zusammen mit diesem drehbares Zahnrad (10) fest angelegt ist, welches unmittelbar über ein Zahnradgetriebe ( 14 ,15 , 16 ; 17 ,18 , 19) oder ein Ke tenantrieb zur Herbeiführung der Drehbewegung mit einem an einem Lagerzapfen (8) der Kurbelwelle (4) befestigtes, radial vorstehendes Zahnrad (9) unter Ableitung der Drehbewegung aus dem Antrieb der Kurbel- welle (4) in Kraftwirkung steht.
2. Kolbenintegrierte Steuerung nach Anspruch 1, d a d u r c h 0 e k e n n z e i c h n e t , daß das an dem Kolbenbolzen angelegte Zahnrad (10) als radial vorstehender, über den Umfang des Zylindermantels (34) des Kolbenbolzens (3,100,101) geführter Zahnkranz ausgebildet ist.
3. Kolbenintegrierte Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Zahnradgetriebe (14,15,16) für ein Viertaktmotor das auf dem Kolbenbolzen (3) radial nach außen vorstehende, fest angelegte Zahnrad (10) als Kegelzahnrad mit einem in einer Ebene um 90 versetzten Kegelzahnrad (15) kämmt, welches auf dem oberen Ende einer nach dort konisch zulaufenden durch eine Öffnung des Kolbens bis unter den Kolbenbolzen (3) geführten kegeistumpfförmigen Welle (,14; angelegt ist, welche zur Pleuelstange (11) in Längsrichtung bis zur Pleuelstangenlagerbuchse (13) geführt ist und an diesem Ende ein zum oberen Kegelzahn- rad (15; in einer parallelen Ebene angeordnetes, über den Außenmantel radial vorstehendes, fest angelegtes Kegel¬ zahnrad (16) aufweist, das mit dem auf dem Lagerzapfen (8) der Kurbelwelle fest angelegten Kegelzahnrad (9) kämmt, wobei die Übersetzung 1 : 2 ist, und somit der Kolbenbolzen (3) sich lediglich um eine halbe Umdrehung gegenüber der der Kurbelwelle (4) dreht.
4. Kolbenintegrierte Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zum Antrieb einer Zweitakt-Brennkraftmaschine das Zahnradgetriebe (17,18,19) eine Hohlzylinderwelle (17) aufweist, welche die Pleuelstange (11) umgibt und an ihrem oberen Ende durch eine Öffnung (21) des Kolbens (100,101) bis unter den Kolbenbolzen (41,44) geführt ist und dort ein an ihr fest angeordnetes Kegelzahnrad (18) und an ihrem anderen Ende ebenfalls ein fest ange¬ ordnetes, parallel zum oberen Kegelzahnrad (18) aus¬ gerichtetes Kegelzahnrad (19) aufweist, welches mit einem oberen am Kolbenbolzen (41,44) fest angeordneten, radial vorstehenden Kegelzahnrad (10) bzw. mit einem an dem Lagerzapfen (8) der Kurbelwelle fest angeordneten, radial vorstehenden Kegelzahnrad kämmt, wobei die Übersetzung 1 : 1 ist.
5. Kolbenintegrierte Steuerung nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kolbenbolzen (3; 61) in der Mitte des Kolbens eine Trennwand (7) aufweist, so daß sich dieser seitlich nach rechts und links über einen Ansaug- und Auslaßraum (5,6) axial öffnet, und wobei zu diesen Räumen im Kolben¬ bolzenzylindermantel seitlich zumindest ein Einlaß- oder /12875 ein Auslaßschlitz (23,24) angelegt ist.
6. Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kolbenbolzen (44) einen äußeren Ansaugraum (47) und einen Auslaßraum (,48) sowie einen mittleren Überströmraum (,31) aufweist, wobei in der zylinderförmigen Außenwandung (25; des Kolbenbolzens (44) im Bereich des Ansaug- oder Auslaßraumes (,47,48) zumindest ein Einlaß- bzw. Ausla߬ schlitz (45,46) angelegt ist, und in dem mittleren Überströmraum (31) zumindest zwei um 180° versetzt im Mantel angelegte Überströmschlitze (32,33), über welche das Einlassen der Frischgase aus dem Kurbelwellenraum in den Verbrennungsraum bei geeigneter Drehstellung ermög¬ licht ist.
7. Kolbenintegier te Steuerung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Kolbenbolzen (3) sowohl zur Steuerung eines Zweitakt¬ als auch eines Vier takt-Verbrennungsmotors verwendet wird, wobei als Zwei takt-Verbrennungsmotor ein solcher mit Gebläseladung verwendet ist.
8. Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in dem Kolbendeckel (26) des Kolbens (1,100,101) mindestens eine Einlaß- und Auslaßöffnung (27,28) angelegt ist, welche über zumindest einen Kolbeneinlaß- und einen Kolbenauslaßkanal (29,30) bis zur Außenseite des Kolbenbolzens (3,41,44) geführt und dort mit dem dort jeweils mündenden Einlaß- und Auslaßschlitz (23,24; 41,43;45,46) bei bestimmter Drehung des Kolbenbolzens in Deckung bringbar sind.
2δ
9. Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß seitlich neben dem auf der Zylindermantel (25) des Kolbenbolzens (3,41,44) angelegten Zahnrad (10) der Pleuelstangenkopf (12) gelagert ist, wobei eine axiale Festlegung der Anordnung aus diesen beiden Teilen eine Zentrierung des Kolbenbolzens (3,41,44) in Längsrichtung bewirkt.
10.Kolbenintegrierte Steuerung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in dem Material des Kolbens (1,100,101) eine Ausnehmung angelegt ist, welche die Anordnung aus Zahnrad (10) und Pleuelstangenkopf (12) umgibt.
11.Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Verlängerung der Füll- und Entleerungszeit an dem äußeren Zylindermantel (34) des Kolbens (1,100,101) zwei gegenüberliegende, in Umfangsrichtung teilweise um¬ laufende Ausnehmungen (35,36) angelegt sind, welche sich seitlich in einen Bereich oberhalb und unterhalb des Kolbenbolzens (3,41,44) erstrecken.
12.Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an der Unterseite (40) quer durch die dortige Wandung des Kolbens (100) ein Füllkanal (37) angelegt ist, welcher sich vom Bereich des Ansaugraumes (47) des Kolbenbolzens (100) unterhalb der dortigen Ansaugöffnung (38) bis in den Kurbelraum im Ansaugtakt erstreckt.
13.Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zum Laden des Verbrennungsraumes in dem Bereich der Wandung an der Unterseite (40) des Kolbens (100) bis zur Querbohrung (,22) zur Aufnahme des Kolbenbolzens (44) ein Kanal (39) angelegt ist, welcher vom Kurbelraum bis zum mittleren Überströmraum (31) geführt ist und dort in Deckung mit dem unteren Überströmschlitz (32) des Kolbenbolzens (44) bringbar ist.
14.Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die in dem Zylindermantel (34) des Kolbens angelegte Aus¬ nehmungen (35,36) getrennt für den Bereich der Öffnung des Ansaugraumes (5) und den Bereich der Öffnung des Auslaßraumes (6) jeweils in die Frischgas- bzw. Abgas¬ öffnung (53,54) des Motors übergehen, welche in der Zylinderwandung münden.
15.Kolbenintegrierte Steuerung für Zweitakt- oder Viertakt- Brennkraftmaschinen, bei welchen die Steuerung durch zumindest einen Drehschieber bewirkt wird, der als im Kolben drehbarer und mit Ausschnitten versehener Hohl¬ körper ausgebildet ist, in welchen das Gasgemisch auf der einen Seite in einen Ansaugraum axial eintritt und/oder aus welchem die Verbrennungsgase auf der anderen Seite aus einem Auslaßraum axial abziehen, und wobei der Antrieb des Drehschiebers durch die Kurbelwelle ver¬ mittelt ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Anordnung des oder der Drehschieber (50,55,56) in mindestens einer Parallelebene zum Kolbenbolzen (61) zwischen diesem und dem Kolbendeckel (26) gegeben ist und daß zumindest an einem der Drehschieber (50,55,56) ein zusammen mit diesem drehbares, fest an diesem ange¬ ordnetes Zahnrad (57,58,59) angelegt ist, welches über ein Zahnradgetriebe (14,15,16) zur Herbeiführung der Drehbewegung des oder der Drehschieber (50,55,56) mit einem an einem Lagerzapfen der Kurbelwelle befestigten, radial vorstehenden Zahnrad (9) unter Ableitung der Drehbewegung aus dem Antrieb der Kurbelwelle (4) in Kraftwirkung steht.
16.Kolbenintegrierte Steuerung nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in dem Kolben (103) ein Drehschieber (56) für die Zuführung von Frischgas und ein Drehschieber (55) für die Abführung von Abgas angelegt ist, wobei in dem einen Drehschieber (56) der Ansaugraum und in dem anderen Drehschieber der Auslaßraum angelegt ist, welche sich seitlich zum äußeren Zylindermantel des Kolbens öffnen, und daß beide Drehschieber (55,56) über das gleiche Zahnradgetriebe (14,15,16) angetrieben werden.
17.Kolbenintegrierte Steuerung nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß auf dem Kolbenbolzen (61) ein frei drehbares Zahnrad
(60) angelegt ist, welches mittelbar in Kraftwirkung mit dem auf dem Lagerzapfen (8) der Kurbelwelle (4) be¬ festigten, radial vorstehenden Zahnrad (9) steht sowie des weiteren in unmittelbarer Kraftwirkung mit dem an einem oder beiden Drehschiebern (55,56) fest angeordneten, mit diesem drehbaren Zahnrad (58,59).
18.Kolbenintegrierte Steuerung nach Anspruch 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß einer der Drehschieber mit dem auf dem Kolbenbolzen frei drehbar angeordneten Zahnrad in Kraftwirkung steht und daß der zweite Kolbenbolzen einen fest an ihm ange¬ ordnetes Zahnrad oder einen über seinen Umfang er- streckten Zahnkranz aufweist, welches mit einem an dem ersten Drehschieber fest angeordneten Zahnrad mittelbar oder unmittelbar in Kraftwirkung steht.
19.Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 16 - 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die beiden verwendeten Drehschieber (55,56) parallel zueinander im Abstand angeordnet sind.
20.Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Zahnradgetriebe zum Antrieb des Drehschiebers zur Steuerung eines Viertaktmotors das auf dem Kolbenbolzen (61) frei drehbar angeordnete Zahnrad (60) radial nach außen vorsteht und als Kegelzahnrad mit einem in einer Ebene um 90 versetzten Kegelzahnrad (15) kämmt, welches auf dem oberen Ende einer nach dort konisch zulaufenden, durch eine Öffnung (20) des Kolbens (102) bis unter den Kolbenbolzen (61) geführten kegelstumpffömigen Welle (14) angelegt ist, welche zur Pleuelstange in Längsrichtung bis zur Pleuelstangenlagerbuchse (13) geführt ist und an diesem Ende ein zum oberen Kegelzahnrad (15) in einer parallelen Ebene angeordnetes, über den Außenmantel der Welle (14) radial vorstehendes, fest angelegtes Kegel¬ zahnrad (16) aufweist, das mit dem auf dem Lagerzapfen (8) fest angelegten Kegelzahnrad (9) kämmt, wobei die Übersetzung 1 : 2 ist, und somit der Kolbenbolzen (61) und der oder die Drehschieber (50,55,56) sich lediglich um eine halbe Umdrehung gegenüber der der Kurbelwelle (4) drehen.
21.Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zum Antrieb einer Zweitakt-Brennkraftmaschine das Zahnradgetriebe (17,18,19) eine Hohlzylinderwelle (17) aufweist, welche die Pleuelstange (11) umgibt und an seinem oberen Ende durch eine Öffnung (20) des Kolbens (102) bis unter den Kolbenbolzen (61) geführt ist und dort ein an ihm fest angeordnetes Kegelzahnrad (18) und an seinem anderen Ende ebenfalls ein fest angeordnetes, parallel zum oberen Kegelzahnrad (18) ausgerichtetes Kegelzahnrad (19) aufweist, welches mit dem am oberen Kolbenbolzen drehbar angeordneten, radial vorstehenden als Kegelzahnrad ausgebildeten Zahnrad (60) bzw. mit einem an dem Lagerzapfen (8) der Kurbelwelle fest angeordneten, radial vorstehenden als Kegelzahnrad ausgebildeten Zahnrad (9) kämmt, wobei diese Zahnräder (9,18,19,60) und das Zahnrad (57) des oder der Dreh¬ schieber gleichgroß sind und die Übersetzung 1 : 1 ist.
22.Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei Verwendung lediglich eines einzigen Drehschiebers (50) dieser etwa in seiner Mitte eine Trennwand (7) aufweist, so daß sich dieser seitlich nach rechts und links über einen Ansaug- und Auslaßraum (5,6) axial öffnet, und wobei in diesen Räumen am äußeren Zylinder¬ mantel (25) des Drehschiebers seitlich zumindest ein Einlaß- und ein Auslaßschlitz (23,24) angelegt ist.
23.Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 15 bis 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei Verwendung eines einzigen Drehschiebers dieser einen äußeren Ansaugraum und einen Auslaßraum (47,48) sowie einen mittleren Überströmraum (31) aufweist, oder daß bei Verwendung von zwei Drehschiebern bei einem Drehschieber neben einem seitlichen Einlaß- oder Auslaßraum etwa mittig ein mittlerer Überströmraum angelegt ist, wobei in der zylinderförmigen Außenwandung des jeweiligen Drehschiebers im Bereich des Einlaß- bzw. Auslaßraumes zumindest ein Einlaß- oder Auslaßschlitz (45,46) angelegt ist, und in dem mittleren Überströmraum (31) zumindest zwei um 180 versetzte, im Mantel angelegte Überström¬ schlitze (32,33), über welche das Einlassen der Frisch¬ gase aus dem Kurbelwellenraum in den Verbrennungsraum bei geeigneter Drehstellung ermöglicht ist.
24.Kolbenintegrierte Steuerung nach Anspruch 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Drehschieber (50) sowohl zur Steuerung eines Zweitakt¬ als auch eines Viertakt-Verbrennungsmotors verwendet wird, wobei als Zweitakt-Verbrennungsmotor ein solcher mit Gebläseladung verwendet ist.
25.Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 15 bis 24, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in dem Kolbendeckel (26) des Kolbens (102) mindestens eine Einlaß- und Auslaßöffnung (62,63) angelegt ist, welche über zumindest einen Kolbeneinlaß- und einen Kolbenauslaßkanal bis zur Außenseite des oder der Drehschieber (61) geführt und dort mit dem dort jeweils mündenden Einlaß- und Auslaßschlitz (23,24;45 ,46) sowie einen gegebenenfalls vorgesehenen Überströmschlitz (32,33) bei bestimmter Drehung des Drehschiebers (50) in Deckung bringbar sind.
26.Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 15 bis 25, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß seitlich neben dem auf der Zylindermantelfläche des Kolbenbolzens (61) angelegten frei drehbaren Zahnrad (60) der Pleuelstangenkopf (12) gelagert ist, wobei eine axiale Festlegung der Anordung aus diesen beiden Teilen eine Zentrierung des Kolbenbolzens (61) in Längsrichtung bewirkt.
27.Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 15 bis 26 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in dem Material des Kolbens (102,103) Querbohrungen (22,49) angeordnet sind, in welchen der oder die Dreh¬ schieber (50) und der Kolbenbolzen (61) angeordnet sind, sowie Ausnehmungen, in welche die Anordnung der den Kolbenbolzen (61) und den oder die Drehschieber (50) umgebenden Zahnräder (60,57) und des Pleuelstangenkopfes (12) erfolgt.
28.Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 15 bis 27, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Verlängerung der Füll- und Entleerungszeit an dem äußeren Zylindermantel des Kolbens (102,103) zwei gegenüberliegende, in Umfangsrichtung teilweise um¬ laufende Ausnehmungen (35,36) angelegt sind, welche sich seitlich in einem Bereich oberhalb und unterhalb der axialen Eintritts- bzw. Austrittsöffnung (64,65) der oder des Drehschiebers (50,55,56) erstrecken.
29.Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 23 bis 28, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an der Unterseite quer durch die dortige Wandung des Kolbens (102,103) ein Füllkanal angelegt ist, welcher sich vom Bereich des Ansaugraumes (47) des Drehschiebers unterhalb der dortigen Ansaugöffnung (38) bis in den Kurbelraum erstreckt.
30.Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 23 bis 29, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zum Laden des Verbrennungsraumes in dem Bereich der Wandung an der Unterseite des Kolbens (102,103) bis zur Querbohrung zur Aufnahme des Drehschiebers ein Kanal (39) angelegt ist, welcher vom Kurbelraum bis zum mittleren Überströmraum (31) gefürt ist und dort in Deckung mit dem unteren Überströmschlitz (32) des Drehschiebers bei geeigneter Drehstellung bringbar ist.
31.Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 28 bis 30, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die in dem Zylindermantel des Kolbens (102,103) ange- legten Ausnehmungen (35,36) getrennt für den Bereich der Eintrittsöffnung (64) des Ansaugraumes und den Bereich der Austrittsöffnung (65) des Auslaßraumes jeweils in die Frischgas- bzw. Abgasöffnung (53,54) des Motors über¬ gehen, welche in der Zylinderwandung mündet.
32.Kolbenintegrierte Steuerung nach einem der Ansprüche 15 bis 31, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei Anlage mehrerer Drehschieber (55,56) einer davon der Kolbenbolzen (61) ist.
33.Zweitakt- oder Viertakt-Verbrennungskraftmaschine mit einer kolbenintegrierten Steuerung, welche durch zu¬ mindest einen Drehschieber bewirkt wird, der als im Kolben drehbarer und mit Ausschnitten versehener Hohl¬ körper ausgebildet ist, in welchem das Gasgemisch auf der einen Seite in einen Ansaugraum axial eintritt und/oder aus welchem die Verbrennungsgase auf der anderen Seite aus einem Auslaßraum axial abziehen, und wobei der Antrieb des Drehschiebers durch die Kurbelwelle ver¬ mittelt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Steuerung und der Antrieb des Drehschiebers nach einem der Ansprüche 1 - 32 ausgebildet ist.
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