DE19705178C2

DE19705178C2 - Reciprocating engine with an inlet channel in the piston

Info

Publication number: DE19705178C2
Application number: DE1997105178
Authority: DE
Inventors: Andreas Mozzi
Original assignee: LUIGI CARRIERI
Current assignee: LUIGI CARRIERI
Priority date: 1997-02-11
Filing date: 1997-02-11
Publication date: 2000-04-13
Anticipated expiration: 2017-02-12
Also published as: DE19705178A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.The invention relates to an internal combustion engine the features of the preamble of claim 1.

Als Hubkolbenmotoren ausgeführte Verbrennungsmotoren weisen bekanntermaßen wenigstens einen Zylinder auf, in dem ein über ein Pleuel mit einer Kurbelwelle verbundener Kolben hin und her gehend verschiebbar gelagert ist. Der Kolben schließt einen Arbeitsraum bzw. ein Arbeitsvolumen ab, in dem periodisch Verbrennungen stattfinden. Um jeweils Luft oder Kraftstoff-Luftgemisch in den Arbeits raum einströmen zu lassen und um verbrannte Gase aus dem Arbeitsraum herauszulassen, ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, zu der üblicherweise in dem Zylinderkopf und dem Kolben gegenüberliegend angeordnete Sitzventile und/oder in der Kolbenlaufbahn (Zylinderwandung) vorgesehene Ein- und/oder Auslassschlitze gehören.Combustion engines designed as reciprocating engines are known to have at least one cylinder, in the one connected to a crankshaft via a connecting rod Piston is slidably mounted back and forth. The Piston closes a work space or volume in which burns take place periodically. Around each air or fuel-air mixture in the work to let in space and to burn burnt gases from the Leaving the work area is a control device provided, to which usually in the cylinder head and the Piston seat valves arranged opposite one another and / or In the piston race (cylinder wall) provided in and / or outlet slots.

Insbesondere bei Verbrennungsmotoren, die in Fahr zeugen einzusetzen sind, wird ein breites nutzbares Drehzahlband gewünscht, in dem der Verbrennungsmotor in der Lage ist, ein hohes nutzbares Drehmoment abzugeben. Außerdem wird gewünscht, dass der Verbrennungsmotor einen niedrigen spezifischen Kraftstoffverbrauch aufweist. Especially with internal combustion engines that are in driving Witnesses are used, is a wide usable Speed band desired in which the internal combustion engine in is able to deliver a high usable torque. In addition, it is desired that the internal combustion engine have a has low specific fuel consumption.

Darüber hinaus ist in der Regel ein schadstoffarmes Abgas gewünscht.In addition, the exhaust gas is usually low in pollutants wanted.

Aus der DE-PS 551 814 ist ein Verbrennungsmotor bekannt, dessen Zylinderkopf sowohl wenigstens ein Einlassventil als auch wenigstens ein Auslassventil aufweist. Zusätz lich ist in dem Kolben ein Überströmkanal vorgesehen, der aus dem Kurbelgehäuse in das Arbeitsvolumen des Motors führt und somit den Kolbenboden durchsetzt. Der Über strömkanal ist durch ein Rückschlagventil gesteuert, das einen Gasstrom aus dem Kurbelgehäuse in das Arbeitsvolu men freigibt und ansonsten sperrt.An internal combustion engine is known from DE-PS 551 814, whose cylinder head has at least one inlet valve and also has at least one outlet valve. Additional Lich an overflow channel is provided in the piston from the crankcase into the working volume of the engine leads and thus penetrates the piston crown. The About flow channel is controlled by a check valve that a gas flow from the crankcase into the working volume releases and otherwise blocks.

Das Öffnen und Schliessen des Überströmventils ist von den Lastzuständen und Drehzahlen des Motors abhängig.The opening and closing of the overflow valve is depending on the load conditions and engine speeds.

Aus der DE 42 29 864 C2 ist ein Verbrennungsmotor bekannt, in dessen Kolben ein Auslassventil angeordnet ist. Dieses steuert einen Kanal, der aus dem Arbeitsvolu men in das Kurbelgehäuse führt, an das der Auspuff ange schlossen ist. Das Auslassventil ist von einem Nocken gesteuert, der drehfest mit dem Kurbelzapfen verbunden ist.DE 42 29 864 C2 is an internal combustion engine known, in the piston of which an outlet valve is arranged is. This controls a channel that comes from the work volume leads into the crankcase to which the exhaust is attached is closed. The exhaust valve is from a cam controlled, which is non-rotatably connected to the crank pin is.

Ein Gasauslass durch das Kurbelgehäuse führt zu einer erhöhten thermischen Belastung des Kurbelgehäuses und der darin vorhandenen Teile und Stoffe.A gas outlet through the crankcase leads to an increased thermal load on the crankcase and the parts and materials present in it.

Aus der GB-247391 ist ein Motor mit fremdgesteuertem Einlassventil im Kolbenboden bekannt. Das Einlassventil ist in einem Verbindungskanal angeordnet, der aus dem Kurbelgehäuse durch den Kolbenboden in den Arbeitsraum führt. Zur Steuerung des Ventils dient eine auf dem Kolbenbolzen gelagerte axial verschiebbar und in einer Axialrichtung federnd vorgespannte Buchse, die drehfest mit dem Pleuel verbunden ist. Zwischen der Buchse und dem Ventil ist ein Schwenkhebel angeordnet. Dieser weist einen Vorsprung mit einer Keilfläche auf, der mit einer Keilfläche der Buchse zusammenwirkt. Die Anordnung ist dabei so getroffen, dass das Ventil lediglich in einer definierten Schwenkstellung dann öffnet, wenn sich das Pleuel in einer vorgegebenen Richtung verschwenkt.From GB-247391 is an engine with externally controlled Inlet valve known in the piston crown. The inlet valve is arranged in a connecting channel, which from the Crankcase through the piston crown into the work area leads. To control the valve is one on the Piston pin supported axially displaceable and in one Axial direction resiliently preloaded bushing, which is non-rotatable is connected to the connecting rod. Between the socket and the A swivel lever is arranged in the valve. This points a projection with a wedge surface that with a Wedge surface of the socket interacts. The arrangement is taken so that the valve only in one defined pivot position opens when that Conrod pivoted in a given direction.

Es ergibt sich ein relativ komplizierter Ventil trieb.The result is a relatively complicated valve drifted.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, einen auch für höhere Drehzahlen geeigneten Verbrennungsmotor mit verbessertem Betriebsverhalten zu schaffen.Proceeding from this, it is an object of the invention to internal combustion engine also suitable for higher speeds to create with improved operating behavior.

Diese Aufgabe wird mit dem Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.This task is accomplished with the internal combustion engine Features of claim 1 solved.

Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor ist ein Hubkolbenmotor, der als Zweitakt- oder als Viertaktmotor sowohl nach dem Otto- als auch nach dem Dieselprinzip arbeitend ausgelegt sein kann. Der Kolben ist mit einem Kanal versehen, der die Füllung des Arbeitsraumes mit Frischgas, d. h. Luft oder Gemisch, gestattet, wenn der Kolben wenigstens in der Nähe seines unteren Totpunktes befindlich ist. Der durch den Kolben führende Kanal kann der einzige in den Arbeitsraum führende Einlass- oder Überströmkanal sein. Der durch den Kolben führende Kanal mündet an dem Kolbenboden und ist an dieser Stelle durch ein Ventilmittel geschlossen. Das Ventilmittel wird geöffnet, um durch den durch den Kolben führenden Kanal Frischgas in den Arbeitsraum einzulassen. Das an dem Kolbenboden angeordnete Ventilmittel ist von der Kolben position oder der Drehposition der Kurbelwelle gesteuert. Damit wird unabhängig von den Druckverhältnissen in dem Arbeitsraum und dem Kanal ein definiertes Öffnen und Schließen des Ventilmittels si chergestellt. Der Öffnungsbereich (Öffnungswinkel) des Ventilmittels kann sowohl symmetrisch als auch asymme trisch zu dem unteren Totpunkt festgelegt sein. The internal combustion engine according to the invention is a Reciprocating engine, as a two-stroke or as a four-stroke engine both on the Otto and the Diesel principle can be designed to work. The piston is with one Provide channel with the filling of the work space Fresh gas, d. H. Air or mixture, allowed if the Piston at least near its bottom dead center is located. The channel leading through the piston can the only inlet or leading into the work space Overflow channel. The channel through the piston opens at the piston crown and is through at this point a valve means closed. The valve means will opened to through the channel leading through the piston Let fresh gas into the work area. That about that Piston bottom arranged valve means is from the piston position or the rotational position of the crankshaft is controlled. This makes it independent of the Pressure conditions in the work space and the duct defined opening and closing of the valve means si made. The opening area (opening angle) of the Valve means can be both symmetrical and asymmetrical be determined tric to the bottom dead center.

Der durch den Kolben führende Kanal ermöglicht eine verbesserte Füllung des Arbeitsraumes mit Luft oder Frischgas und somit eine Erhöhung des maximalen effekti ven Mitteldruckes. Damit können höhere Maximaldrehmomente erzeugt werden. Dies gilt insbesondere, wenn der Ver brennungsmotor nach dem Zweitaktprinzip arbeitet. Hier ist der durch den Kolben führende Kanal vorzugsweise der einzige Einlasskanal, über den der Arbeitsraum gefüllt wird. Die Füllung erfolgt jeweils in der Nähe des unteren Totpunkts des Kolbens.The channel leading through the piston enables one improved filling of the work space with air or Fresh gas and thus an increase in maximum effekti ven medium pressure. This allows higher maximum torques be generated. This applies in particular if the Ver internal combustion engine works on the two-stroke principle. Here the channel leading through the piston is preferably that only inlet duct through which the work space is filled becomes. The filling takes place near the bottom Dead center of the piston.

Das Ventilmittel ist über ein Steuermittel ge steuert, wobei das Steuermittel gemäß Anspruch 1 eine an den Kurbelwangen der Kurbelwelle vorgesehene Kurvenfläche ist. Die Kurbelwangen sind dem jeweiligen Kurbelzapfen diametral gegen überliegend angeordnet und weisen an ihrer radial außen liegenden Seite Kurven- oder Nockenflächen zur Betätigung des Ventilmittels auf. Dies ergibt eine besonders einfache Bauform, bei der die gesamte Breite des Kurbel zapfens für das Pleuel zur Verfügung steht.The valve means is via a control means controls, wherein the control means according to claim 1 to the Crank cheeks of the crankshaft is provided curved surface. The crank arms are diametrically opposed to the respective crank pin arranged above and point at their radially outside lying side curve or cam surfaces for actuation of the valve means. This makes a special one simple design, in which the entire width of the crank is available for the connecting rod.

Arbeitet der Motor nach dem Viertaktprinzip, wird der den Kolben durchsetzende Kanal ebenfalls jeweils um den unteren Totpunkt des Kolbens herum geöffnet. Dies erfolgt zu Ende des Arbeitstaktes und zu Beginn des Auspufftaktes zur Unterstützung des Auspuffvorganges, indem durch den Kanal kraftstofffreie Luft in den Ar beitsraum gefördert wird. Bei dem nächstfolgenden Durch gang des Kolbens durch den unteren Totpunkt, d. h. nach Beendigung des Ansaugtaktes und zu Beginn des Verdich tungstaktes, wird der durch den Kolben führende Kanal wiederum geöffnet, um bspw. mehr oder weniger stark vorverdichtete Luft oder Gemisch in den Arbeitsraum zu fördern. Mit diesem Verfahren wird beim Viertaktmotor sowohl die Spülung als auch die Füllung verbessert. Dadurch erhöht sich der maximale effektive Mitteldruck und somit das erreichbare Drehmoment, und es verbessert sich allgemein das Betriebsverhalten des Motors.If the engine works according to the four-stroke principle, the channel passing through the piston also around open the bottom dead center of the piston. This takes place at the end of the work cycle and at the beginning of the Exhaust stroke to support the exhaust process, by sending fuel-free air through the duct into the ar beitsraum is promoted. The next time through piston travel through bottom dead center, d. H. to End of the intake stroke and at the beginning of the compression tungstaktes, becomes the channel leading through the piston again opened to more or less strong, for example pre-compressed air or mixture into the work area promote. With this procedure the four-stroke engine both rinsing and filling improved. This increases the maximum effective medium pressure and thus the achievable torque, and it improves general the operating behavior of the engine.

Unabhängig davon, ob der Verbrennungsmotor als Diesel- oder Ottomotor nach dem Zwei- oder Viertaktprin zip arbeitet, ermöglicht der durch den Kolben führende Kanal eine Kühlung des Kolbens durch von außen zugeführte Frischluft oder zugeführtes Frischgas, jeweils wenn der untere Totpunkt durchlaufen wird. Die verbesserte Kolben kühlung ermöglicht letztlich eine höhere Wärmebelastung des einzelnen Kolbens und somit eine höhere Literleistung des Verbrennungsmotors. Außerdem wird das Kühlsystem des Motors entlastet. Neben einer Gewichtsreduzierung des Kühlsystems wird dadurch insbesondere bei Motoren mit großen Einzelvolumina eine Verringerung des Einbauspiels des Kolbens möglich, was sich wiederum verschleißmindernd auswirken kann und somit die Lebensdauer des Motors verlängert.Regardless of whether the internal combustion engine as Diesel or gasoline engine based on the two- or four-stroke principle zip works, allows the leading through the piston Channel cooling of the piston by externally supplied Fresh air or fresh gas supplied, each time the bottom dead center. The improved piston cooling ultimately allows a higher heat load of the individual piston and thus a higher liter output of the internal combustion engine. In addition, the cooling system of the Motor relieved. In addition to reducing the weight of the This makes the cooling system particularly useful for engines large individual volumes a reduction in installation play of the piston possible, which in turn reduces wear can affect and thus the life of the engine extended.

Bedarfsweise kann der Kolben mehrere durch seinen Kolbenböden führende Kanäle aufweisen, die dann jeweils durch gesonderte Ventile verschlossen sind, so dass zu dem Ventilmittel mehrere Ventile gehören. Diese Maßnahme vergrößert die Berührungsfläche zwischen den zu den Ventilen gehörenden Ventilverschlußgliedern (Ventiltel lern) und dem Ventilsitz, womit die Wärmeübertragung zwischen Kolben und Ventilverschlußglied verbessert wird.If necessary, the piston can have several through its Piston bottoms have leading channels, each of which are closed by separate valves, so that too the valve means include several valves. This measure increases the contact area between the Valve closure members belonging to valves (valve part learn) and the valve seat, with which the heat transfer between piston and valve closure member is improved.

Zu dem an dem Kolbenboden angeordneten Ventilmittel gehört wenigstens ein Sitzventil. Dieses vorzugsweise als Tellerventil ausgelegte Sitzventil bildet mit seinem Ventilteller einen Teil des Kolbenbodens. Die von dem Ventilteller aufgenommene Wärme wird teilweise von dem in den Arbeitsraum strömenden Frischgas abgeführt und zu einem anderen Teil auf den übrigen Kolben übertragen, der die Wärme über die Lauffläche an den Zylinder abführt. Letzterer Wärmeanteil ist jedoch im Vergleich zu kon ventionellen Verbrennungsmotoren reduziert.To the valve means arranged on the piston head belongs at least a seat valve. This preferably as Poppet valve designed seat valve forms with its Part of the piston crown. The one from that Valve plate heat is partially absorbed by the in the fresh gas flowing into the work area is discharged and closed transfer another part to the remaining piston, the dissipates the heat to the cylinder via the tread. The latter proportion of heat is, however, compared to kon conventional internal combustion engines reduced.

Vorzugsweise hebt der Ventilteller, wenn das Tel lerventil geöffnet wird, in das Arbeitsvolumen des Ver brennungsmotor hinein von dem Ventilsitz ab. Damit wird erreicht, dass der in dem Arbeitsvolumen herrschende Druck das Tellerventil in Schließrichtung belastet. Vorzugsweise ist das Sitzventil zusätzlich durch Feder mittel auf seine Schließposition hin vorgespannt. Die Federmittel können Druckfedern, Zugfedern, Biegefedern, Torsionsfedern, Tellerfedern oder andere geeignete Feder mittel sein.The valve disk preferably lifts when the tel valve is opened in the working volume of the ver internal combustion engine from the valve seat. So that will achieved that the prevailing in the work volume Pressure on the poppet valve is loaded in the closing direction. Preferably, the seat valve is additionally by spring biased towards its closed position. The Spring means can be compression springs, tension springs, spiral springs, Torsion springs, disc springs or other suitable springs be medium.

Insbesondere bei Verbrennungsmotoren, bei denen in der Zylinderwandung ein Auslassschlitz vorgesehen ist, kann es vorteilhaft sein, wenn das Tellerventil von seiner rotationssymmetrischen Bauform abweicht. In diesem Fall ist das Tellerventil vorzugsweise unverdrehbar an dem Kolben gelagert. An seiner dem Auslassschlitz gegen überliegenden Seite kann es mit einem Bereich versehen sein, indem es radial nach innen von einem kreisförmigen Umriß abweicht. Es wird dadurch an dieser Stelle ein vergrößerter Strömungsquerschnitt gebildet, der den Spülvorgang in diesem Bereich begünstigt und einen ge richteten Gasstrom erzeugt. Das geöffnete Tellerventil definiert hier einen Ringspalt mit örtlich verschiedenen Strömungsquerschnitten. Especially in internal combustion engines, in which an outlet slot is provided in the cylinder wall, it can be advantageous if the poppet valve from deviates from its rotationally symmetrical design. In this Case the poppet valve is preferably non-rotatable the piston. At its against the outlet slot it can provide an area on the overlying side be by being radially inward from a circular Outline differs. It will be at this point enlarged flow cross section formed the Rinsing process in this area favors and a ge directed gas flow generated. The open poppet valve defines an annular gap with locally different ones Flow cross sections.

Insbesondere bei nach dem Zweitaktprinzip arbeiten den Verbrennungsmotoren ist es vorteilhaft, wenn der den Kolbenboden durchsetzende Kanal in das Kurbelgehäuse mündet. Dieses wird als Pumpvolumen zum Spülen des Ar beitsraumes genutzt. Durch den Wegfall konventioneller Überströmkanäle und ggf. durch die Ausbildung der Kurbel wangen als Scheiben wird bei der Bewegung des Kolbens eine große Volumenänderung erreicht, was die Spülwirkung gegenüber Motoren mit Überströmkanälen wesentlich verbes sert. Der Gaseinlass in das Kurbelgehäuse kann sowohl durch den Kolben, über Flachschieber, Drehschieber, über fremdgesteuerte Tellerventile oder über Membranventile erfolgen. In jedem Fall ist es zweckmäßig, lediglich mit reiner Luft zu spülen und den benötigten Brennstoff direkt in den Zylinder einzuspritzen. Die Schmierung erfolgt dann vorteilhafterweise über gezielte und dosier te Ölzuführung zu den Schmierstellen.Especially when working on the two-stroke principle the internal combustion engines, it is advantageous if the Channel penetrating the piston crown into the crankcase flows. This is called the pump volume for flushing the Ar working room. By eliminating conventional Overflow channels and possibly by the formation of the crank cheeks as disks becomes when the piston moves a large change in volume achieved what the flushing effect significantly better compared to motors with overflow channels sert. The gas inlet in the crankcase can both through the piston, over flat slide, rotary slide, over externally controlled poppet valves or via diaphragm valves respectively. In any case, it is advisable to use only to purify the air and the required fuel inject directly into the cylinder. The lubrication is then advantageously carried out via targeted and metering Oil supply to the lubrication points.

Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor weist außer dem durch den Kolbenboden führenden Kanal zusätzlich einen, an dem Zylinderkopf angeordneten Ein lasskanal oder einen die Wandung durchsetzenden Einlass schlitz auf. Der erstgenannte Einlasskanal ist vorzugs weise über ein Tellerventil von einer Nockenwelle her gesteuert. Der im Kolben vorgesehene Kanal kann dazu dienen, vorverdichtete Luft in den Arbeitsraum zu för dern.The internal combustion engine according to the invention points in addition to the channel leading through the piston crown in addition, an arranged on the cylinder head inlet duct or an inlet penetrating the wall slit on. The first inlet duct is preferred point over a poppet valve from a camshaft controlled. The channel provided in the piston can do this serve to convey pre-compressed air into the work area other.

Anstelle des in der Wandung vorgesehenen Auslass schlitzes kann ein fremdgesteuertes Auslassventil vor gesehen sein, das einen in dem Zylinderkopf angeordneten Auslasskanal steuert. ist an dem Zylinderkopf kein Über strömventil angeordnet, steht für die Auslassventile relativ viel Platz zur Verfügung, so dass mehrere Aus lassventile vorgesehen werden können und ein erleichterter Gaswechsel erreicht werden kann. Der ventilgesteuerte Gasauslass hat gegen den Schlitzauslass Vorteile hin sichtlich der Verschmutzungsneigung des Kolbens und der Wärmebelastung des Zylinders.Instead of the outlet provided in the wall slot can be an externally controlled exhaust valve be seen, one arranged in the cylinder head Exhaust duct controls. is no over on the cylinder head flow valve arranged, stands for the exhaust valves relatively much space available, so several off Let valves can be provided and an easier one Gas change can be achieved. The valve controlled Gas outlet has advantages against the slot outlet visibly the tendency of the piston to become dirty and the Thermal load on the cylinder.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:In the drawing, embodiments of the Invention shown. Show it:

Fig. 1a bis 1e einen als Zweitaktmotor ausgebildeten Ver brennungsmotor mit im Kolben angeordnetem Über strömventil in schematisierter Querschnittsdar stellung und in unterschiedlichen Arbeitspha sen, und Fig. 1a to 1e a designed as a two-stroke engine Ver internal combustion engine arranged in the piston overflow valve in a schematic cross-sectional representation and in different Arbeitspha sen, and

Fig. 2 den Zweitaktmotor nach den Fig. 1a bis 1e in einer schematisierten Schnittdarstellung, ge schnitten längs zu seinem Kolbenbolzen, in ausschnittsweiser Darstellung. Fig. 2 shows the two-stroke engine according to FIGS. 1a to 1e in a schematic sectional view, cut longitudinally to its piston pin, in a sectional view.

In den Fig. 1a bis 1e ist ein Verbrennungsmotor 1 ver anschaulicht, der als Ottomotor ausgebildet ist. In einem endseitig von einem Zylinderkopf oder -deckel 2 (mit Zündkerze 2') verschlossenen Zylinder 3 ist ein Kolben 4 verschiebbar gelagert. Der Kolben 4 schließt mit dem Zylinder 3 und dem Zylinderkopf 2 ein veränderliches Arbeitsvolumen 5 ein. Der Kolben 4 ist über ein Pleuel 6 mit einem an einer Kurbelwelle 7 vorgesehenen Kurbelzap fen verbunden, so dass er bei Drehung der Kurbelwelle 7 eine hin und her gehende Bewegung ausführt. Die Kurbel welle 7 ist in einem Kurbelgehäuse 8 mittels entsprechen der Lager drehbar gelagert. Das Kurbelgehäuse 8 ist nach außen bis auf einen Einlasskanal 9 geschlossen, der im Beispiel an der Unterseite des Kurbelgehäuses 8 vorgese hen ist. Bedarfsweise kann er jedoch auch an anderen Stellen vorgesehen sein. Der Einlasskanal 9 ist mit Membranventilen 11 versehen, die einen Gasstrom in das Kurbelgehäuse 8 hinein ermöglichen und einen Gasstrom aus dem Kurbelgehäuse 8 heraus sperren.In Figs. 1a to 1e, an internal combustion engine 1 is anschaulicht ver, which is embodied as a petrol engine. A piston 4 is mounted displaceably in a cylinder 3 closed at the end by a cylinder head or cover 2 (with spark plug 2 '). The piston 4 includes a variable working volume 5 with the cylinder 3 and the cylinder head 2 . The piston 4 is connected via a connecting rod 6 to a crank pin 7 provided on a crankshaft 7 , so that it executes a reciprocating movement when the crankshaft 7 rotates. The crank shaft 7 is rotatably supported in a crankcase 8 by means of corresponding bearings. The crankcase 8 is closed to the outside except for an inlet channel 9 , which is hen in the example on the underside of the crankcase 8 . If necessary, however, it can also be provided in other places. The inlet duct 9 is provided with diaphragm valves 11 which allow a gas flow into the crankcase 8 and block a gas flow out of the crankcase 8 .

Zum Steuern des Gaswechsels, insbesondere zum Aus lassen verbrannter Gase aus dem Arbeitsvolumen 5, dient ein Auslassschlitz 12, der in dem Zylinder 3 derart an geordnet ist, dass er von dem Kolben 4 vollständig frei gegeben ist, wenn dieser in seiner unteren Totpunktlage befindlich ist. Bedarfsweise können mehrere Auslass schlitze 12 vorgesehen werden. Im vorliegenden Ausfüh rungsbeispiel ist der Auslassschlitz 12 so angeordnet, dass er sich radial zu dem der Verbindung zwischen dem Pleuel 6 und dem Kolben 4 dienenden Kolbenbolzen 13 öffnet. Eine andere Anordnung des Auslassschlitzes 12 ist bedarfsweise möglich.To control the gas exchange, in particular to let burned gases out of the working volume 5 , there is an outlet slot 12 which is arranged in the cylinder 3 in such a way that it is completely released by the piston 4 when it is in its bottom dead center position . If necessary, several outlet slots 12 can be provided. In the present exemplary embodiment, the outlet slot 12 is arranged in such a way that it opens radially to the piston pin 13 serving to connect the connecting rod 6 and the piston 4 . A different arrangement of the outlet slot 12 is possible if necessary.

Die Füllung des Arbeitsraums 5 mit Frischgas erfolgt über das Kurbelgehäuse 8 und einen in dem Kolben 4 vor gesehenen Überströmkanal 14, der den den Kolben 4 stirn seitig abschließenden Kolbenboden 15 durchsetzt. Der Überströmkanal 14 ist durch ein Überströmventil 16 ge steuert, das den Überströmkanal 14 zum Gaswechsel in einem vorbestimmten Winkelbereich der Kurbelwelle 7 freigibt. Zu dem Überströmventil 16 gehört, wie auch aus Fig. 2 hervorgeht, ein Ventilteller 17, der arbeitsraum seitig den Kolbenboden 15 bis auf einen ringförmigen, zu der Zylinderwandung des Zylinders 3 verbleibenden Spalt 18 abdeckt. Der Ventilteller 17 kann, wie in Fig. 2 dargestellt, an seiner dem Arbeitsraum 5 zugewandten Seite sphärisch gewölbt sein oder, wie aus den Fig. 1a bis 1e hervorgeht, eine den Gaswechsel beeinflussende, anderweitige Form aufweisen.The working space 5 is filled with fresh gas via the crankcase 8 and an overflow channel 14 seen in the piston 4 , which passes through the piston head 15 which closes the piston 4 on the end side. The overflow channel 14 is controlled by an overflow valve 16 , which releases the overflow channel 14 for gas exchange in a predetermined angular range of the crankshaft 7 . As is also apparent from FIG. 2, the overflow valve 16 includes a valve plate 17 which covers the piston crown 15 on the working space side except for an annular gap 18 remaining to the cylinder wall of the cylinder 3 . The valve disk 17 can, as shown in FIG. 2, be spherically curved on its side facing the working space 5 or, as can be seen from FIGS. 1a to 1e, have a different shape which influences the gas exchange.

Rückseitig liegt der Ventilteller 5 mit einer ring förmigen Fläche an einer entsprechenden planen oder kegelstumpfförmigen Sitzfläche an dem Kolbenboden 15 an. Ist der Kolben 4 aus Leichtmetall gefertigt, kann in diesem Bereich ein nicht weiter dargestellter, gehärteter Ventilsitz in den Kolben 4 eingesetzt sein. Der Ventil teller 17 verschließt eine arbeitsraumseitige Öffnung 19 des Überströmkanals 14.On the back, the valve plate 5 rests with an annular surface on a corresponding flat or frustoconical seat on the piston crown 15 . If the piston 4 is made of light metal, a hardened valve seat (not shown ) can be inserted into the piston 4 in this area. The valve plate 17 closes an opening 19 of the overflow channel 14 on the working space side.

Der Ventilteller 17 ist einstückig oder alternativ mittels Bolzen 20 mit Ventilbetätigungselementen 21, 22 verbunden, die sich von dem Ventilteller 17 weg in Rich tung auf die Kurbelwelle 7 zu erstrecken. Die Ventilbetä tigungselemente 21, 22 sind untereinander gleich ausge bildete Winkelelemente, die mit einem Schenkel an dem Ventilteller 17 gehalten sind und deren anderer Schenkel sich längs zu dem Überströmkanal 14 erstreckt. Letzterer Schenkel ist jeweils mit einer Öffnung 23, 24 versehen, bei der er von dem Kolbenbolzen 13 durchgriffen ist. Die Öffnung 23, 24 ist als Langloch ausgebildet, so dass eine Bewegung der Betätigungselemente 21, 22 in Axialrichtung des Kolbens möglich ist. Die aus Ventilteller 17 und den Ventilbetätigungselementen 21, 22, gebildete Einheit ist durch jeweils lediglich symbolisch angedeutete Zugfeder elemente 25, die an dem Kolbenboden 4 verankert sind, und/oder durch Druckfederelemente 26, 27 auf die Schließ stellung des Überströmventils 16 hin vorgespannt. Be darfsweise können auch Biegefederelemente, Tellerfedern oder dergleichen vorgesehen werden.The valve plate 17 is integrally or alternatively connected by means of bolts 20 to valve actuating elements 21 , 22 which extend away from the valve plate 17 in the direction of the crankshaft 7 . The Ventilbetä actuation elements 21 , 22 are mutually identically formed angle elements which are held with one leg on the valve plate 17 and the other leg extends longitudinally to the overflow channel 14 . The latter leg is each provided with an opening 23 , 24 , in which it is penetrated by the piston pin 13 . The opening 23 , 24 is designed as an elongated hole, so that movement of the actuating elements 21 , 22 in the axial direction of the piston is possible. The unit formed from valve plate 17 and the valve actuating elements 21 , 22 is prestressed by respectively symbolically indicated tension spring elements 25 , which are anchored to the piston crown 4 , and / or by compression spring elements 26 , 27 to the closed position of the overflow valve 16 . Be may also be provided spring elements, plate springs or the like.

Die Ventilbetätigungselemente 21, 22 sichern das Überströmventil 16 drehfest an dem Kolben 4. Sie durch greifen den Kolbenboden 15 bei dem Überströmkanal 14 be nachbarten Schlitzen 31, 32. Mit ihren vom dem Ventiltel ler 17 abliegenden Stirnflächen 33, 34 wirken die Betäti gungselemente 21, 22 als Stößelelemente, die wenigstens in der Nähe des unteren Totpunktes des Kolbens 4 an ihnen zugeordneten Steuer- oder Kurvenflächen 36, 37 anliegen und gleiten. Die Steuerflächen 36, 37 sind an Kurbelwan gen 38, 39 der Kurbelwelle 7 vorgesehen und an einer dem Kurbelzapfen bezüglich der Drehachse 41 der Kurbelwelle 7 gegenüberliegenden Seite angeordnet. Wie aus den Fig. 1a bis 1e hervorgeht, genügt es, wenn die Steuerflächen 36, 37 über einen beschränkten Winkelbereich der Kurbelwelle 7 ausgebildet sind.The valve actuation elements 21 , 22 secure the overflow valve 16 in a rotationally fixed manner on the piston 4 . You grasp the piston crown 15 in the overflow channel 14 be adjacent slots 31 , 32nd With their from the Ventiltel ler 17 end faces 33 , 34 act Actuate supply elements 21 , 22 as tappet elements, which are at least in the vicinity of the bottom dead center of the piston 4 on them associated control or cam surfaces 36 , 37 and slide. The control surfaces 36 , 37 are provided on Kurbwan gene 38 , 39 of the crankshaft 7 and arranged on a side opposite the crank pin with respect to the axis of rotation 41 of the crankshaft 7 . As is apparent from FIGS. 1 a to 1 e, it is sufficient if the control surfaces 36 , 37 are formed over a limited angular range of the crankshaft 7 .

Die Schmierung des insoweit beschriebenen Verbren nungsmotors 1 erfolgt entweder durch den Frischgasstrom, dem über eine Kraftstoffanlage oder eine Dosierpumpe Schmierstoff zugeführt worden ist, oder über gezielte Zuführung von Schmierstoff zu den Schmierstellen. In beiden Fällen ist kein geschlossener Ölkreislauf vorhan den, so dass der Kolben 4 keine Ölabstreifringe sondern lediglich zwei Kolbenringe 42 zur Abdichtung gegen die Lauffläche aufweist.The lubrication of the combustion engine 1 described so far is carried out either by the fresh gas stream, to which lubricant has been supplied via a fuel system or a metering pump, or by targeted supply of lubricant to the lubrication points. In both cases there is no closed oil circuit so that the piston 4 has no oil control rings but only two piston rings 42 for sealing against the tread.

Der insoweit beschriebene Verbrennungsmotor 1 arbei tet wie folgt:The internal combustion engine 1 described so far works as follows:

In Fig. 1a ist der Verbrennungsmotor 1 nach Ende eines Spülvorganges zu Beginn eines Verdichtungshubes dargestellt. Der Kolben 4 bewegt sich nach oben und der Arbeitsraum 5 verkleinert sich (Verdichtung). Der Aus lassschlitz 12 ist von dem Kolben 4 verschlossen. Das Überströmventil 16 ist ebenfalls geschlossen. Der Ventil teller 17 sitzt auf dem Kolbenboden 15 und die Stirnflä chen 33, 34 der Ventilbetätigungselemente 21, 22 berühren die Steuerflächen 36, 37 der Kurbelwangen 38, 39 nicht. Durch den Einlasskanal wird Gemisch in das Kurbelgehäuse 8 gesaugt.In Fig. 1a of the internal combustion engine 1 is illustrated a flushing operation at the beginning of a compression stroke to end. The piston 4 moves upwards and the working space 5 shrinks (compression). From the outlet slot 12 is closed by the piston 4 . The overflow valve 16 is also closed. The valve plate 17 sits on the piston crown 15 and the end faces 33 , 34 of the valve actuating elements 21 , 22 do not touch the control surfaces 36 , 37 of the crank arms 38 , 39 . Mixture is sucked into the crankcase 8 through the inlet duct.

Kurz bevor der Kolben 4 seinen oberen Totpunkt erreicht hat (Fig. 1b) wird das in dem Arbeitsraum einge schlossene Gemisch gezündet. Der sich in dem Arbeitsraum 5 ergebende Druckanstieg drückt im sich anschließenden Arbeitstakt (Fig. 1c) bei geschlossenem Überströmventil 16 und geschlossenem Auslassschlitz 12 den Kolben 4 nach unten, wobei Arbeit an die Kurbelwelle 7 abgegeben wird. Außerdem schließen die Membranventile 11 und das Gemisch im Kurbelgehäuse 8 wird vorverdichtet.Shortly before the piston 4 has reached its top dead center ( Fig. 1b), the closed mixture is ignited in the working space. The pressure increase resulting in the working space 5 presses the piston 4 downward in the subsequent working cycle ( FIG. 1c) with the overflow valve 16 closed and the outlet slot 12 closed, work being given off to the crankshaft 7 . In addition, the diaphragm valves 11 close and the mixture in the crankcase 8 is pre-compressed.

Zu Ende des Arbeitstaktes gibt der Kolben 4, wie in Fig. 1d dargestellt ist, kurz vor Erreichen seines unte ren Totpunktes den Auslassschlitz 12 frei, womit Verbren nungsgase aus dem Arbeitsraum 5 ausgelassen werden. Etwa gleichzeitig setzen die Ventilbetätigungselemente 21, 22 mit ihren Stirnflächen 33, 34 auf den Steuerflächen 36, 37 der Kurbelwangen 38, 39 auf. Diese sind vorzugsweise von der Kreisbogenform abweichend derart gekrümmt, dass die als Stößel wirkenden Ventilbetätigungselemente 21, 22 und der Ventilteller 17 nicht abrupt und stoßartig son dern über einen gewissen Bewegungsbereich hinweg abge bremst werden, während sich der Kolben 4 noch vergleichs weise schneller auf die Kurbelwelle 7 und seinen unteren Totpunkt zu bewegt. Der Ventilteller 17 des Überströmven tils 16 hebt somit von dem Kolbenboden 15 ab und gibt den Überströmkanal 14 frei, der durch den Kolben 4 aus dem Kurbelgehäuse 8 in den Arbeitsraum 5 führt (Fig. 1e). Bedarfsweise kann die Steuer- oder Kurvenfläche 36, 37 in dem nun folgenden Bereich eine Erhöhung radial nach außen aufweisen, um das Überströmventil 16 gegen die Kraft der Federelemente 25 und/oder 26, 27 noch weiter zu öffnen. Bei geöffnetem Überströmventil 16 strömt nun vorverdich tetes Frischgas (Luft oder Gemisch) aus dem Kurbelgehäuse 8 durch den Überströmkanal 14 in den Arbeitsraum 5 und treibt vorhandene Verbrennungsgase über den Auslass schlitz 12 aus.At the end of the working cycle, the piston 4 , as shown in Fig. 1d, shortly before reaching its bottom dead center, the outlet slot 12 free, whereby combustion gases are released from the work space 5 . At approximately the same time, the valve actuating elements 21 , 22 with their end faces 33 , 34 rest on the control surfaces 36 , 37 of the crank arms 38 , 39 . These are preferably curved deviating from the circular arc shape in such a way that the valve actuating elements 21 , 22 and the valve disk 17 acting as tappets are not abruptly and abruptly braked but braked over a certain range of motion, while the piston 4 is still comparatively faster on the crankshaft 7 and moved to bottom dead center. The valve plate 17 of the Überströmven valve 16 thus lifts off from the piston crown 15 and releases the overflow channel 14 , which leads through the piston 4 out of the crankcase 8 into the working space 5 ( FIG. 1e). If necessary, the control or cam surface 36 , 37 can have an increase radially outwards in the area that follows, in order to open the overflow valve 16 even further against the force of the spring elements 25 and / or 26 , 27 . When the overflow valve 16 is open, precompressed fresh gas (air or mixture) flows from the crankcase 8 through the overflow channel 14 into the working space 5 and drives existing combustion gases through the outlet slot 12 .

Nach Durchlaufen des unteren Totpunktes heben die Betätigungselemente 21, 22 des Überströmventils 16 mit sich nach oben bewegendem Kolben 4 von den Steuerflächen 36, 37 ab, das Überströmventil 16 schließt und der näch ste Verdichtungstakt beginnt von neuem. Bei diesem wird durch den sich nach oben bewegenden Kolben 4 über die Membranventile 11 Frischgas in das Kurbelgehäuse 16 gesaugt, das bei sich nach unten bewegendem Kolben (Fig. 1c) und sich schließenden Membranventilen 11 vorver dichtet wird.After passing through the bottom dead center, the actuating elements 21 , 22 of the overflow valve 16 with the piston 4 moving upward lift off from the control surfaces 36 , 37 , the overflow valve 16 closes and the next compression cycle begins again. In this, fresh gas is sucked into the crankcase 16 by the piston 4 moving upwards via the diaphragm valves 11 , which is sealed beforehand with the piston moving downwards ( FIG. 1c) and the diaphragm valves 11 closing.

Das Frischgas strömt bei geöffnetem Überströmventil 16 durch einen Ringspalt, der zwi schen dem Ventilteller 17 und dem Kolbenboden 15 freige geben ist in den Arbeitsraum 5. Soll bspw. bei Spülung mit Gemisch ein Ge mischverlust vermieden werden, ist es möglich, den Ring spalt in der Nähe des Auslassschlitzes 12 durch eine unterhalb des Ventiltellers 17 vorgesehene Zwi schenwand zu verschließen. Frischgas strömt dann vor wiegend an der dem Auslassschlitz 12 gegenüberliegenden Seite in den Arbeitsraum 5.When the overflow valve 16 is open, the fresh gas flows through an annular gap which is free between the valve plate 17 and the piston crown 15 into the working space 5 . If, for example, a mixture loss is to be avoided when flushing with a mixture, it is possible to close the annular gap near the outlet slot 12 by means of an intermediate wall provided underneath the valve plate 17 . Fresh gas then flows predominantly into the working space 5 on the side opposite the outlet slot 12 .

Der Verbrennungsmotor 1 weist neben dem durch den Kolben 4 führenden Überströmkanal 14 keine weiteren, insbesondere keine durch den Zylinder oder das Motorge häuse führenden Überströmkanäle auf. Damit ist die Volu menänderung des Kurbelgehäuses 8 bei sich bewegendem Kolben besonders hoch. Die Spülwirkung wird dadurch verbessert, was eine höhere nutzbare Motorleistung erge ben kann.The internal combustion engine 1 has next to the leading through the piston 4 transfer port 14 no further, in particular no housing through the cylinder or the place for engine leading overflow. So that the volu menuehung of the crankcase 8 is particularly high when the piston is moving. This improves the flushing effect, which can result in higher usable engine power.

Das Kurbelgehäuse 8 ist von Frischgas durchströmt und dient nicht als Ölwanne. Zur Schmierung wird die erforderliche Ölmenge entweder mit dem Kraftstoff oder gesondert eingespritzt. Es ist auch möglich, den Schmier stoff den Schmierstellen gezielt über entsprechende Kanäle oder Bohrungen zuzuführen.Fresh gas flows through the crankcase 8 and does not serve as an oil pan. For lubrication, the required amount of oil is either injected with the fuel or separately. It is also possible to selectively supply the lubricant to the lubrication points via appropriate channels or bores.

Claims

1. Verbrennungsmotor (1)
mit wenigstens einem Zylinder (3) und einem Kurbel gehäuse (8),
mit wenigstens einem Kolben (4), der in dem ihm zugeordneten Zylinder (3) verschiebbar gelagert ist und dessen Kolbenboden (15) ein in dem Zylinder (3) einge schlossenes, veränderliches Arbeitsvolumen (5) begrenzt und durch den (4) wenigstens ein Kanal (14) aus dem Kurbelge häuse (8) in das Arbeitsvolumen (5) führt, der den Kol benboden (15) des Kolbens (4) durchsetzt,
mit Steuereinrichtungen (21, 22, 16; 12) zur Steuerung des Gaswechsels in das veränderliche Arbeitsvolumen (5) hinein bzw. aus diesem heraus,
wobei zu den Steuereinrichtungen (21, 22, 16; 12) Ventilbetäti gungselemente (21, 22) und ein in Abhängigkeit von der Kolbenposition und/oder der Drehposition der Kurbelwelle (7) gesteuertes Ventilmittel (16) gehören, das an dem Kolbenboden (15) angeordnet ist, um den Kanal (14) zu steuern, wobei die Ventilbetätigungselemente (21, 22) von wenig stens einer Steuerfläche (36, 37) betätigt sind, und
mit wenigstens einer Kurbelwelle (7), die wenigstens einen exzentrisch geführten Kurbelzapfen aufweist, der zwischen zwei Kurbelwangen (38, 39) angeordnet und mit dem Kolben (4) über ein Pleuel (6) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Ventilmittel (16) ein Überströmventil zur Steuerung des Gaseintritts in das Arbeitsvolumen (5) ist, und
dass die wenigstens eine Steuerfläche (36, 37) an den Kurbelwangen (38, 39) an einer dem Kurbelzapfen bezüglich der Kurbelwellen- Drehachse (41) gegenüberliegenden Seite ausgebildet ist.1. Internal combustion engine ( 1 )
with at least one cylinder ( 3 ) and a crankcase ( 8 ),
at least one piston (4) which is in its associated cylinder (3) displaceably mounted and its piston head (15) defines a turned in the cylinder (3) connected, variable working volume (5) and at least through the (4) Channel ( 14 ) from the crankcase ( 8 ) leads into the working volume ( 5 ) which passes through the piston crown ( 15 ) of the piston ( 4 ),
with control devices ( 21 , 22 , 16 ; 12 ) for controlling the gas change into and out of the variable working volume ( 5 ),
wherein to the control devices ( 21 , 22 , 16 ; 12 ) Ventilbetäti supply elements ( 21 , 22 ) and depending on the piston position and / or the rotational position of the crankshaft ( 7 ) controlled valve means ( 16 ) belong to the piston crown ( 15 ) is arranged to control the channel ( 14 ), the valve actuating elements ( 21 , 22 ) being actuated by at least one control surface ( 36 , 37 ), and
with at least one crankshaft ( 7 ) which has at least one eccentrically guided crank pin, which is arranged between two crank cheeks ( 38 , 39 ) and is connected to the piston ( 4 ) via a connecting rod ( 6 ),
characterized by
that the valve means ( 16 ) is an overflow valve for controlling the gas entry into the working volume ( 5 ), and
that the at least one control surface ( 36 , 37 ) on the crank webs ( 38 , 39 ) is formed on a side opposite the crank pin with respect to the crankshaft axis of rotation ( 41 ).

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass das an dem Kolbenboden (15) angeord nete Ventilmittel (16) wenigstens ein Sitzventil enthält.2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the on the piston head ( 15 ) angeord designated valve means ( 16 ) contains at least one seat valve.

3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, dass das Sitzventil ein Tellerventil ist, dessen Ventilteller (17) in geöffnetem Zustand in das Arbeitsvolumen (5) hinein von seinem Ventilsitz abgehoben ist.3. Internal combustion engine according to claim 2, characterized in that the seat valve is a poppet valve, the valve plate ( 17 ) in the open state in the working volume ( 5 ) is lifted off from its valve seat.

4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, dass das Sitzventil durch Federmittel (25; 26, 27) auf seine Schließposition hin vorgespannt ist.4. Internal combustion engine according to claim 2, characterized in that the seat valve is biased by spring means ( 25 ; 26 , 27 ) towards its closed position.

5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Ventilbetätigungselemente (21, 22) Stößel sind, die den Kolbenbolzen (13) umgreifen und die jeweils mit der an einer Kurbelwange vorgesehenen Steuer fläche (36, 37) zusammenwirken.5. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the valve actuating elements ( 21 , 22 ) are tappets which engage around the piston pin ( 13 ) and which each cooperate with the control surface provided on a crank arm ( 36 , 37 ).

6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass das Ventilmittel (16) einen Ventil teller (17) aufweist, der an dem Kolbenboden (15) unver drehbar gelagert ist.6. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the valve means ( 16 ) has a valve plate ( 17 ) which is non-rotatably mounted on the piston crown ( 15 ).

7. Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, dass der Ventilteller (17) eine wenigstens in einem festgelegten Bereich von der Kreisform abwei chende Umrissgestalt aufweist.7. Internal combustion engine according to claim 6, characterized in that the valve plate ( 17 ) has an at least in a defined area deviating from the circular shape outline shape.

8. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass zu der Steuereinrichtung zur Steuerung des Gaswechsels wenigstens ein fremdgesteuertes Auslass ventil oder ein Auslassschlitz (12) gehören. 8. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the control device for controlling the gas exchange at least one externally controlled exhaust valve or an outlet slot ( 12 ) belong.

9. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) ein Zwei taktmotor ist.9. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the internal combustion engine ( 1 ) is a two-stroke engine.