WO2000029732A1

WO2000029732A1 - Kurbelwellenlose verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: WO2000029732A1
Application number: PCT/EP1999/008808
Authority: WO
Inventors: Hartwig Groeneveld
Original assignee: Bräuer, Rüdiger
Priority date: 1998-11-16
Filing date: 1999-11-16
Publication date: 2000-05-25
Also published as: AU1271800A; DE19852718A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine kurbelwellenlose Verbrennungskraftmaschine (10, 58) mit zumindest einem Paar von in Boxeranordnung angeordneten Verbrennungszylindern (12, 14; 60, 62), in denen Kolben (16, 18; 64, 66) beweglich angeordnet sind. Zur Vereinfachung des konstruktiven Aufbaus und zur Verbesserung des Gewichts-/Leistungsverhältnisses ist vorgesehen, dass zwischen den Verbrennungszylindern (12, 14; 60, 62) zumindest ein Arbeitszylinder (22, 70) mit einem darin beweglichen Arbeitskolben (24, 72) und/oder eine Kraftübertragungseinheit (150, 166) zur Umwandlung einer Linear- in eine Drehbewegung mit einem Übertragungselement (152) angeordnet ist, wobei der Arbeitskolben (24, 72) und/oder das Übertragungselement (152) über Kolbenstangen (26, 28; 74, 76) mit in den Verbrennungszylindern (12, 14; 60, 62) angeordneten Kolben (16, 18; 64, 66) gekoppelt ist.

Description

Beschreibung

Kurbelwellenlose Nerbrennungskraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine kurbelwellenlose Nerbrennungskraftmaschine mit zumindest einem Paar von in Boxeranordnung angeordneten Nerbrennungszylindern, in denen Kolben beweglich angeordnet sind.

Eine derartige Verbrermungskrafm aschine ist aus DE 33 20 363 bekannt. Dabei sind mehrere Nerbrennungszylinderpaare parallel in einer Ebene angeordnet, die gemeinsam auf ein parallel verschiebbares Führungsteil zum oszillierenden Verschieben des Führungsteils wirken. Der Verbrennungsvorgang läuft im Vierertakt ab. Eine derartige Vorrichtung soll als Kompressor (Pumpe) eingesetzt werden, wobei in den Zylindern auf den den Verbrennungsräumen abgewandten Seiten der Kolben Verdichtungsräume angeordnet sind. Die Kolben selbst sind über Kolbenstangen mit dem parallel verschiebbaren Führungsteil verbunden, wobei die Kolben über einen Zahnradmechanismus um ihre eigene Achse drehbar angeordnet sind. Dadurch wird die Verbrennungskraftmaschine mechanisch aufwendig.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zu Grunde, eine Verbrennungskraftmaschine der zuvor beschriebenen Art dahingehend weiterzuentwickeln, dass deren konstruktiver Aufbau vereinfacht wird, um ein verbessertes Gewicht-/Leistungs- Verhältnis zu erhalten.

BESTÄTIGUΝGSKOPIE Das Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen den Verbrennungszylindern zumindest ein Arbeitszylinder mit einem darin beweglichen Arbeitskolben und/oder eine Kraftübertragungseinheit zur Umwandlung einer Linear- in eine Drehbewegung mit einem Übertragungselement angeordnet ist, wobei der Arbeitskolben und/oder das Übertragungselement über Kolbenstangen mit in den Verbrennungszylindern angeordneten Kolben gekoppelt ist.

Die erfindungsgemäße Lösung geht einen völlig anderen Weg, wobei ein oder mehrere leistungsstarke Arbeitszylinder zwischen den Verbrennungszylindern angeordnet sind. Bei einer Bewegung des Arbeitskolbens wird einerseits ein in dem Arbeitszylinder enthaltendes Fluid aus dem Arbeitszylinder gepresst und andererseits ein entgegengesetzer Raum des Arbeitszylinders mit einem Fluid gefüllt. Wenn als Fluid Öl eingesetzt wird, kann die Maschine bzw. das von ihr erzeugte Drucköl auch als Antrieb eines Hydraulikmotors eingesetzt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass der Arbeitszylinder als Pumpe oder Kompressor ausgebildet ist, wobei der Arbeitszylinder stirnseitig oder zylindermantelseitig in der Nähe der Stirnseite jeweils zumindest ein Einlass- und Auslassventil aufweist. Es ist vorgesehen, dass die Ein- und Auslassventile durch die Bewegung des Arbeitskolbens bevorzugt selbständig öffnen und schließen. Die Ein- und Auslassventile können zum Beispiel als Klappenventile oder als federgespannte Kugelventile ausgebildet sein, die bei einem Saugvorgang öffnen und bei einem Druckvorgang automatisch schließen und umgekehrt.

Vorzugsweise ist die Verbrennungskraftmaschine als Zweitaktmotor ausgebildet, wobei die Verbrennungszylinder an einer dem Arbeitszylinder und/oder Übertragungselement abgewandten Stirnseite jeweils einen Zylinderkopf aufweisen.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das Übertragungselement zur Umwandlung einer Linear- in eine Drehbewegung eine sich entlang oder parallel zu zumindest einer Kolbenstange erstreckende Zahnstange ist, wobei die Zahnstange mit zumindest zwei ersten Zahnrädern gekoppelt ist, die jeweils auf einer Welle angeordnet sind und diese Welle antreiben, wobei die Wellen und/oder die Zahnräder jeweils einen in entgegengesetzter Richtung wirkenden Freilauf aufweisen und auf eine gemeinsame Abtriebswelle wirken. Auf diese Weise wird eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, die möglichst einfach eine Linearbewegung in eine Drehbewegung umwandelt. Die Zahnstange kann auch zwei gegenüberliegende Zahnflächen aufweisen, vorzugweise eine obere und eine untere Zahnfläche, wobei ein Zahnrad in die obere und ein Zahnrad in die untere Zahnfläche eingreift. Auch besteht die Möglichkeit, dass die Zahnstange lediglich eine Zahnfläche aufweist, wobei beide Zahnräder nebeneinander in dieselbe Zahnfläche eingreifen. Alternativ kann das Übertragungselement auch als Kette, Reibfläche oder ähnliches ausgebildet sein. Dabei weisen die Wellen entweder ein Kettenrad oder ein Reibrad auf, um die Hin- und Herbewegung in eine Rotationsbewegung umzuformen.

Zur Ankopplung an eine gemeinsame Abtriebswelle weisen die Wellen jeweils ein zweites Zahnrad auf, die in oder an einen Kranz mit Innen- und/oder Außenverzahnung eingreifen, wobei der vorzugsweise trommelförmige Kranz axial mit der Abtriebswelle verbunden ist. Auch besteht die Möglichkeit, dass die zweiten Zahnräder der Wellen mit einem mit der Abtriebswelle verbundenen Zahnrad zusammenwirken. Beide Wellen können grundsätzlich auch in entgegengesetzter Richtung geführt sein.

Zur Verstärkung der Leistung des Verbrennungsmotors können mehrere Paare von Verbrennungszylindern parallel nebeneinander angeordnet werden, wobei die Übertragungselemente über gemeinsame Wellen auf eine Abtriebswelle arbeiten. Bei dieser Ausführungsform weisen die mit den Kolbenstangen gekoppelten Zahnstangen vorzugsweise eine Schrägverzahnung auf, wobei parallel liegende Zahnstangen entgegengesetzte Steigungen aufweisen, um Querkräfte auszugleichen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Verbrennungskraftmaschine als Viertaktmotor ausgebildet, wobei die Verbrennungszylinder an ihren jeweiligen Stirnseiten je einen Zylinderkopf aufweisen.

Zur Steuerung der Einlass- und Auslassgase ist vorgesehen, dass die Verbrennungszylinder und Kolben Schlitze und/oder Öffnungen aufweisen, über die Gasgemisch-Zuluft und/oder die Abgas-Abluft gesteuert werden.

Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Verbrennungszylinder und/oder deren Zylinderköpfe Steuerelemente zum Auslösen von Zündimpulsen und/oder zur Ventilsteuerung aufweisen. Die Steuerelemente können als Schaltelemente, wie zum Beispiel Näherungsschalter ausgebildet sein.

Die Verbrennungszylinder haben vorzugsweise den gleichen Durchmesser, wodurch eine symmetrische Arbeitsweise gewährleistet ist. Der Durchmesser des Arbeitszylinders kann entsprechend des zu fordernden Fluids gleich groß, größer oder kleiner sein als der Durchmesser der Verbrennungszylinder.

Um eine besonders einfache Konstruktion zu erreichen ist vorgesehen, dass die Verbrennungszylinder und der Arbeitszylinder einstückig miteinander verbunden sind, wobei der Motor insgesamt rohrförmig ausgebildet ist.

Gemäß einer anderen Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Verbrennungskraftmaschine einen Verbrennungszylinder mit einem Kolben und stimseitigen Zylinderköpfen aufweist, wobei entlang einer Mittelachse des Verbrennungszylinders stirnseitig zumindest ein Arbeitszylinder mit einem Arbeitskolben vorgesehen ist, der über zumindest eine Kolbenstange mit dem Kolben des Verbrennungszylinders gekoppelt ist. Vorzugsweise arbeitet diese Verbrennungskraftmaschine nach dem Zweitakt- Verfahren. Um den Motor zu starten ist vorgesehen, dass zumindest einer der Arbeitskolben mit einem Anlasser gekoppelt ist, der eine Hin- und Herbewegung des Arbeitskolbens bewirkt. Vorzugsweise ist der Anlasser eine elektrische Ölpumpe, die über Zu- und Ableitungen Öl unter Druck in den Arbeitszylinder einbringt, um den Arbeitskolben in Bewegung zu versetzen, wobei die Steuerung der Zu- und Ableitungen über Schaltelemente, wie z. B. Näherungsschalter erfolgt.

Andererseits kann der Anlasser als Kompressor ausgebildet sein, wobei der Arbeitskolben und/oder zumindest ein Kolben des Verbrennungsmotors über Druckluft in Bewegung versetzt wird.

Auch kann die Verbrennungskraftmaschine als Hybrid-Motor ausgebildet sein, wobei der Arbeitskolben als Spule und/oder Magnet ausgebildet ist und sich in einem Magnetfeld oder innerhalb einer Spule zur Erzeugung einer elektrischen Spannung bewegt oder zur Erzeugung einer Kraft von einem elektrischen Magnetfeld nach Art eines Linearmotors angetrieben wird.

Diese Ausfiihrungsforrn zeichnet sich dadurch aus, dass die Verbrennungskraftmaschine auch als Hybrid-Motor eingesetzt werden kann. Bei Wirksamkeit der Verbrennungszylinder bewegt sich die Spule oder der Magnet innerhalb einer äußeren Spule, an der eine Spannung zur Speisung einer Batterie oder eines anderen elektrischen Verbrauchers abgreifbar ist. Umgekehrt kann bei Bestromung der äußeren Spule ein wechselndes Magnetfeld erzeugt werden, wodurch die Spule oder der Magnet eine Linearbewegung ausführt, so dass eine Hin- und Herbewegung der Spule bzw. des Magneten erzeugt wird. Bei dieser Betriebsart können die Verbrennungszylinder stillgelegt werden, so dass die Hin- und Herbewegung der Kolbenstangen über die zuvor beschriebene Kraftübertragungseinheit in eine Drehbewegung umgewandelt werden kann. Bei dieser Betriebsweise muss sichergestellt sein, dass im Verbrennungszylinder keine Kompression stattfindet. Hierzu können entsprechende Dekompressionsventile verwendet werden. Auch besteht die Möglichkeit, die Kompression in diesem Fall zu nutzen, um zum Beispiel Pressluft zu erzeugen. Selbstverständlich ist auch eine Kombination dahingehend denkbar, dass die Verbrennungszylinder als Kompressoren verwendet werden und die Hin- und Herbewegung durch das Kraftübertragungselement in eine Rotationsbewegung transformiert wird.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von den Figuren zu entnehmenden Ausfuhrungsbeispielen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer kurbelwellenlosen

Verbrennungskraftmaschine mit einem zwischen zwei nach dem Zweitakt- Verfahren arbeitenden Verbrennungszylinder angeordneten Arbeitszylinder,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer kurbelwellenlosen

Verbrennungskraftmaschine mit einem zwischen zwei nach dem Viertakt- Verfahren arbeitenden Verbrennungszylinder angeordneten Arbeitszylinder,

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform einer kurbelwellenlosen

Verbrermungskraftmaschine mit einem zwischen zwei Arbeitszylindern angeordneten bevorzugt nach dem Zweitaktverfahren arbeitenden Verbrennungszylinder,

Fig. 4 eine Prinzipdarstellung einer vierten Ausfuhrungsform einer

Verbrennungskraftmaschine, wobei ein Arbeitskolben als Spule ausgebildet ist, der sich in einem Magnetfeld bewegt, Fig. 5 eine fünfte Ausführungsform einer kurbelwellenlosen

Verbrennungskraftmaschine mit einer zwischen zwei Verbrennungszylindern angeordneten Kraftübertragungseinheit zur Umwandlung einer Linearbewegung in eine Rotationsbewegung,

Fig. 6 eine Draufsicht auf ein als Zahnstange ausgebildetes Übertragungselement mit gerader Verzahnung,

Fig. 7 eine Draufsicht auf ein als Zahnstange ausgebildetes Übertragungselement mit Schrägverzahnung,

Fig. 8 eine Draufsicht auf eine Zahnstange, in die ein Zahnrad mit Abtriebswelle eingreift,

Fig. 9 eine schematische Darstellung von nebeneinander angeordneten

Zahnstangen it den zugehörigen Zylindern,

Fig. 10 eine prinzipielle Vorderansicht einer ersten Ausführungsform eines

Getriebes zum Antrieb der Abtriebswelle,

Fig. 11 eine Schnittdarstellung des Getriebes gemäß Fig. 10 und

Fig. 12 eine zweite Ausfuhrungsform eines Getriebes.

In Fig. 1 ist eine prinzipielle Darstellung einer kurbelwellenlosen Verbrennungskraftmaschine 10 in ihrer Minimal- Ausführung dargestellt. Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst zumindest ein Paar von in Boxeranordnung angeordneten Verbrennungszylindern 12, 14 mit zugehörigen Kolben 16, 18, die entlang einer gemeinsamen Mittelachse 20 angeordnet sind. Zwischen den Verbrennungszylindern 12, 14 ist zumindest ein Arbeitszylinder 22 mit einem Arbeitskolben 24 angeordnet, wobei der Arbeitskolben 24 über Kolbenstangen 26, 28 mit den in den Verbrennungszylindern 12, 14 angeordneten Kolben 16, 18 gekoppelt ist.

Dabei sind die Kolbenstangen 26, 28 mit ihren jeweiligen Enden 30, 32, 34, 36 in entsprechenden Aufiiahmen der Kolben 16, 24, 18 gelagert, vorzugsweise als lose Lagerung.

Die Zylinder 12, 14 sind an ihren dem Arbeitszylinder 22 abgewandten Stirnseiten jeweils mit einem Zylinderkopf 38, 40 verschlossen, in den jeweils eine nicht dargestellte Zündkerze eingeschraubt ist, sofern nicht das Dieselverfahren angewendet wird. Gegenüberliegende Seiten können in Abhängigkeit der Einlass- und Auslassbohrungen offen oder geschlossen ausgebildet sein.

Der Arbeitszylinder 22 weist an seinen Stirnseiten 42, 44 bzw. mantelseitig in Nähe der Stirnseiten 42, 44 jeweils mindestens ein Einlassventil 46, 48 und ein Auslassventil 50, 52 auf. Die Ventile 46 bis 52 können als Klappenventile ausgebildet sein, die sich entsprechend der Druckverhältnisse im Zylinderraum öffnen bzw. schließen. Andererseits können die Ventile 46 bis 52 auch als gesteuerte Ventile wie z. B. Hydraulikventile a- usgebildet sein, die über in den Verbrennungszylindem 12, 14 angeordnete Schaltelemente 54, 56, nachfolgend als Näherungsschalter 54, 56 bezeichnet, entsprechend angesteuert werden. Die Ventile können auch als elektrische und/oder mechanische Ventile ausgebildet sein, die über eine mit den Kolbenstangen gekoppelte mechanische Steuerung steuerbar sind. Gleichzeitig dienen die Näherungsschalter 54, 56 dazu, bei Benzin-betriebener Ausführung und gegebennenfalls Gasbetrieb die Zündimpulse und/oder Einspritzimpulse für die Verbrennungszylinder 12, 14 zu erzeugen.

Im Folgenden soll die Funktionsweise näher erläutert werden. In Fig. 1 sind die Kolben 24, 30, 36 in der rechten Endstellung dargestellt. Der Näherungsschalter 56 erkennt den Kolben 36, so dass ein Zünd- und/oder Einspritzimpuls in dem Verbrennungszylinder 14 erzeugt wird. Nach Zündung eines komprimierten Gemisches setzt ein Dehnungshub ein, wobei über die Kolbenstange 28 eine Kraft auf den Arbeitskolben 24 und über die Kolbenstange 26 auf den Kolben 30 übertragen wird. Dadurch wird einerseits eπeicht, dass in dem Arbeitszylinder enthaltenes Fluid über das Auslassventil 50 ausgestoßen wird und andererseits, dass in dem Verbrennungszylinder 12 enthaltenes Gasgemisch durch den Kolben 30 komprimiert wird. Gleichzeitig wird über das Einlassventil 48 eine neue Fluidmenge angesaugt. Sobald sich die Kolben 30, 24, 36 in der linken Endstellung befinden, wobei der Näherungsschalter 54 ein Zünd- und/oder Einspritzsignal für den Verbrennungszylinder 12 erzeugt, wird das komprimierte Gemisch zur Zündung gebracht, wodurch ein Dehnungshub in entgegengesetzter Richtung einsetzt, um die Kolben in die rechte Endstellung zu bewegen. Auf diese Weise entsteht an den Auslassventilen ein mit einem bestimmten Druck versehener Fluidfluss. Als Fluid kann zum Beispiel Öl eingesetzt werden. Dieser Öldruckfluss kann über hydrostatische Motoren für entsprechende Antriebe benutzt werden.

Die Frischluftzufuhr bzw. die Abgasabfuhr wird über entsprechend angeordnete Schlitze gesteuert, die nicht näher dargestellt sind. Wie erwähnt, wird die Zündung und/oder Einspritzung durch den Näherungsschalter 54, 56 gesteuert. Um einen Spüleffekt zu bewirken, kann die Frischluft durch ein Gebläse verstärkt zugeführt werden.

In Fig. 2 ist eine weitere Ausfuhrungsform einer Verbrennungskraftmaschine 58 dargestellt, die jedoch nach dem Viertakt-Verfahren arbeitet. Die Verbrennungskraftmaschine 58 besteht ebenfalls aus zwei Verbrennungszylindem 60, 62 mit Kolben 64, 66, die entlang einer Mittelachse 68 angeordnet sind. Zwischen den Verbrennungszylindem 60, 62 ist ein Arbeitszylinder 70 mit einem Arbeitskolben 72 angeordnet, der über Kolbenstangen 74, 76 mit den Kolben 64, 66 gekoppelt ist.

Im Unterschied zu der Ausfuhrungsform gemäß Fig. 1 weisen die Verbrennungszylinder 60, 62 jeweils zwei Zylinderköpfe 78, 80; 82, 84 auf, die stimseitig angeordnet sind. Dabei sind die dem Arbeitszylinder 70 zugewandten Zylinderköpfe 80, 82 jeweils mit einer Führung 86, 88 für die Kolbenstangen 74, 76 ausgestattet. Des Weiteren ist jeder Verbrennungszylinder 60, 62 mit je zwei Näherungsschaltern 90, 92; 94, 96 ausgestattet, so dass sowohl die rechte als auch die linke Endstellung der Kolben 64, 66 zur Erzeugung von Zünd- und/oder Einspritzimpulsen von in den Zylinderköpfen 78 bis 84 angeordneten und nicht dargestellten Zündkerzen bzw. Einspritzvorrichtung erzeugt werden können.

In der Ausgangssituation nach Fig. 2 folgt eine erste Zündung in dem Verbrennungszylinder 62, so dass der Kolben 66 nach links bewegt wird. Über die Kolbenstange 76 wird eine Kraft auf den Arbeitskolben 72 übertragen und über den die Kolbenstange 74 auf den Kolben 64, so dass in dem Verbrennungszylinder 60 eine Verdichtung stattfindet. Über den Näherungsschalter 90 wird der Kolben 64 erkannt, so dass eine Zündung ausgelöst wird, die den Kolben 64 nach rechts bewegt. Dann erfolgt eine Zündung durch den Näherungsschalter 92, in dem Verbrennungszylinder 60. Dadurch wird der Kolben 64 zusammen mit dem Arbeitskolben 72 und dem weiteren Kolben 66 wieder nach links bewegt. Zuletzt erfolgt eine Zündung durch den Näherungsschalter 94, der den Kolben 66 erkennt und eine Rechtsbewegung einleitet. Damit ist ein Zyklus vollendet und beginnt erneut mit einer Zündung durch Näherungsschalter 96. Die Zylinderköpfe 78 bis 84 können Ventile wie z. B. Hydraulikventile aufweisen, die ebenfalls gesteuert über die Näherungsschalter 90 bis 96 angesteuert werden können.

Vorzugsweise haben die Verbrennungszylinder 12, 14, 60, 62 die gleichen Durchmesser. Der Arbeitszylinder 22, 70 kann je nach zu forderndem Fluid den gleichen Durchmesser bzw. einen kleineren oder größeren Durchmesser als die Verbrennungszylinder aufweisen.

Als Arbeitsfluide können Öl, Wasser oder andere Flüssigkeiten eingesetzt werden. Des Weiteren ist die Förderung von Luft oder anderen Gasen sowie eine Förderung von fließfähigen Feststoffen oder entsprechender Mischungen vorstellbar.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausfuhrungsform einer Verbrerinungskraftmaschine 98 in prinzipieller Darstellung gezeigt. Die Verbrennungskraftmaschine 98 umfasst einen Verbrennungszylinder 100 mit einem Kolben 102 und stimseitigen Zylinderköpfen 104, 106. Entlang einer gemeinsamen Mittelachse 108 des Verbrennungszylinders 100 ist stimseitig zumindest ein Arbeitszylinder 110, 112 mit Arbeitskolben 114, 116 angeordnet, die über Kolbenstangen 118, 120 mit dem Kolben 102 gekoppelt sind. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Arbeitszylinder 110, 112 vorgesehen. Eine Ausführungsform mit nur einem Arbeitszylinder ist ebenfalls denkbar. Der Verbrennungszylinder 100 arbeitet zweckmäßigerweise nach dem Zweitakt- Verfahren, wobei die Zündsteuerung und/oder Ventilsteuerung über Nähemngsschalter wie zuvor erläutert, gesteuert wird.

Zum Starten der zuvor beschriebenen Verbrennungskraftmaschinen 10, 58, 98 ist ein Anlasser vorgesehen, der verschiedene Ausführungsformen aufweisen kann. Zum einen kann der Anlasser als Ölpumpe ausgebildet sein, die über gesonderte Zu- und Ableitungen den oder die Arbeitskolben jeweils mit Öldruck so beaufschlagt, dass eine Hin- und Herbewegung in Gang gesetzt wird. Die Steuerung dieses Vorgangs kann ebenfalls über die Nähemngsschalter erfolgen. Sobald die Zündung erfolgt ist, werden die Zu- und Ableitungen sowie der Anlassvorgang beendet.

Andererseits kann der Anlasser als Druckluftpumpe ausgebildet sein, der den oder die Arbeitskolben bzw. die Kolben der Kraftmaschine mit Druckluft beaufschlagt.

Eine weitere Alternative besteht darin, eine Kolbenstange mit einem elektrischen Linearmotor zu koppeln, so dass auf diese Weise eine Hin- und Herbewegung der Kolben erzeugt wird.

In Fig. 4 ist eine Variante eines Anlassers 122 dargestellt, wobei ein Arbeitskolben 124 mit einer Spule 126 versehen ist. Der Arbeitskolben 124 kann sich innerhalb des Arbeitszylinders 128 über Kolbenstangen 130, 132 hin- und herbewegen Des Weiteren ist vorgesehen, dass der Arbeitszylinder 128 mit Arbeitskolben 124 in einem Magnetfeld 134 angeordnet ist. Wird nun die Spule 126 mit einem Strom beaufschlagt, so wird auf den Arbeitskolben 124 eine Kraft ausgeübt, die zu einer Linearbewegung führt. In den Endstellungen muss die Stromrichtung in der Spule 126 umgekehrt werden, so dass eine Hin- und Herbewegung des Arbeitskolbens 124 über die Kolbenstangen 130, 132 auf die Kolben übertragen wird, durch die eine Zündung eingeleitet wird.

Alternativ kann die Anordnung gemäß Fig. 4 im Umkehrfall auch als Generator betrieben werden.

Selbstverständlich besteht die Möglichkeit, mehrere der oben genannten Verbrennungskraftmaschinen zu kaskadieren, wobei die Arbeitszylinder miteinander gekoppelt werden können, um einen gleichmäßigen Fluidfluss zu erreichen.

In Fig.5 ist schematisch eine weitere Ausführungsform einer Verbrennungskraftmaschine 136 dargestellt. Die Verbrennungskraftmaschine 136 weist ebenfalls zwei in Boxeranordnung angeordnete Verbrennungszylinder 138, 140 auf, in denen jeweils ein Kolben 142, 144 angeordnet ist. Die Kolben 142, 144 sind über Kolbenstangen 146, 148 mit einer Kraftübertragungseinheit 150 zur Umwandlung einer Linear- in eine Drehbewegung gekoppelt. Die Kraftübertragungseinheit besteht aus einem Übertragungselement 152, das in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel als Zahnstange ausgebildet ist. Die Zahnstange 152 weist eine obere Zahnfläche 154 sowie eine untere Zahnfläche 156 auf, in die jeweils ein Zahnrad 158, 160 zur Umwandlung der Linearbewegung in eine Drehbewegung eingreift. Die Zahnräder 158, 160 sind jeweils mit Wellen 162, 164 verbunden.

In Fig. 6 ist ein Abschnitt der Zahnstange 152 in Draufsicht dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Zahnfläche 154 als Geradverzahnung ausgeführt. Fig. 7 zeigt in Draufsicht einen Abschnitt der Zahnstange 152, wobei die Verzahnung 154' als Schräg Verzahnung ausgebildet ist.

Im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß Fig. 5, in der eine Übertragungseinheit 150 dargestellt ist, bei der die Wellen 162, 164 vertikal übereinander angeordnet sind und in eine Richtung zeigen, ist in Fig. 8 eine weitere Ausführungsform einer Kraftüber- tragungseinheit 166 dargestellt, bei der sich die Wellen 162, 164 in verschiedene Richtungen entlang einer Achse 168 erstrecken. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, dass die Zahnstange 152 nur eine Zahnfläche mit einer entsprechenden Breite aufweist, so dass die Zahnräder 158, 160 nebeneinander auf einer Zahnfläche arbeiten.

In Fig. 9 ist eine Anordnung dargestellt, wobei mehrere Zylinderpaare mit Zahnstangen 152, 152', 152" parallel nebeneinander angeordnet sind. Hierbei ist insbesondere die Schrägverzahnung gemäß Fig. 7 zu bevorzugen, wobei die Schrägverzahnungen aufeinanderfolgender Zahnstangen zweckmäßig jeweils entgegengesetzte Steigungen aufweisen, so dass eine Axialbelastung entsprechend gemindert bzw. aufgehoben wird. Auch ist eine besondere Führung der Zahnstangen 152, 152', 152" vorzusehen, um ' Querkräfte durch die Schrägverzahnung aufnehmen zu können.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass jedes Zahnrad 158, 160 und/oder jede Welle 162, 164 einen Freilauf aufweist, wobei die Freiläufe in entgegengesetzter Richtung wirken. Bei einer Rechtsbewegung der Zahnstange 152 wird zum Beispiel das Zahnrad 158 mit der Welle 162 angetrieben, während das untere Zahnrad 160 aufgrund des Freilaufs kein Moment auf die Welle 164 abgibt. Bei einer Linksbewegung der Zahnstange 152 greift der Freilauf des Zahnrades 160 ein und treibt die Welle 164 an, wohingegen das Zahnrad 158 freiläuft und kein Moment an die Welle 162 abgibt.

Zusätzlich zu den ersten Zahnrädern 158, 160 weist die Welle 162, 164 zweite Zahnräder 170, 172 auf, die zusammen mit einem Kranz 174 ein Getriebe 176 bilden, das in Fig. 10 dargestellt ist. Der Kranz 174 weist eine Innenverzahnung 178 auf und ist mit einer Abtriebswelle 180 gekoppelt.

In Fig. 11 ist eine Schnittdarstellung dieser Anordnung gezeigt, wobei der Kranz 174 als Teil einer Trommel ausgebildet ist. Alternativ kann der Kranz 174 über eine Glocke oder Stegverbindungen mit der Welle 180 verbunden werden. Die gemeinsame Abtriebswelle 180 ist im Zentrum der Trommel 174 entlang einer Mittelachse 182 befestigt. Bei einer Bewegung des Zahnrades 170 in Richtung des Pfeils 184 dreht sich das Außenrad 174 in Richtung des Pfeils 186. Das Zahnrad 172 befindet sich bei dieser Bewegung im Freilauf.

Bei der Rückbewegung wird das Zahnrad 172 in Richtung des Pfeils 188 bewegt, so dass das Außenrad 174 weiterhin in Richtung des Pfeils 186 angetrieben wird. Auf diese Weise wird insgesamt eine gleichmäßige Rotationsbewegung der Abtriebswelle 180 erreicht.

In Fig. 12 ist eine weitere Ausfuhrungsform eines Getriebes 190 dargestellt, wobei die Zahnräder 170, 172 der Wellen 162, 164 auf ein mit der Abtriebswelle 180 verbundenes Zahnrad 192 wirken. Wenn das Zahnrad 170 in Richtung des Pfeils 194 bewegt wird, dreht sich das Zahnrad 192 in Richtung des Pfeils 196. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich das Zahnrad 172 im Leerlauf. Bei einer Rückbewegung der Zahnstange 152 wird das Zahnrad 172 in Richtung des Pfeils 198 bewegt, wobei das Zahnrad 192 wiederum in Richtung des Pfeils 196 angetrieben wird und somit eine gleichmäßige Rotationsbewegung ausführt. Die Ausführungsform 190 weist den Vorteil auf, dass ein Zahnrad 200 eines Anlassers direkt mit dem Zahnrad 192 der Abtriebswelle und somit über die Zahnräder 170, 172 und die Wellen 162, 164 auf die Kolben 142, 144 einwirken kann.

Claims

Patentansprüche

1. Kurbelwellenlose Verbrennungskraftmaschine (10, 58) mit zumindest einem Paar von in Boxeranordnung angeordneten Verbrennungszylindem (12, 14; 60, 62), in denen Kolben (16, 18; 64, 66) beweglich angeordnet sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zwischen den Verbrennungszylindem (12, 14; 60, 62) zumindest ein Arbeitszylinder (22, 70) mit einem darin beweglichen Arbeitskolben (24, 72) und/oder eine Kraftübertragseinheit (150, 166) zur Umwandlung einer Linear- in eine Drehbewegung mit einem Übertragungselement (152) angeordnet ist, wobei der Arbeitskolben (24, 72) und/oder Übertragungselement (152) über Kolbenstangen (26, 28; 74, 76) mit in den Verbrennungszylindem (12, 14; 60, 62) angeordneten Kolben (16, 18; 64, 66) gekoppelt ist.

2. Kurbelwellenlose Verbrennungskraftmaschine, umfassend einen Verbrennungszylinder (100) mit einem Kolben (102) und stimseitigen Zylinderköpfen (104, 106), wobei entlang einer Mittelachse (108) des Verbrennungszylinders (100) stimseitig zumindest ein Arbeitszylinder (110, 112) mit einem Arbeitskolben (114, 116) und/oder eine Kraftübertragungseinheit (150, 166) zur Umwandlung einer Linear- in eine Drehbewegung mit einem Übertragungselement (152) vorgesehen ist, wobei der Arbeitskolben (114, 116) und/oder das Übertragungselement (152) über zumindest eine Kolbenstange (118, 120) mit dem Kolben (102) des Verbrennungszylinders (100) gekoppelt ist. ,.,--,-„-,

PCT/EP99/08808

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3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspmch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement eine sich entlang oder parallel zu zumindest einer Kolbenstange (146, 148) erstreckende Zahnstange (152) ist, dass die Zahnstange (152) mit zumindest zwei ersten Zahnrädern (158, 160) gekoppelt ist, die jeweils an einer Welle (162, 164) angeordnet sind und diese Welle antreiben, wobei die Wellen (162, 164) und/oder die Zahnräder (158, 160) jeweils einen in entgegengesetzter Richtung wirkenden Freilauf aufweisen und auf eine gemeinsame Abtriebswelle wirken.

4. Verbrennungskraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange (152) zwei Zahnflächen (154, 156), vorzugsweise eine obere und eine untere Zahnfläche (154, 156) aufweist, wobei das Zahnrad (158) in die obere Zahnfläche (154) und das Zahnrad (160) in die untere Zahnfläche (156) eingreift.

5. Verbrennungskraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange (152) nur eine Zahnfläche aufweist, wobei beide Zahnräder

(158, 160) in dieselbe Zahnfläche eingreifen.

6. Verbrennungskraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellen (162, 164) jeweils ein zweites Zahnrad (170, 172) aufweisen, die in einen Kranz mit Innen- und/oder Außenverzahnung (178) eingreifen, wobei der vorzugsweise trommeiförmige Kranz (174) mit einer Abtriebswelle (180) verbunden ist.

7. Verbrennungskraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Zahnräder (170, 172) der Wellen (162, 164) mit einem Zahnrad

(192) der Abtriebswelle (180) gekoppelt sind.

8. Verbrennungskraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Paare von Verbrennungszylindem parallel nebeneinander angeordnet sind und auf eine gemeinsame Abtriebswelle (180) arbeiten.

9. Verbrennungskraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Kolben (142, 144) gekoppelte Zahnstange (152) eine gerade oder eine schräge Verzahnung aufweist, wobei parallel liegende Zahnstangen (152, 152', 152") vorzugsweise entgegengesetzte Steigungen aufweisen.

10. Verbrennungskraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitszylinder (22, 70, 110, 112) als Pumpe oder Kompressor ausgebildet ist, wobei der Arbeitszylinder (22, 70, 110, 112) stimseitig oder mantelseitig jeweils zumindest ein Einlass- und Auslassventil (46, 48, 50, 52) aufweist.

11. Verbrennungskraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ein- und Auslassventile (46, 48, 50, 52) vorzugsweise als Klappenventile und/oder als mit einstellbarer Federkraft arbeitende Kugel- oder Kugelventile ausgebildet sind und vorzugsweise durch die Bewegung des Arbeitskolbens (24, 72, 114, 116) selbständig öffnen und schließen.

12. Verbrennungskraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (10) als Zweitaktmotor ausgebildet ist, wobei die Verbrennungszylinder (12, 14) an einer dem Arbeitszylinder (22) abgewandten Stirnseite jeweils einen Zylinderkopf (38, 40) aufweisen.

13. Verbrennungskraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (58) als Viertaktmotor ausgebildet ist, wobei die Verbrennungszylinder (60, 62) an ihren jeweiligen Stirnseiten je einen Zylinderkopf (78, 80; 82, 84) aufweisen.

14. Verbrennungskraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungszylinder (12, 14; 60, 62; 100) oder deren Zylinderköpfe (38, 40; 78 - 84; 104, 106) Schaltelemente (54, 56; 90 - 96), vorzugsweise Nähemngsschalter zum Auslösen von Zündimpulsen und/oder zur Ventilsteuerung und/oder zum Betätigen eines Einspritzvorgangs aufweisen.

15. Verbrennungskraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nähemngsschalter (54, 56; 90-96) an den Stirnseiten bzw. der Mantelfläche der Verbrennungszylinder einstellbar angeordnet sind.

16. Verbrennungskraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungszylinder (12, 14; 60, 62) bevorzugt den gleichen Durchmesser aufweisen.

17. Verbrennungskraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungszylinder (12, 14; 60, 62; 100) und die Arbeitszylinder (22, 70; 110, 112) einstückig miteinander verbunden sind, wobei der Verbrennungsmotor (10, 58, 98) insgesamt rohrfbrmig ausgebildet ist.

18. Verbrennungskraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (98) nach dem Zweitakt- Verfahren arbeitet.

19. Verbrennungskraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Arbeitskolben mit einem Anlasser gekoppelt ist, der eine Hin- und Herbewegung des Arbeitskolbens (24, 72, 114, 116) bewirkt.

20. Verbrennungskraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlasser eine bevorzugt elektrische Ölpumpe ist, die über Zu- und Ableitungen Öl unter Dmck in den Arbeitszylinder einbringt, um den Arbeitskolben in Bewegung zu versetzen, wobei die Steuerung der Zu- und Ableitungen über Schaltelemente wie Nähemngsschalter erfolgt.

21. Verbrennungskraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlasser als Kompressor ausgebildet ist, wobei der Arbeitskolben oder der bzw. die Kolben der Kraftmaschine über Druckluft in Bewegung versetzt werden.

22. Verbrennungskraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (10, 58, 98) als Hybrid-Motor ausgebildet ist, wobei der Arbeitskolben (24, 72, 114, 116, 124) als stromdurchflossene Spule (126) und/oder Magnet ausgebildet ist und sich in einem Magnetfeld und/oder innerhalb einer Spule zur Erzeugung einer elektromechanischen Kraft (Strom/Spannung) bewegt oder zur Erzeugung einer Kraft von einem externen elektrischen Magnetfeld nach Art eines Linearmotors angetrieben wird.

23. Verbrennungskraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstangen (26, 28; 74, 76) in Aufnahmen der Kolben (16, 18; 64, 66) gelagert, vorzugsweise lose gelagert sind.

24. Verbrennungskraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstangen (26, 28; 74, 76; 118, 120; 146, 148) entlang einer Mittellinie (20; 68) oder im Wesentlichen parallel dazu verlaufen.

25. Verbrennungskraftmaschine nach zumindest einem der vorhergehenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (152) als Kette oder Reibfläche ausgebildet ist, wobei die Wellen (162, 164) ein Kettenrad oder ein Reibrad aufweisen.