WO1997021027A1 - Verbrennungsmotor - Google Patents

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WO1997021027A1
WO1997021027A1 PCT/EP1996/005422 EP9605422W WO9721027A1 WO 1997021027 A1 WO1997021027 A1 WO 1997021027A1 EP 9605422 W EP9605422 W EP 9605422W WO 9721027 A1 WO9721027 A1 WO 9721027A1
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WO
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valve
cylinder
working
internal combustion
combustion engine
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PCT/EP1996/005422
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English (en)
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Inventor
Max Liebich
Original Assignee
HAMMERL, Sabine
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    • F02B33/06—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps with reciprocating-piston pumps other than simple crankcase pumps
    • F02B33/10—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps with reciprocating-piston pumps other than simple crankcase pumps with the pumping cylinder situated between working cylinder and crankcase, or with the pumping cylinder surrounding working cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01L7/00—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements
    • F01L7/02—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements with cylindrical, sleeve, or part-annularly shaped valves
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    • F02B75/243—Multi-cylinder engines with cylinders arranged oppositely relative to main shaft and of "flat" type with only one crankshaft of the "boxer" type, e.g. all connecting rods attached to separate crankshaft bearings
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Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine of the type mentioned in the preamble of claim 1.
  • Such internal combustion engines with at least two opposing working cylinders, each with an intermediate supercharger cylinder, are known, for example, from DE-PS 43 37 668 by the applicant.
  • the piston machine described there like the subject of the application, has reciprocating working pistons in the working cylinders, which are firmly connected to a reciprocating piston in the supercharger cylinder, which divides the supercharger cylinder into two supercharger cylinder spaces.
  • the cylinder heads lie diametrically opposite one another and are thus spatially far apart.
  • the valves which are used for the intake or exhaust of fresh or exhaust gas and which are arranged in the cylinder head of the respective working cylinder, are controlled either by separate camshafts or by a common camshaft and tappet, which are considered here Arrangement of loader and working cylinders would have to be prohibitively long.
  • intake and exhaust valves are usually completely dispensed with.
  • the fresh or exhaust gas then flows in and out of the working cylinder of the working cylinder via overflow channels.
  • the overflow channels which are formed by openings in the side walls of the working cylinders, are either covered or released by the respective working piston.
  • the present invention has for its object to provide an internal combustion engine of the type mentioned, which is simple in structure with high efficiency, is characterized by an extremely flat design and the valve system is designed so that the complicated control of the valves via separate camshafts or common camshaft and tappet are eliminated, and this makes it possible to operate the internal combustion engine in two-stroke or four-stroke mode.
  • the inventive design of the internal combustion engine makes it possible to operate the internal combustion engine with high efficiency both as a two-stroke and as a four-stroke engine. For this purpose, it is only necessary to replace the use of the roller valve, which will be described in more detail, and, if necessary, to change the ratio with which the roller valve is driven.
  • the low design of the motor allows a very low center of gravity to be achieved, which has a very positive effect on the driving behavior of the vehicle.
  • the supercharger cylinder can have a much larger displacement than the working cylinders, which makes it possible to supply the combustion chambers of the working cylinders with a much larger quantity of fresh gas than is the case with conventional naturally aspirated engines. Since the overpressure generated in the loader cylinder is determined, inter alia, by the cubic capacity of the loader cylinder, it is possible to increase the overpressure in such a way that there is a compressor effect.
  • the overpressure generated by the loader cylinder is also used to actuate the pneumatically operated valves.
  • These valves consist of a valve cylinder, a valve head and a valve piston and are constructed similarly to conventional working cylinders with working pistons.
  • valves are actuated pneumatically, the complicated control via cams or tappets is eliminated.
  • the force required to control the pneumatically operated valves is significantly less than the force required to control conventional valve systems, resulting in a higher engine efficiency.
  • the pneumatically operated valves are mass-produced and therefore inexpensive to manufacture.
  • the valves can be mounted on the cylinder head, for example, by simple screw connections. Machining of the valve guides, valve seats and the like on the cylinder head is not necessary.
  • the pneumatically operated valves ensure permanent, trouble-free operation and quieter operation of the engine.
  • the longevity of the engine is thus significantly increased.
  • the internal combustion engine according to the invention can be built as a two, four or multi-cylinder engine. However, the number of working cylinders is preferably even.
  • 1 is a schematic plan view of the embodiment of the internal combustion engine as a four-cylinder
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of FIG. 1
  • FIG. 3 is a partially sectioned side view of the internal combustion engine of FIG. 1,
  • FIG. 4 is a partially sectioned front view of the internal combustion engine of FIG. 1,
  • FIG. 5 shows a greatly simplified schematic sectional view through an embodiment of a pneumatically operated fresh air valve
  • FIG. 6 shows a greatly simplified schematic sectional view of an embodiment of a pneumatically operated exhaust gas or purge air valve
  • FIG. 7 shows a schematic and greatly simplified sectional view of an embodiment of a roller valve.
  • 1 to 4 show the internal combustion engine according to the invention in one embodiment as a four-cylinder engine. Between the opposite working cylinders
  • a loader cylinder 9, 10 is arranged.
  • work pistons 5, 6, 7, 8 or loader pistons 11, 12 are each arranged to move back and forth.
  • the working pistons 5, 6 arranged in the opposing working cylinders 1, 2 are fixedly connected to the loading piston 11 arranged in the intermediate loading cylinder 9 by common piston rods, so that the working pistons 5, 6 and the loading piston 11 execute common stroke movements .
  • the linear movements of the working pistons 5, 6, 7, 8 are converted into rotary movements of the output shaft 27 by a crank mechanism, which can be designed as described in the applicant's application DE-OS 44 45 131.
  • the output shaft 27 is preferably arranged symmetrically between the working cylinders and transversely to the direction of movement of the working pistons below the loader cylinders.
  • Each of the supercharger cylinders 9, 10 has at least two suction openings 35, 36, which are arranged in relation to the axial length of the supercharger piston 11, 12 such that per supercharger cylinder 9, 19 and dead center of the supercharger piston arranged therein
  • the fresh gas which is compressed in the loader cylinders, preferably consists of air and the fuel is injected directly into the working spaces of the working cylinders 1, 2, 3, 4 via an injection system (not shown).
  • an injection system not shown
  • the fresh gas compressed in the charging cylinders 9, 10 is led to the combustion chambers of the working cylinders 1, 2, 3, 4 via a valve system in chronological coordination with the movements of the working pistons 5, 6, 7, 8.
  • the valve system consists of two roller valves 13, 14, which are connected to the supercharger cylinder chambers via lines 43, 44 and check valves 31, 32, and of pneumatically operated fresh gas valves 19 arranged on the cylinder heads 39, 40, 41, 42 , 20, 21, 22 and pneumatically operated exhaust gas or purge gas valves 15, 16, 17, 18.
  • Each of the pneumatically operated valves 15 - 22 is connected to one of the roller valves 13, 14 via fresh gas lines 23, 24.
  • roller valves 13, 14 are driven by the drive shaft 27 via gear wheels 25 and a drive chain 26.
  • gear wheels 25 and a drive chain 26 are also conceivable.
  • each of the roller valves is formed by an outer tubular element 50 and an inner tubular element 51 telescopically inserted into the outer tubular element 50, the inner tubular element 51 in the outer tubular member 50 is rotatably supported.
  • Each of the tubular elements 50, 51 is closed at one end in such a way that a closed interior of the roller valve 13, 14 results.
  • the lines 43 and 44 are the z. lead the loader cylinder rooms, connected so that the compressed fresh gas can flow into the interior of the roller valve 13, 14.
  • a gear 25 is arranged, which serves to drive the inner tubular element 51 of the roller valve 13, 14.
  • the outer tubular element 50 has on its side wall on bridge 52 to which the fresh gas lines 23 and 24 are connected.
  • the inner tubular element 51 also has openings 53 on its side wall, which are arranged in such a way that when the roller valve is operated, ie when the inner tubular element 51 rotates in the outer tubular element 50, at certain times, ie when one If the valves are to be actuated, one of these openings 53 is aligned with one of the openings 52, so that the compressed fresh gas arrives at the pneumatically operated valves 15-22 in synchronism with the movements of the working pistons 5, 6, 7, 8.
  • the roller valve 13, 14 is similar in its function to normal plain bearings, which have proven themselves in the entire mechanical engineering.
  • a lubricating film can be used for the lubrication, which can contribute significantly to the sealing of the roller valve 13, 14.
  • roller valves 13, 14 assume the control function of the engine.
  • the internal combustion engine can be operated as a two-stroke or four-stroke engine.
  • FIG. 5 shows an embodiment of the pneumatically operated fresh gas valves 19, 20, 21, 22, while FIG. 6 shows an embodiment of the pneumatically operated exhaust gas or purge gas valves 15, 16, 17, 18.
  • Both valve types have the following common features: they are connected by a valve cylinder 60, a valve head 61 to which one of the fresh gas lines 23 and 24, respectively is and a valve piston 62 reciprocating in the valve cylinder 60 is formed.
  • the rest position of the valve pistons 62 is determined by a pretensioning device which is formed by a spring 70 in the embodiment of the valves shown.
  • the side wall of the valve cylinder 60 has an opening 64 which is aligned with an inlet opening 65 in the corresponding cylinder head 39-42. The opening 64 is arranged so that it is covered or closed by the valve piston 62 when it is in its rest position.
  • valve piston 62 moves into a working position in which the opening 64 is opened, as a result of which the compressed fresh gas flows into the working space of the corresponding working cylinder 1, 2, 3, 4 can flow.
  • the exhaust gas or purge gas valves 15, 16, 17, 18 also have two further openings 66, 67 in the side walls of the valve cylinder 60.
  • the opening 67 is aligned with an outlet opening 68 in the cylinder head of the corresponding working cylinder, while the opening 66 diametrically opposite the opening 67 is used for connection to an exhaust system (not shown).
  • the openings 66, 67 are also covered or closed by the valve piston 62 when the latter is in its rest position.
  • the valve piston 62 of the exhaust gas or purge air valves 15, 16, 17, 18 has an opening 69 which is arranged transversely to the direction of movement of the valve piston 62 and which connects the openings 66, 67 to one another when the valve piston 63 is in the Working position, ie when compressed fresh gas flows into the valve cylinder 60.
  • the roller valves 13, 14 are preferably driven with a reduction ratio of 2: 1. This means that the roller valves 13, 14 describe one revolution when the output shaft 27 rotates twice.
  • the functional sequence shown in the following table can result, with 'on a movement in the direction of the top dead center (TDC) and' down 'a movement in the direction of the bottom dead center (TDC) of the 5 speaking working piston 5, 6, 7, 8 means.
  • roller valves 13, 14 are preferably driven synchronously with the output shaft 27, ie in a ratio of 1: 1.

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Abstract

Ein Verbrennungsmotor weist zumindestens zwei sich gegenüberliegende Arbeitszylinder, zwischen denen jeweils ein Laderzylinder angeordnet ist, in den Arbeitszylindern hin- und herbewegliche Arbeitskolben, die mit einem in dem Laderzylinder hin- und herbeweglichen Laderkolben, der den Laderzylinder in zwei Laderzylinderräume unterteilt, fest verbunden sind, eine Abtriebswelle, die über ein Kurbelgetriebe angetrieben ist und ein Ventilsystem zum Ein- bzw. Auslassen von Frisch- bzw. Abgas, auf. Dabei ist das Ventilsystem durch mindestens ein Walzenventil (13, 14) und pro Arbeitszylinder (1, 2, 3, 4) durch mindestens je ein pneumatisch betriebenes Frischgas- (19, 20, 21, 22) und Abgas- bzw. Spülgasventil (15, 16, 17, 18) gebildet, wobei das komprimierte Frischgas, das durch das Walzenventil (13, 14) in zeitlicher Abstimmung mit den Bewegungen der Arbeitskolben (5, 6, 7, 8) über die Frischgasleitungen (23, 24) zu den pneumatisch betriebenen Frischgas- (19, 20, 21, 22) und Abgas- bzw. Spülgasventilen (15, 16, 17, 18) gelangt, diese durch seinen Druck öffnet und in die Verbrennungsräume der Arbeitszylinder (1, 2, 3, 4) einströmt.

Description

Verbrennungsmotor
Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.
Derartige Verbrennungsmotoren mit zumindestens zwei sich gegen¬ überliegenden ArbeitsZylindern mit jeweils einem dazwischen- liegenden Laderzylinder sind zum Beispiel aus der DE-PS 43 37 668 des Anmelders bekannt. Die dort beschriebene Kolbenmaschine weist, wie der Anmeldungsgegenstand auch, in den Arbeitszylin¬ dern hin- und herbewegliche Arbeitskolben auf, die mit einem in dem Laderzylinder hin- und herbeweglichen Laderkolben, der den Laderzylinder in zwei Laderzylinderräume unterteilt, fest ver¬ bunden sind.
Bei der in der DE-PS 43 37 668 beschriebenen Kolbenmaschine handelt es sich jedoch, im Gegensatz zum Anmeldungsgegenstand, um eine Kolbenmaschine mit umlaufenden Zylindern.
Bei der eben beschriebenen Anordnung der Arbeitszylinder, liegen sich die Zylinderköpfe diametral gegenüber und sind somit räum¬ lich weit voneinander getrennt. Beim Stand der Technik werden die Ventile, die zum Ein- bzw. Auslassen von Frisch- bzw. Abgas dienen und die im Zylinderkopf des jeweiligen Arbeitszylinders angeordnet sind, entweder durch getrennte Nockenwellen oder durch eine gemeinsame Nockenwelle und Stößel gesteuert, die bei der hier betrachteten Anordnung von Lader- und Arbeitszylindern eine untragbar große Länge aufweisen müßten. Bei Zweitaktmotoren wird üblicherweise ganz auf Ein- bzw. Auslaßventile verzichtet. Das Frisch- bzw. Abgas strömt dann über Überströmkanäle in den Arbeitsraum des Arbeitszylinders ein bzw. aus. Hierbei werden die Überströmkanäle, die durch Öffnungen in den Seitenwänden der Arbeitszylinder gebildet sind, von dem jeweiligen Arbeitskolben entweder verdeckt oder freigegeben.
Hierzu ist es nötig, daß die Kolbenringe des jeweiligen Arbeits- kolbens über die Öffnungen in den Seitenwänden des Arbeitszylin¬ ders hinwegstreichen, wobei die Kolbenringe einer sehr starken Belastung ausgesetzt werden, was zu einem starken Verschleiß führt. Weiterhin treten bei bekannten Zweitaktmotoren erhebliche Spülverluste auf.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsmotor der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei hohem Wirkungsgrad einfach aufgebaut ist, sich durch eine extrem flache Bauweise auszeichnet und dessen Ventilsystem so ausgebildet ist, daß die komplizierte Steuerung der Ventile über getrennte Nockenwellen oder eine gemeinsame Nockenwelle und Stö¬ ßel entfällt, und das es ermöglicht, den Verbrennungsmotor im Zweitakt- oder Viertaktmodus zu betreiben.
Diese Aufgabe wird durch im Patentanspruch 1 angegebenen Merk¬ male gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verbrennungsmotors ist es möglich, den Verbrennungsmotor mit hohem Wirkungsgrad sowohl als Zweitakt- wie auch als Viertaktmotor zu betreiben. Hierzu ist es lediglich notwendig, den noch näher zu beschrei¬ benden Einsatz des Walzenventils auszutauschen sowie ggf. die Übersetzung, mit der das Walzenventil angetrieben wird, zu än¬ dern.
Dadurch, daß sowohl die Arbeitskolben als auch der Laderkolben Bewegungen in einer Ebene ausführen, ergibt sich eine extrem niedrige Bauweise des Motors.
Wenn der Verbrennungsmotor zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges verwendet wird kann durch die niedrige Bauweise des Motors ein sehr tief liegender Schwerpunkt erzielt werden, was sich sehr positiv auf das Fahrverhalten des Fahrzeuges auswirkt. Der Laderzylinder kann einen wesentlich größeren Hubraum als die Arbeitszylinder aufweisen, wodurch es möglich ist, den Ver¬ brennungsräumen der Arbeitszylinder eine wesentlich größere Men¬ ge Frischgas zuzuführen, als dies bei herkömmlichen Saugmotoren der Fall ist. Da der Überdruck der in dem Laderzylinder erzeugt wird unter anderem durch den Hubraum des Laderzylinders festge¬ legt wird, ist es möglich den Überdruck derart zu steigern, daß sich eine Kompressorwirkung ergibt.
Der vom Laderzylinder erzeugte Überdruck wird auch zur Betäti¬ gung der pneumatisch betriebenen Ventile genutzt. Diese Ventile bestehen aus einem Ventilzylinder, einem Ventilkopf und einem Ventilkolben und sind ähnlich aufgebaut wie herkömmliche Ar¬ beitszylinder mit Arbeitskolben.
Da die Ventile pneumatisch betätigt werden, enfällt die kompli¬ zierte Steuerung über Nocken bzw. Stößel. Der Kraftauf der zur Steuerung der pneumatisch betriebenen Ventile nötig ist, ist deutlich geringer als der Kraftaufwand der zur Steuerung von herkömmlichen Ventilsystemen nötig ist, wodurch sich ein höherer Wirkungsgrad des Motors ergibt.
Die pneumatisch betriebenen Ventile sind als Massenprodukt und damit kostengünstig herstellbar. Die Montage der Ventile am Zylinderkopf kann beispielsweise durch einfache Schraubverbin¬ dungen erfolgen. Eine Bearbeitung der Ventilführungen, Ventil¬ sitze und dergleichen am Zylinderkopf ist nicht notwendig.
Die pneumatisch betriebenen Ventile gewährleisten eine dauer- hafte und störungsfreie Funktion sowie einen geräuschärmeren Betrieb des Motors.
Beim Betrieb der Maschine als Zweitakt-Verbrennungsmotor ent¬ fällt das Problem, daß die Kolbenringe Ein- bzw. Auslaßöffnungen in den Seitenwänden der Arbeitszylinder überstreichen müssen.
Die Langlebigkeit des Motors wird somit erheblich vergrößert. Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor kann als Zwei-, Vier¬ oder Mehrzylindermotor gebaut werden. Vorzugsweise ist die Anzahl der Arbeitszylinder jedoch gerade.
Es ist ebenfalls denkbar, den Motor modular aufzubauen. So könnten beispielsweise zwei Vierzylindermodule des Motors zu einem Achtzylindermotor kombiniert werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht der Ausführungsform des Verbrennungsmotors als Vierzylinder,
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht der Fig. 1,
Fig. 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Verbrennungsmotors nach Fig. 1,
Fig. 4 eine teilweise geschnittene Frontansicht des Verbrennungsmotors nach Fig. 1,
Fig. 5 eine stark vereinfachte schematische Schnitt¬ ansicht durch eine Ausführungsform eines pneumatisch betriebenen Frischluftventils,
Fig. 6 eine stark vereinfachte schematische Schnitt- ansieht einer Ausführungsform eines pneumatisch betriebenen Abgas- bzw. Spülluftventils,
Fig. 7 eine schematische und stark vereinfachte Schnitt- ansicht einer Ausführungsform eines Walzenventils.
Die Fig. 1 bis 4 zeigen den erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor in einer Ausführungsform als Vierzylindermotor. Zwischen den sich jeweils gegenüberliegenden Arbeitszylindern
I, 2 und 3, 4 ist jeweils ein Laderzylinder 9, 10 angeordnet. In den ArbeitsZylindern 1, 2, 3, 4 bzw. Laderzylindern 9, 10 sind jeweils Arbeitskolben 5, 6, 7, 8 bzw. Laderkolben 11, 12 hin- und herbeweglich angeordnet. Die in den sich gegenüber¬ liegenden Arbeitszylindern 1, 2 angeordneten Arbeitskolben 5, 6 sind mit dem in dem dazwischenliegenden Laderzylinder 9 ange¬ ordneten Laderkolben 11 durch gemeinsame Kolbenstangen fest verbunden, so daß die Arbeitskolben 5, 6 bzw. der Laderkolben 11 gemeinsame Hubbewegungen ausführen. Das gleiche gilt für die in den Arbeitszylindern 3 und 4 und dem Laderzylinder 10 ange¬ ordneten Arbeitskolben 7, 8 bzw. Laderkolben 12.
Die Linearbewegungen der Arbeitskolben 5, 6, 7, 8 werden durch ein Kurbelgetriebe, das wie in der Anmeldung DE-OS 44 45 131 des Anmelders beschrieben ausgebildet sein kann, in Drehbewe¬ gungen der Abtriebswelle 27 umgesetzt. Die Abtriebswelle 27 ist vorzugsweise symmetrisch zwischen den Arbeitszylindern und quer zur Bewegungsrichtung der Arbeitskolben unterhalb der Laderzylinder angeordnet.
Jeder der Laderzylinder 9, 10 weist zumindestens zwei Ansaug¬ öffnungen 35, 36 auf, die bezogen auf die axiale Länge des Laderkolbens 11, 12 so angeordnet sind, daß pro Lader- zylinder 9, 19 und Totpunkt des darin angeordneten Laderkolbens
II, 12 jeweils eine durch den entsprechenden Laderkolben frei¬ gegeben wird. Das Frischgas strömt dann in den jeweils maximal großen Laderzylinderräum ein, in dem zu diesem Zeitpunkt aufgrund der vorhergegangenen Bewegung des Laderkolbens 11, 12, ein Unterdruck herrscht. Vorzugsweise besteht das Frisch¬ gas, das in den Laderzylindern komprimiert wird, aus Luft und der Kraftstoff wird direkt über eine (nicht gezeigte) Einspritz- anlage, in die Arbeitsräume der Arbeitszylinder 1, 2, 3, 4 ein¬ gespritzt. Es ist jedoch ebenfalls möglich, auf die Einspritz- anläge zu verzichten, und ein in einem (nicht gezeigten) Ver¬ gaser aufbereitetes Luft-Gas-Gemisch über die Ansaugkanäle 35, 36 dem Laderzylinder zuzuführen. Das in den Laderzylindern 9, 10 komprimierte Frischgas wird über ein Ventilsystem in zeitlicher Abstimmung mit den Bewe¬ gungen der Arbeitskolben 5, 6, 7, 8 zu den Verbrennungsräumen der Arbeitszyliunder 1, 2, 3, 4 geführt.
Bei der gezeigten Ausführungsform besteht das Ventilsystem aus zwei Walzenventilen 13, 14, die über Leitungen 43, 44 und Rückschlagventilen 31, 32 mit den Laderzylinderräumen verbunden sind, sowie aus an den Zylinderköpfen 39, 40, 41, 42 angeord- neten pneumatisch betriebenen Frischgasventilen 19, 20, 21, 22 und pneumatisch betriebenen Abgas- bzw. Spülgasventilen 15, 16, 17, 18. Jedes der pneumatisch betriebenen Ventile 15 - 22 ist über Frischgasleitungen 23, 24 mit einem der Walzenventile 13, 14 verbunden.
Bei der gezeigten Ausführungsform werden die Walzenventile 13, 14 von der Antriebswelle 27 über Zahnräder 25 und eine Antriebs¬ kette 26 angetrieben. Selbstverständlich sind auch andere An¬ triebsarten denkbar.
Bei der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform der Walzenventile 13, 14 ist jedes der Walzenventile durch ein äußeres rohrför¬ miges Element 50 und ein in das äußere rohrförmige Element 50 teleskopartig unter Abdichtung eingeführtes inneres rohrförmiges Element 51 gebildet, wobei das innere rohrförmige Element 51 in dem äußeren rohrförmigen Element 50 drehbar gelagert ist. Jedes der rohrförmigen Elemente 50, 51 ist an einem Ende derart verschlossen, daß sich ein geschlossener Innenraum des Walzen¬ ventils 13, 14 ergibt. An dem verschlossenen Ende des äußeren rohrförmigen Elementes 50 sind die Leitungen 43 bzw. 44, die z. den Laderzylinderräumen führen, angeschlossen, so daß das komprimierte Frischgas in den Innenraum des Walzenventils 13, 14 einströmen kann. An dem verschlossenen Ende des inneren rohrförmigen Elementes 51, das dem verschlossenen Ende des äußeren rohrförmigen Elementes 50 diametral gegenüberliegt, ist ein Zahnrad 25 angeordnet, das zum Antrieb des des inneren rohrförmigen Elementes 51 des Walzenventils 13, 14 dient. Das äußere rohrförmige Element 50 weist an seiner Seiten- wand Durchbrücke 52 auf, an denen die Frischgasleitungen 23 bzw. 24 angeschlossen sind. Das innere rohrförmige Element 51 weist an seiner Seitenwand ebenfalls Durchbrüche 53 auf, die so angeordnet sind, daß beim Betrieb des Walzenventils, d.h. wenn sich das innere rohrförmige Element 51 in dem äußeren rohr¬ förmigen Element 50 dreht, zu bestimmten Zeitpunkten, d.h. wenn eines der Ventile betätigt werden soll, jeweils eine dieser Öffnungen 53 mit einer der Öffnungen 52 ausgerichtet wird, so daß das komprimierte Frischgas in zeitlicher Abstimmung mit den Bewegungen der Arbeitskolben 5, 6, 7, 8 zu den pneumatisch betriebenen Ventilen 15 - 22 gelangt.
Das Walzenventil 13, 14 ähnelt in seiner Funktion normalen Gleitlagern, die sich im gesamten Maschinenbau bewährt haben.
Zur Schmierung kann ein Schmierfilm verwendet werden, der wesentlich zur Abdichtung des Walzenventils 13, 14 beitragen kann.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Walzenventile 13, 14 die Steuerfunktion des Motors übernehmen. Je nach Anord¬ nung der Öffnungen 53 und der Wahl der Übersetzung, mit der die Walzenventile angetrieben werden, ist ein Betrieb des Ver¬ brennungsmotors als Zweitakt- oder Viertaktmotor möglich.
Wenn das komprimierte Frischgas über die Leitungen 23, 24 zu den pneumatisch betriebenen Ventilen 15 - 22 gelangt, werden diese geöffnet und das komprimierte Frischgas strömt in die Arbeitsräume der Arbeitszylinder 1, 2, 3, 4 ein.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform der pneumatisch betriebenen Frischgasventile 19, 20, 21, 22, während Fig. 6 eine Ausfüh¬ rungsform der pneumatisch betriebenen Abgas- bzw. Spülgasventile 15, 16, 17, 18 zeigt.
Beide Ventiltypen weisen die folgenden gemeinsamen Merkmale auf: sie sind durch einen Ventilzylinder 60, einen Ventilkopf 61, an dem eine der Frischgasleitungen 23 bzw. 24 angeschlossen ist und einen in dem Ventilzylinder 60 hin- und herbeweglichen Ventilkolben 62 gebildet. Die Ruhestellung der Ventilkolben 62 ist durch eine Vorspanneinrichtung festgelegt, die bei der gezeigten Ausführungsform der Ventile durch eine Feder 70 ge- bildet ist. Die Seitenwand des Ventilzylinders 60 weist eine Öffnung 64 auf, die mit einer Einlaßöffnung 65 im entsprechenden Zylinderkopf 39 - 42 ausgerichtet ist. Die Öffnung 64 ist so angeordnet, daß sie durch den Ventilkolben 62 verdeckt bzw. verschlossen ist, wenn sich dieser in seiner Ruhestellung befindet. Strömt hingegen über eine der Leitungen 23 bzw. 24 komprimiertes Frischgas in den Ventilzylinder 60 ein, so bewegt sich der Ventilkolben 62 in eine Arbeitsstellung, in der die Öffnung 64 freigegeben wird, wodurch das komprimierte Frischgas in den Arbeitsraum des entsprechenden Arbeitszylinders 1, 2, 3, 4 einströmen kann.
Die Abgas- bzw. Spülgasventile 15, 16, 17, 18 weisen darüber¬ hinaus zwei weitere Öffnungen 66, 67 in den Seitenwänden des Ventilzylinders 60 auf. Die Öffnung 67 ist mit einer Auslaßöff- nung 68 im Zylinderkopf des entsprechenden Arbeitszylinders aus¬ gerichtet, während die der Öffnung 67 diametral gegenüberliegen¬ de Öffnung 66 zum Anschluß an eine (nicht gezeigte) Auspuffanlä¬ ge dient. Auch die Öffnungen 66, 67 werden durch den Ventilkol¬ ben 62 verdeckt bzw. verschlossen, wenn sich dieser in seiner Ruhestellung befindet. Der Ventilkolben 62 der Abgas- bzw. Spül- luftventile 15, 16, 17, 18 weist einen Durchbruch 69 auf, der quer zur Bewegungsrichtung des Ventilkolbens 62 angeordnet ist und der die Öffnungen 66, 67 miteinander verbindet, wenn sich der Ventilkolben 63 in der Arbeitsstellung befindet, d.h. wenn komprimiertes Frischgas in den Ventilzylinder 60 einströmt.
Beim Betrieb des Verbrennungsmotors als Viertaktmotor werden die Walzenventile 13, 14 vorzugsweise mit einer Untersetzung von 2:1 angetrieben. Das bedeutet, daß die Walzenventile 13, 14 eine Umdrehung beschreiben, wenn sich die Abtriebswelle 27 zweimal dreht. Für den Viertaktmotor kann sich beispielsweise der in der fol¬ genden Tabelle dargestellte Funktionsablauf ergeben, wobei 'auf eine Bewegung in Richtung auf den oberen Totpunkt (OT) und 'ab' eine Bewegung in Richtung auf den unteren Totpunkt (UT) des ent- 5 sprechenden Arbeitskolbens 5, 6, 7, 8 bedeutet.
1. Zylinder 2. Zylinder 3. Zylinder 4. Zylinder
10 1. Takt: l.Takt: 1. Takt: 1. Takt:
Kolben ab/ Kolben auf/ Kolben ab/ Kolben auf/
Zünden Komprimieren Zünden Komprimieren
2. Takt: 2. Takt: 2. Takt: 2. Takt:
15 Kolben auf/ Kolben ab/ Kolben auf/ Kolben ab/
Ausstoßen Zünden Ausstoßen Zünden
3. Takt: 3. Takt: 3. Takt: 3. Takt:
Kolben ab/ Kolben auf/ Kolben ab/ Kolben auf/
20 Ansaugen Ausstoßen Ansaugen Ausstoßen
4. Takt: 4. Takt: 4. Takt: 4. Takt:
Kolben auf/ Kolben ab/ Kolben auf/ Kolben ab/
Komprimieren Ansaugen Komprimieren Ansaugen
25
Wenn der Motor als Zweitaktmotor betrieben wird, werden die Walzenventile 13, 14 vorzugsweise synchron mit der Abtriebs¬ welle 27, also im Verhältnis 1:1, angetrieben.
30
Hierbei wird nach einer Zündung und (kurz) nachdem der entspre¬ chende Arbeitskolben 5, 6, 7, 8 den UT durchlaufen hat, zunächst das entsprechende Abgas- bzw. Spülgasventil 15, 16, 17, 18 und dann das entsprechende Frischgasventil 19, 20, 21, 35 22 betätigt. Nachdem sich beide Ventile wieder in ihrer Ruhe¬ stellung befinden und der entsprechende Arbeitskolben kurz vor dem OT ist, erfolgt die Zündung. Durch den erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor wird zum ersten Mal erreicht, daß der gleiche Motor als Zwei- oder Viertakt¬ motor gebaut werden kann, wobei lediglich die Gas-/Luft-Steue- rung durch die Anordnung der Durchbrüche 53 und die Übersetzung, mit der die Walzenventile 13, 14 angetrieben werden, unter¬ schiedlich ist. Hierdurch ergibt sich eine ernorme Kostener¬ sparnis und eine optimale Wirtschaftlichkeit.

Claims

Patentansprüche
1. Verbrennungsmotor
mit mindestens zwei sich gegenüberliegenden Arbeitszylindern zwischen denen jeweils ein Laderzylinder angeordnet ist,
mit in den Arbeitszylindern hin und her beweglichen Arbeitskol- ben, die mit einem in dem Laderzylinder hin und her beweglichen Laderkolben, der den Laderzylinder in zwei Laderzylinderräume unterteilt, fest verbunden sind,
mit einer Abtriebswelle, die über ein Kurbelgetriebe angetrieben ist, das die Linearbewegungen der Kolben in Drehbewegungen um¬ setzt, und
mit einem Ventilsystem zum Ein- bzw. Auslassen von Frisch- bzw. Abgas in die Arbeits- und Laderzylinder bzw. aus diesen heraus,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Ventilsystem durch mindestens ein Walzenventil (13, 14) und pro Arbeitszylinder (1,2,3,4) durch mindestens ein pneu- matisch betriebenes Frischgasventil (19,20,21,22) und mindes¬ tens ein Abgas- bzw. Spülgasventil (15,16,17,18) gebildet ist,
das Walzenventil (13,14) durch ein äußeres rohrförmiges Element (50), und ein inneres rohrförmiges Element (51), das teleskopartig unter Abdichtung in das erste eingeführt ist, gebildet ist, wobei das innere rohrförmige Element (51) um die gemeinsame Längsachse der beiden Elemente drehbar gelagert ist und von der Abtriebswelle (27) angetrieben ist,
das äußere rohrförmige Element (50) an einem ersten axialen Ende mit Leitungen (43,44) und Rückschlagventilen (31,32) verbunden ist, die zu den Kompressionsräumen des Laderzylinders (9,10) führen, das innere rohrförmige Element (51) an dem Ende verschlossen ist, das dem ersten Ende des äußeren rohrförmigen Elementes (50) gegenüberliegt, so daß sich ein geschlossener Innenraum des Walzenventils (13,14) ergibt,
das äußere rohrförmige Element (50) an seiner Längswand Durchbrüche (52) aufweist, an denen zu den pneumatisch betriebe¬ nen Ventilen (15,16,17,18,19,20,21,22) führende Frischgaslei¬ tungen (23,24) angeschlossen sind, wobei diese Durchbrüche (52) abwechselnd und in zeitlicher Abstimmung mit den Bewegungen der Arbeitskolben (5,6,7,8) durch die Drehung des inneren rohrför¬ migen Elementes (51) mit in dessen Längswand vorhandenen Durch¬ brüchen (53) ausgerichtet werden, so daß komprimiertes Frischgas zu den pneumatisch betriebenen Ventilen (15-22) gelangt,
das komprimierte Frischgas, das durch das Walzenventil (13, 14) in zeitlicher Abstimmung mit den Bewegungen der Arbeitskol¬ ben (5,6,7,8) über die Frischgasleitungen (23,24) zu den pneu¬ matisch betriebenen Frischgas- (19,20,21,22) und Abgas- bzw. Spülgasventilen (15,16,17,18) gelangt, diese durch seinen Druck öffnet und in die Verbrennungsräume der Arbeitszylinder (1,2,3, 4) einstömt.
2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laderzylinder (9,10) über zwei Ansaugöffnungen bzw. -kanäle (35,36) mit Frischluft bzw. Frisch¬ gas versorgt wird, die bezogen auf die axiale Länge des Lader¬ kolbens (11,12) so angeordnet sind, daß pro Totpunkt des Laderkolbens (11,12) eine dieser Öffnungen durch diesen frei- gegeben wird, so daß Frischgas in den jeweils gerade maximal großen Laderzylinderraum, in dem zu diesem Zeitpunkt ein Unterdruck herrscht, einströmen kann.
3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit der Abtriebswelle (27) stehende Zahnräder (25) und/oder Kette(n) (26) und/oder Zahnriemen den Drehantrieb des inneren rohrförmigen Elementes (51) der Walzenventile (13,14) bilden. 4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
jedes der pneumatisch betriebenen Frischgas- (19,20,21,22) und Abgas- bzw. Spülgasventile (15,16, 17,18) durch einen Ventilkopf (61), einem Ventilzylinder (60) und einem darin beweglichen Ventilkolben (62) gebildet ist, wobei jeweils eine Öffnung (63) im Ventilkopf (61) mit einer zum Walzenventil (13, 14) führenden Frischgasleitung (23,24) verbunden ist, damit komprimiertes Frischgas in die Ventilzylinder einströmen kann,
jeder der Ventilzylinder (60) an seiner Seitenwand mindestens eine erste Öffnung (64) aufweist, die mit mindestens einer Ein¬ laßöffnung (65) im Zylinderkopf (39,40,41,42) des entsprechenden Arbeitszylinders (1,2,3,4) ausgerichtet ist,
die Ventilkolben (62) in ihrer Ruhestellung die Öffnungen (64) in den Seitenwänden der Ventilzylinder (60) verschließen, und
daß die Ventilkolben (62) unter der Steuerung durch das Walzen¬ ventil (13,14) durch das in zeitlicher Abstimmung mit der Bewe¬ gung des entsprechenden Arbeitskolbens (5,6,7,8) in den Ventil¬ zylinder (60) einströmende komprimierte Frischgas in eine Arbeitsstellung gebracht werden, in der sie die Öffnungen (64) in den Seitenwänden der Ventilzylinder freigeben, so daß das komprimierte Frischgas in die Arbeitszylinder (1,2,3,
4) ein¬ strömen kann.
5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
jedes der Abgas- bzw. Spülgasventile (15,16,17,18) in seiner Seitenwand mindestens eine zweite und dritte Öffnung (67,66) aufweist, von denen die zweite Öffnung (67) mit einer Auslaß- Öffnung (68) im Zylinderkopf (39,40,41,42) des entsprechenden Arbeitszylinders (1,2,3,4) ausgerichtet ist, und die dritte Öffnung (66) mit einer Abgasanlage verbunden ist, jeder der Ventilkolben (62) der Abgas- bzw. Spülgasventile (15,16,17,18) in seiner Ruhestellung die erste, zweite und dritte Öffnungen (65,66,67) in der Seitenwand des entsprechenden Ventilzylinders (60) verschließt, und
der Ventilkolben (62) der Abgas- bzw. Spülgasventile (15,16, 17,18) mindestens einen Durchbruch (69) aufweist, der so aus¬ gebildet ist, daß er die dritte Öffnung (66) über die Öffnung (67) in der Seitenwand des Ventilzylinders (60) mit der Aus- laßöffnung (68) im Zylinderkopf (39,40,41,42) des Arbeitszylin-' ders (1,2,3,4) verbindet, wenn sich der Ventilkolben (62) in der Arbeitsstellung befindet.
6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ruhestellung der Ventilkolben (62), durch eine Vorspanneinrichtung festgelegt ist.
7. Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspanneinrichtung durch eine Feder (70) und/oder ein unter Druck stehendes Gas bzw. eine unter Druck stehende Flüssigkeit gebildet ist.
8. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Übersetzung mit der das Walzen- ventil (13,14) angetrieben wird und die Durchbrüche (52,53) in den Seitenwänden der das Walzenventil (13,14) bildenden rohr¬ förmigen Elemente (50,51) so ausgelegt sind, daß sich ein Be¬ trieb des Verbrennungsmotors mit vier Arbeitstakten ergibt (Viertaktmotor) .
9. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 1 s 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Übersetzung mit der das Walzen¬ ventil (13,14) angetrieben wird und die Durchbrüche (52,53) in den Seitenwänden der das Walzenventil (13,14) bildenden rohr- förmigen Elemente (50,51) so ausgelegt sind, daß sich ein Be¬ trieb des Verbrennungsmotors mit zwei Arbeitstakten ergibt (Zweitaktmotor) . 10. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß
das Frischgas, das in dem Laderzylinder (9,
10) komprimiert wird, aus Luft besteht, und
der Kraftstoff von einer Einspritzanlage direkt in den Kom¬ pressionsraum der Arbeitszylinder eingespritzt wird.
11. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Frischgas das in dem Laderzy¬ linder (9,10) komprimiert wird, ein Kraftstoff-Luft-Gemisch ist.
12. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (27) unterhalb des Laderzylinders (9,10) quer zur Bewegungsrichtung der Kolben (5, 6,7,8,11,12) und symmetrisch zwischen den Arbeitszylindern (1,2, 3,4) angeordnet ist.
13. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragung von den Arbeitskolben (5,6,7,8) auf das Kurbelgetriebe über sich aus den Arbeitszylindern (1,2,3,4) herauserstreckende weitere Kol¬ benstangen erfolgt, die mit dem Kurbelgetriebe verbunden sind.
14. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragung von den Arbeitskolben (5,6,7,8) auf das Kurbelgetriebe über sich aus dem Laderzylinder (9,10) herauserstreckende weitere Kolbenstan- gen erfolgt, die mit dem Kurbelgetriebe verbunden sind.
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