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WO1999064734A1 - Motor - Google Patents

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Publication number
WO1999064734A1
WO1999064734A1 PCT/DE1999/001677 DE9901677W WO9964734A1 WO 1999064734 A1 WO1999064734 A1 WO 1999064734A1 DE 9901677 W DE9901677 W DE 9901677W WO 9964734 A1 WO9964734 A1 WO 9964734A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
piston
gas
engine according
chamber
valve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE1999/001677
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk LÖHR
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to AU52776/99A priority Critical patent/AU5277699A/en
Publication of WO1999064734A1 publication Critical patent/WO1999064734A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F02B33/00—Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/02—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps
    • 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
    • F02B33/12—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 the rear face of working piston acting as pumping member and co-operating with a pumping chamber isolated from crankcase, the connecting-rod passing through the chamber and co-operating with movable isolating member
    • 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
    • F02B33/00—Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/02—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps
    • F02B33/26—Four-stroke engines characterised by having crankcase pumps

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine, which has a reciprocating piston and transmits the combustion force with a connecting rod (3) from the piston (2) to the crankshaft (4), the gas play taking place with intake and exhaust valves
  • This new invention gives the possibility that the arrangement of the cylinders, the intended firing order and the piston movement of the neighboring cylinder are irrelevant and that the increase in power can still be achieved by 2 x gas from the lower piston chamber
  • a cylinder is independent of the neighboring cylinder It is possible to additionally add the gases from two piston upward movements to the normally sucked-in gas in the combustion chamber and thus to enable a significantly higher output. This possibility is achieved by the gas being sucked into the compact lower-piston chamber is pressed into the transfer pipe by the downward moving piston and is locked there. Then the upward moving piston sucks gas again and the downward moving piston sucks conventionally into the combustion chamber
  • each cylinder can use its own gas intake without having to take into account what the neighboring cylinder is doing and also single-cylinder engines are possible that use 3 of 4 piston movements for intake and all 3 gas quantities for common combustion
  • the first amount of gas that is sucked into the lower piston chamber is first stored in the transfer tube, it is possible to additionally spend the first gas amount together with the second amount of gas in the combustion chamber. It is possible to implement these additional processes with conventional poppet valves. that can be opened and closed individually
  • both mechanical and automatic valves can be used to control the gases from the lower piston chamber, and these gases can be brought into the combustion chamber for combustion, although it is also possible to refrain from doing this, e.g. when the vehicle is not in motion, if no greater power is required.
  • a valve in the transfer pipe which opens automatically when negative pressure develops in the pipe and so it can give automatic pressure compensation
  • the opening time of the exhaust valve if it is also used for intake purposes in addition to the outlet, can be up to 440 ° of 720 °. It is a great advantage that the gas drawn in creates a kind of air cushion under the piston, so that - k - the crankshaft is protected from too hard knocks by the combustion pressure that acts on the piston
  • the engine can be operated with mixed lubrication, i.e. petrol is added to 01 and lubrication takes place in this way,
  • the engine receives a new oil lubrication.
  • the crankshaft is bored, as is common today, then 01 is pumped through the connecting rod to the piston pin.
  • 01 is pumped through pipes to bores in the piston skirt, and since the piston has oil rings at the top and bottom, 01 remains only between these limits Of course, the respective compression ring, like today, is also lubricated.
  • the 01 runs back into the oil pan through both sides in the piston pin and through a corresponding hole in the connecting rod. From there it drips into the oil pan
  • a further movement activates a valve that sits in the transfer pipe and that is, by means of a cam on the camshaft. Direct intake is now switched off and the first amount of gas that is otherwise stored in the transfer pipe is discharged. Only the last amount of gas is brought into the combustion chamber
  • turbocharger which is used to increase both the gas quantity of the direct intake and the two gas quantities that are drawn into the lower piston chamber
  • FIG. 1 shows a cross section through the engine with mechanical valves for controlling the lower piston chamber
  • FIG. 2 shows a cross section through the engine with partially automatic valves for controlling the lower piston chamber
  • FIG. 3 shows a cross section through the engine with an inlet channel to the outlet valve
  • FIG. 4 shows a cylindrical control rod in the position in which gas is brought from the lower-piston chamber into the transfer tube
  • FIG. 5 shows a cylindrical control rod in which all channels are closed
  • Figure 6 A cylindrical control rod in which gas in the
  • Piston crown (20) is inserted
  • Figure 8 shows a cross section through the engine with one exhaust valve and two
  • FIGS. 9 and 10 show a cross section through the engine with a displaceable camshaft
  • FIG. 11 shows a cross section through the engine with the turbocharger connected
  • a piston (2) moves up and down in a cylinder (1). With the connecting rod (3), the piston (2) is connected to the crankshaft (4). When the piston (2) moves upwards, the boundary plane ( 8) and the piston crown (20) an intake chamber For intake, the inlet valve (10) is via a cam
  • the inlet valve (10) is closed approx. 0 to 90 ° after TDC.
  • the gas is then compressed by the piston (2) and the outlet valve (11) is opened from approx. 60 ° before UT
  • the escaping gases help suck in the new gases
  • the first amount of gas drawn in, especially if it is air, can be discharged from the transfer pipe
  • FIG. 2 shows an embodiment of the engine in which the inlet valve (18) and the outlet valve (19) are diaphragm valves which control themselves through the pressure conditions. If there is negative pressure in the lower piston chamber (7), the inlet valve (18) opens and the outlet valve (19) increases, with overpressure it is exactly the opposite
  • the outlet valve closes at 0-30 ° after TDC.
  • the direct suction valve (12) is open. About 60 ° to 10 ° before UT, the outlet valve (13) is opened again, as is the valve (22) in opening (14) and the gas quantities from the lower piston chamber (7) and the transfer pipe (9) are discharged via the outlet valve (13 ) brought into the combustion chamber (15)
  • the outlet valve (13) would thus be open until the piston (2) in the UT is open and also beyond. It would be conceivable that the opening time of the outlet valve (13) could be up to 440 ° if it is used for filling
  • the feed valve (23) consists of a cylinder in which there are recesses (24, 25, 26) which allow the gas to flow when the recess coincides with an opening.
  • the advantage of this valve (23) is that a control cam (27) can control two openings. If the valve (23) is in the lowest position, the Open path from the lower piston chamber (7) to the transfer pipe (9). In the middle position, all passages are closed
  • the basic idea is that a "combustion chamber sucks in" gas conventionally and gets twice the amount of gas in the lower piston chamber, whereby one must be stored for a short time until the other is sucked in
  • FIG. 9 shows one possible way of switching off the gas quantity by moving the camshaft (6).
  • the camshaft (6) was moved by the sliding device (30) so that that the inlet valve (12) is no longer actuated by the camshaft (6). It remains closed and therefore there is no direct intake.
  • the power flow is ensured by the internally toothed sleeve (33).
  • the lower piston chamber (7) is equipped with an automatic inlet valve (18) and an automatic outlet valve (19).
  • valve (31) is closed again and the last amount of gas which is sucked into the lower piston chamber (7) is brought into the combustion chamber (15) by opening the inlet valve (32). That is, of three possible only one gas quantity is used
  • FIG 11 shows an embodiment in which a turbocharger (29) is flanged.
  • the turbo When the exhaust valve (13) is opened, the turbo is driven with the exhaust gases and the propellers on the intake side increase both the amount of gas passing through the intake valve (12) and directly The amount of gas sucked in, as well as the two indirectly drawn amounts of gas, which are drawn in via the lower piston chamber (7).
  • the turbo (29) results in an increased degree of filling with all three gas amounts
  • FIG. 12 shows a piston (2) with the fresh oil supply (37), the 01 being pumped via lines through the oil bores (38) for lubricating the piston.
  • the oil scraper piston rings (35) prevent the 01 from leaving the defined hinge area
  • the 01 leaves the lubrication area via the piston pin (39) and the oil drain (36) and can easily drip out at the outlet (40)

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)

Abstract

Ein Hubkolbenmotor kann eine Gasmenge in seinen Unterkolbenraum (7) ansaugen, dann diese Gasmenge in ein Überleitungsrohr (9), das zum Zylinderkopf (5) führt, pressen und dort parken. Dann wird im Unterkolbenraum (7) eine zweite Gasmenge angesaugt. Dann saugt der abwärtsgehende Kolben (2) Frischgas in den Verbrennungsraum (15). Gegen Ende des Direktansaugens werden die zwei vorangesaugten Gasmengen zusätzlich in den Brennraum (15) verbracht.

Description

Bezeichnung Motor
Technisches Gebiet Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor, welcher einen Hubkolben hat und die durch Verbrennung entstehende Kraft mit einer Pleuelstange (3) von Kolben (2) auf die Kurbelwelle (4) übertragt, wobei das Gasspiel mit Einlaß- und Auslaßventilen erfolgt
Stand der Technik
Heute gibt es Viertaktmotoren, bei denen sich das Einlaßventil öffnet, wenn sich der Kolben abwärts bewegt Gas wird angesaugt Wenn das Ansaugen beendet ist, wird das Einlaßventil geschlossen und der Kolben bewegt sich aufwärts, dadurch wird das angesaugte Gas zusammengepreßt Sobald sich der Kolben im OT Bereich befindet, wird das Gas gezündet und der Verbrennungsdruck preßt den Kolben wieder nach unten und der Arbeitstakt findet statt Das Auslaßventil wird durch die Nockenwelle geöffnet und die verbrannten Gase verlassen den Brennraum Der nach oben gehende Kolben schiebt alle Gase aus dem Verbrennungsraum Außerdem existiert heute der Zweitaktmotor der in den Kurbelraum unter dem Kolben Gas ansaugt, wenn der Kol- ben nach oben geht und eine Öffnung in der Zylinderwand freigibt, dann strömt Gas in den Kurbelraum Wenn der Kolben abwärts geht, wird die Einlaßöffnung durch den Kolben verschlossen und das Gas wird leicht zusammengepreßt Dann gibt der Kolben die Abgasoffhung frei und die größte Menge der verbrannten Gase verlassen den Brennraum Danach gibt der Kolben die Uberstromkanale frei und das unter Druck stehende Gas aus den Kurbelraum wird durch den weiter abwärts gehenden Kolben in den Brennraum verbracht und das Frischgas treibt die Abgase aus dem Verbrennungsraum und dann geht der Kolben wieder nach oben, verschließt die Uberstromkanale und dann die Auslaßöffnung und preßt das Gas zusammen und unter dem Kolben wird gleichzeitig wieder durch die geöffnete Einlaßöffnung Gas angesaugt Wenn der Kolben im OT-Bereich ist, wird gezündet und der Arbeitstakt findet statt
Bei 2 Kurbelwellenumdrehungen saugt der Kolben beim Viertaktmotor einmal Gas an beim Zweitakter zweimal
In meiner Patentanmeldung DE 197 38 441 AI habe ich bereits die Nutzung von kompakten Unterkolbenraumen vorgeschlagen Allerdings war der Nachteil vorhanden, daß immer zwei Zylindereinheiten zusammenwirken mußten Somit war bei- spielsweise ein Einzylindermotor mit dem dort beschriebenen Vorschlag nur mit zwei Brennraumen möglich
Aufgabe und Losung
Es liegt das Problem zugrunde, daß ein Viertaktmotor bei 2 Kurbelwellenumdrehun- gen nur einmal Gas ansaugt und höchstens ein Ansaugvolumen des Hubraums ansaugen kann Meist wird aber nur 80% des Hubraums erreicht Ein Zweitaktmotor saugt zwar zweimal bei zwei Kurbelwellenumdrehungen an, hat aber den Nachteil des offenen Gaswechsels
Meine Patentanmeldung DE 197 38 441 AI hat den kompakten Unterkolbenraum dargestellt, aber den Nachteil, daß immer zwei Zylindereinheiten zusammenwirken müssen und auch dann 2 Kolben gleichzeitig auf und ablaufen und somit unerfreuliche Unwucht an der Kurbelwelle auftritt oder eine Zylindereinheit muß zwei Brennraume haben, was aber technisch schwer zu losen ist
Diese neue Erfindung gibt die Möglichkeit, daß die Anordung der Zylinder die vorgesehene Zündfolge und die Kolbenbewegung des Nachbarzylinders keine Rolle spielt und trotzdem die Leistungserhohung durch 2 x Gas zusatzlich aus dem Unterkolbenraum erreicht werden kann
Ein Zylinder ist unabhängig vom Nachbarzylinder Es ist möglich, die Gase aus zwei Kolbenaufwartsbewegungen dem normal angesaugten Gas noch zusatzlich in den Brennraum zu verbringen und so eine erheblich höhere Leistung zu ermöglichen Diese Möglichkeit wird dadurch erreicht, daß das Gas im kompakten Unterkolbenraum angesaugt wird, dann in das Uberleitungsrohr durch den sich abwartsbewegenden Kolben gepreßt wird und dort eingesperrt ist Dann saugt der aufwartsgehende Kolben erneut Gas an und der abwärts gehende Kolben saugt in den Brennraum konventionell an
Dann wird das im Unterkolbenraum befindliche Gas, das zusammengepreßt wird, zusammen mit dem im Uberleitungsrohr befindlichen Gas in den Verbrennungsraum verbracht So besteht die Möglichkeit einen Fullungsgrad der heute bei 80% liegt auf erheblich über 100 % zu erhohen
Der Vorteil bei dieser Technik liegt eben auch darin, daß jeder Zylinder seine eigene Gasansaugung nutzen kann ohne daß berücksichtigt werden muß, was der Nachbarzylinder macht und außerdem sind Einzylindermotoren möglich, die eben 3 von 4 Kolbenbewegungen zum Ansaugen nutzen und alle 3 Gasmengen zur gemeinsamen Verbrennung genutzt werden können Dadurch daß die erste Gasmenge die in den Unterkolbenraum gesaugt wird erst einmal im Uberleitungsrohr gespeichert wird, ist es möglich die erste Gasmenge zusammen mit der zweiten Gasmenge in dem Brennraum zusatzlich zu verbringen Möglich ist es diese zusatzlichen Vorgange mit üblichen Tellerventilen zu verwirklichen, die einzeln geöffnet und geschlossen werden können
Es ist vorteilhaft, wenn der gesamte Fullungs- und Endleerungsvorgang des Unterkolbenraumes mit einem einzigen Teil möglich ist, wie z B einer zylinderformigen Stange, welche Aussparungen besitzt und man dadurch Kanäle offnen und verschließen kann
Auf diese Weise ist es möglich, die Füllung und Leerung und Transport in den Brennraum mit einer Nocke auf der Nockenwelle zu ermöglichen Mit einem Motorenkonzept, welches ein Auslaßventil und zwei Einlaßventile pro Zylinder vorsieht, ist es möglich das eine Einlaßventil zum Direktansaugen zu nutzen und das andere ist gleichzeitig Vorlauferventil und wird geöffnet, wenn die zwei Gasmengen aus dem Unterkolbenraum in den Brennraum verbracht werden
Wenn das Abgas den Brennraum verlassen hat, gehen die Abgase in den Auspuff und das Auslaßventil wird verschlossen Nun wäre es ja möglich, das Auslaßventil bei ca 30° vor UT wieder zu offnen und über diesem Weg die vorkompremierten Gase aus dem Unterkolbenraum und dem Uberleitungsrohr in den Brennraum zu verbringen
Sobald die Gase im Brennraum sind, wird das Auslaßventil und Einlaßventil wieder geschlossen Zum Steuern der Gase aus dem Unterkolbenraum können sowohl mechanische als auch selbsttätige Ventile benutzt werden und diese Gase können für die Verbrennung in den Brennraum verbracht werden, wobei es aber auch möglich ist, darauf zu verzichten, z.B in Stand, wenn keine größere Leistung benotigt wird Das heißt, man kann durch Verschieben der Nockenwelle auf bestimmte Gaseinheiten gezielt verzichten Im Uberleitungsrohr befindet sich ein Ventil, welches sich selbsttätig öffnet, wenn im Rohr Unterdruck entsteht und so kann es einen automatischen Druckausgleich geben
Insgesamt kann die Öffnungszeit des Auslaßventiles, wenn es neben dem Auslaß auch für Einlaßzwecke genutzt wird bis 440° von 720° betragen. Es ist ein großer Vorteil, daß unter dem Kolben durch das angesaugte Gas eine Art Luftpolster entsteht, da- - k - durch wird die Kurbelwelle vor allzu harten Schlagen geschützt durch den Verbrennungsdruck, der auf den Kolben wirkt
Das neue Motorkonzept hat naturlich auch ein neues Schmierungssystem notig Dazu gibt es vier Losungen
1 Man setzt Keramikkolben und Kolbenbolzenlager ein, die keine Schmierung benotigen,
2 Man kann den Motor mit einer Gemischschmierung betreiben, d h . dem Benzin wird 01 beigemischt und die Schmierung findet auf diesem Wege statt,
3 Der Kolben wird durch Preßluft so geführt, daß fast keine Reibung stattfindet,
4 Der Motor erhält eine neue Olschmierung Dazu erhalt die Kurbelwelle Bohrungen, wie heute üblich, dann wird das 01 durch die Pleuelstange zum Kolbenbolzen gepumpt Durch Leitungen wird 01 zu Bohrungen im Kolbenmantel gepumpt und da der Kolben oben und unten Olab streifringe besitzt, bleibt das 01 ausschließlich zwischen diesen Grenzen Naturlich wird der jeweilige Kompressionsring, so wie heute auch, mit geschmiert. In die Olwanne zurück lauft das 01 durch beide Seiten in den Kolbenbolzen und durch eine entsprechende Bohrung in der Pleuelstange Von da tropft es dann in die Olwanne
Bevorzugte Ausführungsformen
Es gibt viele Möglichkeiten dieses Motorenkonzept umzusetzen Bevorzugt wäre sicherlich eine Ausführung, bei welcher die Nockenwelle verschiebbar ist Dadurch kann man die drei Gaseinheiten nutzen oder gezielt weglassen, wobei die folgende Darstellung hauptsachlich für Diesel- und Einspritzmotoren in Frage kommt Durch das Verschieben der Nockenwelle mittels Verschiebetechnik ist es möglich, das Ventil für das Direktansaugen zu schließen und es werden nur noch Auslaßventil und das Einlaßventil für die vorangesaugten Gasmengen betätigt
Durch ein weiteres Verschieben wird ein Ventil, daß im Uberleitungsrohr sitzt betätigt und zwar durch eine Nocke auf der Nockenwelle Nun ist das Direktansaugen ausgeschaltet und die erste Gasmenge wird abgelassen, die sonst im Uberleitungsrohr gespeichert wird Nur noch die letzte Gasmenge wird in den Brennraum gebracht
So ist es möglich zu Zeiten, in denen nicht die volle Leistung benotigt wird, zu wählen.
Wenn das Fahrzeug nur rollt zwei Gasmengen zur Verbrennung zu bringen und im Stand mit nur einer Gasmenge den Motor zu füllen
Aber naturlich ist es auch möglich, einen Turbolader einzusetzen Dieser wird eingesetzt, um sowohl die Gasmenge des Direktansaugens zu erhöhen, wie auch die beiden Gasmengen erhöht werden, die in den Unterkolbenraum angesaugt werden Der Vorteil den der Turbo bei heutigen Motoren bringt, wird bei dieser Bauweise dreimal genutzt
Zeichnungsbeschreibung
Insbesondere zur weiteren Verdeutlichung des Grundprinzips der Erfindung, ist in den Zeichnungen eine erste Ausführungsform des Motors dargestellt Ferner auch bevorzugte Ausführungsformen sowie Details
Es zeigen
Figur 1 Einen Querschnitt durch den Motor mit mechanischen Ventilen für die Steuerung des Unterkolbenraumes,
Figur 2 Einen Querschnitt durch den Motor mit zum Teil automatischen Ventilen zur Steuerung des Unterkolbenraumes,
Figur 3 Einen Querschnitt durch den Motor mit einen Einlaßkanal zum Auslaßventil,
Figur 4 Einen zylinderf rmigen Steuerungsstab in der Stellung, in welcher Gas aus dem Unterkolbenraum ins Uberleitungsrohr verbracht wird,
Figur 5 Einen zylinderförmigen Steuerungsstab, in welchen alle Kanäle verschlossen sind,
Figur 6 Einen zylinderförmigen Steuerungsstab, in welchen Gas in den
Brennraum gepreßt wird,
Figur 7 Einen variable Dichtung, die auf der Begrenzungsebene (8) und im
Kolbenboden (20) eingesetzt ist,
Figur 8 Einen Querschnitt durch den Motor mit einem Auslaßventil und zwei
Einlaßventilen,
Figur 9 und 10 Einen Querschnitt durch den Motor mit verschiebbarer Nockenwelle,
Figur 11 Einen Querschnitt durch den Motor mit angeschlossenem Turbolader,
Figur 12 Kolben mit Ringen und Ölsystem
In einem Zylinder (1) bewegt sich ein Kolben (2) auf und ab Mit der Pleuelstange (3) ist der Kolben (2) mit der Kurbelwelle (4) verbunden Wenn sich der Kolben (2) aufwärts bewegt, entsteht zwischen der Begrenzungsebene (8) und den Kolbenboden (20) ein Ansaugraum Zum Ansaugen wird das Einlaßventil (10) über einen Nocken
(21) auf der Kurbelwelle (4) geöffnet und bleibt bis zu 270° nach UT geöffnet, da die Trägheit der Gase diese immer weiter strömen lassen, obwohl der Kolben (2) schon wieder abwärts geht
Ca 0 bis 90° nach OT wird das Einlaßventil (10) verschlossen Das Gas wird dann durch den Kolben (2) verdichtet und ab ca 60° vor UT wird das Auslaßventil (11) geöffnet
Die Gase strömen jetzt in das Uberleitungsrohr bzw den Uberleitungsbehalter (9) Sobald alles Gas den Unterkolbenraum (7) verlassen hat, wird das Auslaßventil (11) geschlossen Das vorkommpremierte Gas befindet sich jetzt im Uberleitungsrohr (9) Sobald sich der Kolben (2) wieder von UT fortbewegt, wird das Einlaßventil (10) erneut geöffnet, und genau wie beim ersten Mal wird Gas angesaugt
Wenn sich der Kolben (2) abwärts bewegt, befindet sich der Brennraum (15) oberhalb des Kolbens (2) im Ansaugtakt Das Einlaßventil (12) ist geöffnet und es wird konventionell Gas angesaugt Bei ca 60° vor UT gibt das Ventil (22) die Öffnung (14) frei und gleichzeitig wird das Auslaßventil (11) geöffnet und die zwei Gasmengen werden dem Ansauggasstrom hinzugefügt
Das Gas aus dem Unterkolbenraum (7) schubst gewissermaßen das Gas im Uberleitungsrohr (9) an und beide Gasmengen verbinden sich mit dem Direktgasstrom und kommen in den Brennraum (15) Wenn die Gase den Unterkolbenraum (7) verlassen haben, wird das Auslaßventil (11) gemeinsam mit dem Ventil (22) in der Öffnung (14) ca 30° nach UT geschlossen Wenn das Einlaßventil (10) bereits 0 bis 30° vor UT öffnet, kann der Uberschneidungseffekt, der in Brennraumen genutzt wird, auch im Unterkolbenraum angewandt werden
Die ausströmenden Gase helfen beim Ansaugen der neuen Gase
Bei einer Betrachtung dieses Ansaugsystems sind viele Möglichkeiten gegeben, wie man die verschiedenen Gasmengen einsetzt 1 Man kann auf das Direktansaugen ganz verzichten, oder 2 daß Direktansaugen abschaltbar machen
3 Man kann die erste vorangesaugte Gasmenge, besonders wenn es sich um Luft handelt, aus dem Uberleitungsrohr ablassen
4 Man kann die zweite vorangesaugte Gasmenge ablassen
5 Man kann beide vorangesaugten Gasmengen unbenutzt ablassen Auf diese Art kann man dann im Leerlauf, Teillastbereich und bei Vollast Gasmengen beliebig zufügen oder weglassen Weiterhin gibt es noch das Ventil (17) Es hat die Aufgabe sich zu offnen, wenn im Uberleitungsrohr Unterdruck herrscht, denn ein Unterdruck, der nicht ausgeglichen wurde, führte zu Leistungsverlusten, die so verhindert werden
Figur 2 zeigt eine Ausführung des Motors, bei der das Einlaßventil (18) und das Auslaßventil (19) Membranventile sind, die sich durch die Druckverhaltnisse selbst steuern Wenn im Unterkolbenraum (7) Unterdruck herrscht, geht das Einlaßventil (18) auf und das Auslaßventil (19) geht zu, bei Überdruck geht es genau umgekehrt
Dieser Motor hat ein probates Mittel gegen die Fullungsdrosselung, die heutige Motoren im hohen Drehzahlbereich haben Die Querschnitte der Ansaugrohre reichen nicht aus, um einen ahnlich guten Fullungsgrad zu erreichen, wie im Teillastbereich Bei diesem Motorkonzept kann das Auslaßventil (13) dazu benutzt werden, die vorangesaugten Gase in den Brennraum (15) zu verbringen
Heute schließt das Auslaßventil (13) ca 30° nach OT, dann sind geradezu alle verbrannten Gase ausgestoßen Das Einlaßventil ist bei ca 30° vor OT geöffnet und die ausströmenden Auspuffgase haben geholfen die Frischgase anzusaugen
Die direkt angesaugten Gase werden durch das geöffnete Einlaßventil (12) in den
Brennraum (15) gesaugt Ca. 30° nach OT wird das Auslaßventil (13) nicht mehr geschlossen, sondern es bleibt geöffnet und das Ventil (22) in der Öffnung (14), die in Figur 3 mit dem Auslaßventil (13) verbunden ist, wird geöffnet und die Gase, die im Uberleitungsrohr (9) unter Druck stehend eingesperrt waren, können nunmehr in den Brennraum gelangen, gemeinsamt mit den neuen Gasen aus dem Unterkolbenraum, wobei es sich aber auch zeitlich verschieben kann 30° nach OT werden die Gase aus dem Uberleitungsrohr (9) in den Brennraum geleitet und dann ca 120° nach OT kommen die zweiten Gase aus dem Unterkolbenraum (7) hinterher
Eine weitere Möglichkeit sieht so aus
Das Auslaßventil schließt bei 0-30° nach OT Dann beginnt das Direktansaugen Ventil (12) ist geöffnet. Ca 60° bis 10° vor UT wird das Auslaßventil (13) erneut geöffnet, wie auch das Ventil (22) in Öffnung (14) und die Gasmengen aus dem Unterkolbenraum (7) und dem Uberleitungsrohr (9) werden über das Auslaßventil (13) in den Brennraum (15) gebracht
Das Auslaßventil (13) wäre somit bis der Kolben (2) im UT ist geöffnet und auch noch darüber hinaus. Es wäre denkbar, daß die Öffnungszeit des Auslaßventiles (13) bis zu 440° betragen konnte, wenn es zum Füllen herangezogen wird
Das Vorlauferventil (23) besteht aus einem Zylinder in dem es Aussparungen (24,25,26) gibt, die den Gasfluß ermöglichen, wenn die Aussparung mit einer Öffnung in Deckung geht. Das vorteilhafte an diesem Ventil (23) ist, daß eine Steuernocke (27) zwei Öffnungen steuern kann Ist das Ventil (23) in der untersten Stellung ist der Weg vom Unterkolbenraum (7) zum Uberleitungsrohr (9) geöffnet In der Mittelstellung sind alle Durchgange verschlossen
In der obersten Stellung sind beide Durchgange geöffnet Figuren 4,5,6 zeigen alle drei möglichen Stellungen
Es wurden im Text öfter Winkelangaben gemacht, diese sind nicht bindend, und wenn man einen Motor nach diesen Ideen baut, kann es schon sein, daß in der Praxis z B das Einlaßventil (10) nicht 30° vor UT, sondern 40° nach UT öffnet
Es gibt viele Möglichkeiten, wie man die Grundidee umsetzt Die Grundidee ist die ein „Brennraum saugt" konventionell Gas an und bekommt noch zweimal die Gasmenge Unterkolbenraum, wobei die eine kurzfristig gespeichert werden muß, bis die andere angesaugt ist
Eine weitere Möglichkeit sieht so aus, wenn der Kolben (2) sich abwärts bewegt, wird das Einlaßventil (12) geöffnet und das Direktansaugen beginnt, wenn der Kolben sich 60° bis 20° vor UT befindet, wird das Einlaßventil (32) geöffnet und die Gasmenge aus dem Uberleitungsrohr (9) und die Gasmenge aus Unterkolbenraum (7) werden in den Brennraum (15) verbracht
Bevor die vorkompremierten Gase anfangen sich wieder auszudehnen oder durch das Einlaßventil (12) den Brennraum (15) wieder verlassen, müssen die Ventile (12) und (32) geschlossen werden Bei dieser Ausführung ist das Füllen und Leeren des Unter- kolbenraumes mit den automatischen Ventilen (Einlaßventil (18) und Auslaßventil (19)) realisiert
Die Figur 9 zeigt eine Möglichkeit, wie man durch das Verschieben der Nockenwelle (6) eine Gasmengenabschaltung verwirklichen kann Im Unterkolbenraum (7) werden wie oben beschrieben, zwei Gasmengen angesaugt, die Nockenwelle (6) wurde durch die Verschiebevorrichtung (30) so verschoben, daß das Einlaßventil (12) nicht mehr durch die Nockenwelle (6) betätigt wird Es bleibt verschlossen und somit findet kein Direktansaugen mehr statt. Der Kraftfluß wird durch die innen verzahnte Hülse (33) sichergestellt. Somit werden nur noch die zwei Gasmengen aus dem Unterkolbenraum (7) zur Verbrennung in den Brennraum (15) durch das Einlaßventil (32) gebracht Der Unterkolbenraum (7) ist mit einem automatischen Einlaßventil (18) und einem automatischen Auslaßventil (19) ausgestattet. Außerdem ist ein weiteres Ablaßventil (31) vorhanden, welches in dieser Phase nicht von der Nockenwelle (6) betätigt wird und somit verschlossen ist
Bei der Konstruktion ist die Möglichkeit vorhanden, auch nur eine von der Gasmengen in den Brennraum (15) zu bringen Dazu wird die Nockenwelle (6) noch weiter verschoben, wobei der Kraftfluß weiterhin durch die innen verzahnte Hülse (33) sichergestellt ist Weiterhin wird nun das Ventil (31) durch die Nockenwelle (6) betätigt und zwar, so daß die erste Gasmenge, die sonst im Uberleitungsrohr (9) kompremiert und gespeichert wird und durch das Offnen des Ventils (31) abgelassen wird
Dann wird das Ventil (31) wieder verschlossen und die letzte Gasmenge die im Unterkolbenraum (7) angesaugt wird, wird durch das Offnen des Einlaß ventiles (32) in den Brennraum (15) gebracht Das heißt, von drei möglichen wird nur eine Gasmenge eingesetzt
Figur 11 zeigt eine Ausführung bei der ein Turbolader (29) angeflanscht ist Wenn das Auslaßventil (13) geöffnet wird, wird der Turbo mit den Abgasen angetrieben und die Propeller auf der Ansaugseite erhohen sowohl die Gasmenge, die über das Einlaßventil (12) als direkt angesaugte Gasmenge, als auch die zwei indirekt angesaugten Gas- mengen, die über den Unterkolbenraum (7) angesaugt werden Der Turbo (29) sogt für einen erhöhten Fullungsgrad bei allen drei Gasmengen
Figur 12 zeigt einen Kolben (2) mit der Frischolzuführung (37), wobei das 01 über Leitungen durch die Ölbohrungen (38) zur Schmierung des Kolbens gepumpt wird Die Olabstreifkolbenringe (35) verhindern, daß das 01 den definierten Schrnierbereich verläßt
Das 01 verlaßt den Schmierbereich über den Kolbenbolzen (39) und den Olablauf (36) und kann am Ausgang (40) einfach herauszutropfen
Bezugsziffernliste
I Zylinder Kolben
3 Pleuelstange Kurbelwelle
5 Zylinderkopf Nockenwelle 7 Unterkolbenraum
8 Begrenzungsebene (mit variabler Dichtung) Überleitungsrohr (bzw. -behälter)
10 Einlaßventil
I I Auslaßventil 12 Einlaßventil
13 Auslaßventil
14 Öffnung (mit Ventil)
15 Brennraum
16 Steuerkette 17 Ventil für Druckausgleich
18 Einlaßventil Membran
19 Auslaßventil Membran 0 Kolbenboden 1 Steuernocken 2 Ventil
23 Vorläuferventilstange 4 Aussparung
25 Aussparung
26 Aussparung 27 Steuernocke
28 variable Dichtung
29 Turbo
30 Nockenwellenverstellung
31 Ventil 32 Einlaßventil
33 innen verzahnte Hülse
34 Kompressionskolbenring
35 Ölabstreifkolbenring
36 Ölablauf 37 Frischölzuführung
38 Ölbohrung
39 Kolbenbolzen
40 Ausgang

Claims

Patentansprüche
1 Hubkolbenmotor mit einem Zylinder in dem ein Kolben lauft und die Kraft über die Pleuelstange auf die Kurbelwelle übertragen wird, wobei der Gaswechsel auf einer
Seite des Kolbens stattfindet, wozu Ein- und Auslaßventile im Zylinderkopf existieren und es sich somit meistens um einen 4-Taktmotor handelt, dadurch gekennzeichnet, daß
Gas (Luft/Kraftstoffluftgemisch) in einen kompakten Unterkolbenraum angesaugt wird, dann in das Uberleitungsrohr verschoben wird und dort eingesperrt ist und gespeichert wird, bis im Unterkolbenraum eine weitere Gasmenge angesaugt ist und der normale Ansaugvorgang des Brennraumes stattfindet und dann die vorangesaugten Gase zusatzlich in den Brennraum verbracht werden
Hubkolbenmotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Gasausbeute, die der Kolben in den Zylinder saugt, ob in den Brennraum oder Unterkolbenraum ausschließlich im gleichen Zylinder, welcher nur einen Brennraum hat, zur Verbrennung kommt
Hubkolbenmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Seite des Kolbens einmal ansaugt, wahrend die andere Seite zweimal ansaugt, im Verbrennungstakt aber alle drei angesaugten Gasmengen gemeinsam ver- brannt werden Hubkolbenmotor nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasmenge, die der Unterkolbenraum als erstes durch die Kolbenaufwartsbewe- gung erhalt, in das Uberleitungsrohr, das zum Brennraum führt, verbracht wird und vorübergehend dort eingesperrt ist
5 Hubkolbenmotor nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gasmenge, die in den Unterkolbenraum angesaugt wird, mit der ersten, die im Uberleitungsrohr eingesperrt wurde, gemeinsam im gleichen Ansaugtakt in den Brennraum verbracht wird
6. Hubkolbenmotor nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zugang der Gase aus dem Unterkolbenraum zu den Zuleitungen im Zylinderkopf mit den üblichen Tellerventilen mit „Vorlauferventilen" ausgestattet ist, wobei diese Ventile so gesteuert werden, daß man mit ihnen den Zeitpunkt für das Gas- zuführen aus dem Unterkolbenraum bestimmen kann
Hubkolbenmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorlauferventil aus einen Zylinder bestehend, mit Aussparungen versehen ist, und so den Auslaß am Unterkolbenraum und den Zugang zum Zylinderkopf durch Auf- und Abbewegung gleichzeitig steuern kann, wobei der Ausgang zweimal und der Zugang zum Zylinderkopf einmal in 720° geöffnet wird Hubkolbenmotor nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das normale Einlaßventil gleichzeitig Vorlauferventil ist Hubkolbenmotor nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß das Frischgas aus den Unterkolbenraumen über das geöffnete Auslaßventil in den Brennraum verbracht wird
10 Hubkolbenmotor nach Anspruch 1 -9, dadurch gekennzeichnet, daß im Ansaugtakt Direktansaugen stattfindet und die vorangesaugten Gase zusatzlich in den Brennraum verbracht werden, wobei diese zwei Arten der Gaszuführung beliebig kombiniert sein können, und auch ab- und anschaltbar sind 11 Hubkolbenmotor nach Anspruch 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile, die das Füllen und Leeren des Unterkolbenraumes und des Uberlei- tungsrohres (bzw Behalter) mechanisch betätigt werden
12 Hubkolbenmotor nach Anspruch 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die unter Anspruch 11 genannten Ventile selbsttätige Membranventile oder Überdruckventile sind
13. Hubkolbenmotor nach Anspruch 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllungsgrad des Unterkolbenraumes sich durch den Einsatz eines Turboladers oder anderer Lader erhöht wird
14. Hubkolbenmotor nach Anspruch 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß
Gase, die in den Unterkolbenraum gesaugt werden, auch wieder ungenutzt abgelassen werden können
15. Hubkolbenmotor nach Anspruch 1 - 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventil am Uberleitungsrohr (-behalter) tatig wird, wenn dort durch die Strömung der Gase Unterdruck entsteht, so daß die Möglichkeit besteht, den äußeren Atmospharendruck innen auch zu erreichen
16. Hubkolbenmotor nach Anspruch 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß der Offhungszeitpunkt des Auslaßventiles um UT liegt, da das Gaspolster in Un- terkolbenraum die Kurbelwelle vor zu harten Schlagen schützt
17 Hubkolbenmotor nach Anspruch 1-17, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Öffnungszeit des Auslaßventils, wenn es universal genutzt wird, um 440° betragen kann
18 Hubkolbenmotor nach Anspruch 1-17, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßventil auch als Einlaßventil genutzt wird
19 Hubkolbenmotor nach Anspruch 1-18, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben sowohl im oberen Teil mindestens einen Kompressionskolbenring und mindestens einen Olabstreifring besitzt und daß sich im unteren Teil ebenfalls min- destens ein Olabstreifkolbenring und mindestens ein Kompressionskolbenring besitzt.
20. Hubkolbenmotor nach Anspruch 1-19, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl, daß den Kolben, Kolbenbolzen und Ringe schmiert, durch Kanäle im Kolbenbolzen und Pleuelstange zur Olwanne zurückgeführt wird
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