DE2853588A1

DE2853588A1 - Zweitaktmotor mit hilfskolben und ventilanordnung, und sein zugeordneter antrieb

Info

Publication number: DE2853588A1
Application number: DE19782853588
Authority: DE
Inventors: Miguel Siegien
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-12-12
Filing date: 1978-12-12
Publication date: 1979-06-13
Also published as: JPS5499814A; AR214106A1; IT7830766A0; FR2411307A1; US4206727A; GB2011999A; IT1100709B

Description

DR.-ING. WALTER ABITZ ^unch,.,.. ₁₂. Dezember 1978

DB. DISTER F. MOBF .. 3-

DIFL.-FHYB. M. GBITSCHNEDEB

Postanschrift / Postal Address Postfach 8ΘΟ1Ο9. 8000 München 86

285

Telefon 98 3222

Telegramme: Chemlndus München Telex: (O) 523992

I8O528

MIGUEL SIEGIEN

De La Serna No. 979> Avellaneda, Buenos Aires,

Argentinien

Zweitaktmotor mit Hilfskolben und Ventilanordnung, und sein zugeordneter Antrieb

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Zweitaktmotor mit einem höheren thermischen Wirkungsgrad, einem geringeren Kraftstoffverbrauch, einer geringeren Umweltverschmutzung und einer kleineren und leichteren Konstruktion als jener eines vergleichbaren Motors mit derselben Leistungsabgabe.

In Bezug auf den vorbekannten Stand der Technik ist festzustellen, daß Zweitaktmotoren den Fachleuten wohl bekannt sind.

Die Motoren dieser Bauart haben einige allgemein bekannte Nachteile gegenüber den Viertaktmotoren. Einer dieser Nachteile besteht darin, daß die Ausströmung der verbrannten Gase aus dem Zylinder sehr mangelhaft ist. Ein anderer allgemein bekannter Nachteil besteht darin, daß stets ein gewisser Verlust eines frischen und nicht verbrannten brennbaren Gemisches durch.die AuspuffÖffnung besteht. Der herkömmliche Zweitaktmotor erzeugt auch mehr Vibrationen als ein Viertaktmotor und trägt sehr viel zu einer größeren Luftverschmutzung bei.

Erfindungsgemäß wird eine praktische Lösung dieser und weiterer Nachteile der herkömmlichen Motoren dieser Bauart vorgeschlagen.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß die vorliegende Erfindung sich auf Zweitaktmotore bezieht. Der erfindungsgemäße neuartige Zweitaktmotor bietet eine große Anzahl von Vorteilen gegenüber den herkömmlichen Motoren dieser Bauart. Unter den Vorteilen können die folgenden

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erwähnt werden:

1) Der erfindungsgemäße Motor ermöglicht Brennstoffersparnis von mehr als 50 % des Brennstoffverbrauchs eines herkömmlichen Zwei takt- oder Viertaktmotors, wobei diese beiden mit Benzin oder mit Kraftstofföl arbeiten;

2) die Umweltverschmutzung wird auf 80 % verringert, was an sich das eigentliche Ziel beim Bau moderner Verbrennungsmotoren ist;

3) das Gewicht beträgt mindestens 4-0 % weniger als jenes eines herkömmlichen Motors der obenerwähnten Bauart;

*l·) da tatsächlich ein vollständiger Auspuff der verbrannten Gase durch einen Auspuffkanal in dem unteren Teil des Zylinders erfindungsgemäß ermöglicht wird, wird auch eine höhere Leistungsabgabe infolge der Tatsache erzielt,daß es möglich ist, eine größere Menge der latenten Wärme zu benutzen, die in den Gasen enthalten ist, wobei sie eine thermische Energie darstellt, welche normalerweise teilweise vergeudet wird, jedoch bei diesem neuartigen Motor in nutzbare mechanische Abgabeleistung verwandelt wird;

5) der erfindungsge mäße Motor hat zwei drehbare Ansaugventile in seinem Zylinderkopf, welche sich in derselben Richtung drehen, wodurch die Trägheit serscheinuhgen vermieden werden, welche normalerweise bei den herkömmlichen Motoren vorkommen, die mit Ventilen der hin- und hergehenden Art versehen sind;

6) es werden wesentlich weniger Erschütterungen oder Vibrationen während des Arbeitsganges des Motors

gegenüber einem Motor der herkömmlichen Bauart erz

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Der hohe Prozentsatz der Brennstoffersparnis ist auf die nachfolgenden Ursachen zurückzuführen:

a) Der Arbeitshub während jeder Umdrehung der Kurbelwelle wird durch ein reines Gemisch aus Brennstoff und Luft, das nicht durch verbrannte Gase verunreinigt ist, erzeugt; somit ist zur Erzeugung derselben Menge von Ausgangsleistung weniger Brennstoff erforderlich!

b) die verbrannten Gase werden vollständig durch einen Ausströmungskanal zum Ausströmen gebracht, der in dem unteren Teil des Zylinders vorgesehen ist. Dies bedeutet eine niedrigere Temperatur des neuen ankommenden Brennstoff/ Luft-Gemisches, wodurch übermäßig heiße Bereiche und/oder

es Stellen in der Verbrennungskammer, wie /norrrialervaise der Fall bei den herkömmlichen Motoren dieser Bauart ist, bei welchen der Ausfluß der verbrannten Gase durch einen Auspuffkanal erfolgt, der im oberen Bereich des Zylinders vorgesehen ist, wesentlich vermieden werden. Ein höheres Verdichtungsverhältnis kann erfindungsgemäß erzielt werden, was einen höheren Druck pro Oberflächeneinheit des Kolbenkopfes bedeutet;

c) ein anderer Grund ist, daß bei dem vorliegenden Zweitaktmotor die Länge des Arbeitshubes des Kolbens in keinem Verhältnis mit dem Brennstoff/Luft-Ansauggemischvolumen steht, wie es der Fall bei den herkömmlichen Motoren ist. Mit anderen Worten wird das Ansaugen des verbrennbaren Gemisches in dem Zylinder bei dem vorliegenden Motor nicht durch den Kolben herbeigeführt, sondern durch einen besonderen Hilfskolben und eine besondere Ventilanordnung, welche in der senkrechten Richtung arbeitet,

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d.h. eine hin- und hergehende Anordnung für das Ansaugen des Brenngemisches und den Auspuff der verbrannten Gase. Wird bei einem herkömmlichen Motor gewünscht, einen größeren Druck des Brenngemisches auf den Kolbenkopf zu erreichen, so ist es notwendig, einen Kolben zu verwenden, der einen größeren Durchmesser hat, wobei jedoch zur Aufrechterhai tung desselben Brennstoffverbrauchs sein Arbeitshub proportional kürzer gemacht werden muß. Wenn jedoch der Arbeitshub kürzer gemacht wird, so wird auch der Hebelarm der Kurbel, auf welcher die Kurbelstange vorgesehen ist, welche die Kraft des Druckes aufnimmt, der durch das Gas auf den Kolben ausgeübt wird, auch kleiner. Wie bei dem herkömmlichen Motor nachgewiesen wurde, ist es somit nicht möglich, mehr Abgabeleistung durch Veränderung des Kolbenarbeitshubes oder seiner Oberfläche zu erhalten, ohne auch den Brennstoffverbrauch zu verändern;

d) der vierte Grund dafür, warum der erfindungsgemäße Motor eine wesentliche Ersparnis an Brennstoff ermöglicht, besteht darin, daß die Arbeitsweise der drehbaren Ansaugventile keine Trägheitskräfte oder Massenkräfte erzeugt, da jedes davon sich in derselben Richtung dreht, so daß keine Erhöhung der Massenkräfte in Abhängigkeit von der Erhöhung der Umdrehungen des Motors erfolgt. .

Der oben unter (2) erwähnte zweite Vorteil, d.h. die Vermeidung einer Umweltverschmutzung, besteht darin, daß bei dem vorliegenden Motor die verbrannten Gase aus dem Zylinder im wesentlichen vollständig durch die Auspufföffnung ausströmen, welche in dem unteren Bereich des Zylinders vorgesehen sind, worin somit daraufhin nur ein frisches und reines, neues Brennstoff/Luft-Gemisch für den nächsten Verbrennungsvorgang eintritt. Somit wird nicht nur die erzeugte Leistung erhöht, da das Gemisch

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ohne verbrannte Gase bis zu einem höheren Grad mit weniger Brennstoff verdichtet werden kann, sondern auch die Verbrennung vollständiger ist, da Teilchen des brennbaren Gemisches nicht durch inerte verbrannte Gase umgeben sind, wodurch eine tatsächlich vollständige Verbrennung ermöglicht ist, so daß im wesentlichen die Atmosphäre nicht mit den Erzeugnissen einer unvollständigen Verbrennung verunreinigt wird.

Ein weiterer Vorteil des vorliegenden Motors, wodurch ermöglicht wird, die Umweltverschmutzung zu ver·^ meiden, besteht darin, daß der Ansaughub annäher end dem Arbeitshub ist. Somit gibt es ausreichend Raum für die Ausdehnung der Gase, wenn sich der Kolben in seinem Arbeitshub befindet, so daß dem Gemisch genügend Zeit zur Verfugung gegeben wird, vollständig zu verbrennen. Bei einem herkömmlichen Motor nach der Verbrennung verbleiben dagegen in dem Zylinder zuviel unverbrannte Gase, wodurch der Prozentsatz der nachfolgenden Zuführung eines frischen Gemisches herabgesetzt wird, das während des nächsten Arbeitszyklus gezündet werden kann, so daß der Wirkungsgrad des Motors herabgesetzt wird, wobei diese Abgase während des Auspuffzyklus in die Atmosphäre entweichen und somit zur Verschmutzung der Atmosphäre ernsthaft beitragen.

Der oben unter Punkt (3) erwähnte Vorteil bedeutet, daß es möglich ist, die Dimension des vorliegenden Motors für dieselbe Leistungsausgabe um mehr als bO % zu verringern. Dies ist nicht nur ein Vorteil von dem Standpunkt einer Raumersparnis, sondern dies bedeutet auch eine wichtige Ersparnis von Materialien, welche für seine Konstruktion verwendet werden, so daß eine bedeutsame Verringerung der Kosten bei jeder Verwendung erzielt wird,

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wie z.B. bei Automobilen, Schiffen, Lokomotiven und dgl. Die dabei verwendeten Mechanismen ermöglichen die Konstruktion von Motoren, die nur einen Zylinder haben, oder von Motoren mit mehreren Zylindern. Die Zylinder können in Reihe, in der Form von ¹¹V" oder entgegengesetzt oder radial angeordnet sein.

Der oben unter Punkt (^) erwähnte Vorteil ist aus der Tatsache abzuleiten, daß der Auspuffkanal, in dem unteren- Bereich des Zylinders vorgesehen ist, so daß ein im wesentlichen vollständiges Ausströmen der verbrannten Gase aus dem Zylinder während des Auslaßhubes ermöglicht wird. Somit kann eine vollständige Zündung der nächsten frischen Zuführung des Brennstoff/Luft-Gemisches erfolgen, das in dem Zylinder während des nachfolgenden Ansaughubes angesaugt wird. Da der Auspuffkanal in dem unteren Teil des Zylinders vorgesehen ist, erhält dieser eine kleinere Arbeitsteixiperatur, da die Gase während ihrer Ausdehnung innerhalb des Zylinders während weniger als die Hälfte der Zeit gegenüber jener beiden Motoren der herkömmlichen Konstruktion verbleiben. Somit wird eine bessere Verwertung der latenten Wärme des Brennstoffgemisches sowie eine höhere Leistungsabgabe ermöglicht.

Der oben unter Punkt (5) erwähnte Vorteil ist nicht nur · von der Tatsache, daß die beiden drehbaren Ansaugventile, welche in dem Zylinderkopf angeordnet sind, eine sehr geringe Trägheit haben, die nicht von der Anzahl der Umdrehungen des Motors abhängt, sondern auch von der Tatsache abzuleiten, daß dann, wenn diese Ventile in dem Augenblick öffnen, in welchem der Ansaughub beginnt, ein maximales Volumen von Brenngemisch in den Zylinder in einer minimalen Zeit eintreten kann, wodurch die von dem Motor erhältliche Leistungsabgabe erhöht wird.

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Der oben unter Punkt (6) erwähnte Vorteil stammt von der Tatsache, daß bei dem Motor nach der vorliegenden Bauart, der nur einige Zylinder haben kann, die während seiner Arbeit erzeugten Vibrationen kleiner sind als bei einem Motor einer herkömmlichen Konstruktion mit derselben Zylinderzahl. Die Arbeitsweise des vorliegenden Motors ist wesentlich ruhiger und reibungsloser als jene eines Motors der herkömmlichen Konstruktion mit derselben Zylinderzahl.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Längsquerschnittes eines erfindungsgemäßen Motorsj

Pig. 2 eine Vorderansicht eines Diametralquerschnittes einer der Zylinder des in Fig. 1 gezeigten Motors, wobei sich der Hauptkolben in seinem oberen Totpunkt befindet und zum Starten des Arbeitshubes bereit istj und

Fig. 3 eine Ansicht, welche jener der Fig. 2 ähnlich ist, wobei jedoch der Hauptkolben in seinem Aufwärtshub dargestellt ist.

Bezugnehmend auf die Zeichnungen ist ersichtlich, daß der erfindungsgemäße Motor einen Zylinderblock 1 mit einem Zylinderkopf 2 aufweist. Innerhalb jedes Zylinders des Blockes 1 ist ein Kolben 3 zur Hin- und Herbewegung angeordnet. Im Zylinderkopf 2 ist die hohle äußere Spindel H- eines Hilfskolbens V mit zumindest einer Durchlaßöffnung ^" zur senkrechten Verschiebung angeordnet, während zumindest ein drehbares Ansaugventil 6 im Zylinderkopf 2 drehbar angeordnet ist. Innerhalb der hohlen Spindel k- ist eine innere Spindel 5' eines Durchlaßventils 5 verschiebbar angeordnet. Wenn sich das Ventil 5 in. einer ersten

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Stellung "befindet und gegen die untere Oberfläche des Hilfskolbens k' sitzt, so schließt es die Durchlaßöffnungen oder Durchlaßkanäle k'und somit unterbricht die Verbindung zwischen dem Baum oberhalb des Hilfskolbens .

V und dem Baum unterhalb desselben. Ein kleiner Bereich 5" der Innenspindel 5' erstreckt sich von dem oberen Ende der äußeren Spindel k. Seitlich des Blockes 1 ist ein Antriebsrad 7 drehbar gelagert, um den Mechanismus anzutreiben, welcher die Hin- und Herbewegung des Hilfskolbens

V erzeugt, wobei das Antriebsrad 7 mit einer Scheibe 8 versehen ist, welche den Kurbelzapfen trägt, der die Kurbelstange 9 antreibt. Innerhalb einer Führungshülse 10, welche im Block 1 seitlich vorgesehen ist, ist ein Stöpsel 13 gleitbar angeordnet, wobei sein unteres Ende mit dem unteren Ende der Kurbelstange 9 drehbar verbunden ist.

Das obere Ende des Stöpsels I3 ist mit einem Ende eines Querbrückengliedes I3¹ verbunden, dessen anderes Ende mit den oberen Ende der äußeren Spindel verbunden ist. Auf der oberen Oberfläche des Brückengliedes 13' ist ein Schwingarm Γ4· vorgesehen, mit einem verstellbaren Anschlagglied 1Λ', das in einem oberen Deckel I¹ des Motors angeordnet ist. Das Brennstoff/Luft-Gemisch tritt in den Zylinder durch das Ansaugrohr 15, die drehbaren Ansaugventile 6, das besondere Ansaug- und Auslaßventil 5 und die Durchlaßkanäle k' ein, wenn diese durch das Durchlaßventil 5 in einer zweiten Stellung desselben abgedeckt sind, während die verbrannten Gase aus dem Zylinder durch den Auspuffkanal 16 ausströmen, wenn der Kolben 3 sich seinem unteren Totpunkt nähert. Der Antriebsmechanismus für den Hilfskolben 4·' befindet sich innerhalb eines Getriebegehauses 18. Eine Brennstoff/Luft-Gemischverdichtungskammer 19 ist zwischen dem Hauptkolbenkopf 3¹ und der unteren Oberfläche des Hilfskolbens 4·¹ und dem Durchlaßventil 5 vorgesehen. Eine (nicht gezeigte}· Zündkerze ist innerhalb des Hohlraumes 20 am oberen Abschnitt des

Zylinders vorgesehen.

Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Motors während eines vollständigen Arbeitszyklus ist wie folgt. Sie wird beschrieben, indem von der Stellung der in Pig. 2 gezeigten Bestandteile ausgegangen wird. Der Kolben 3 befindet sich in seiner Stellung des oberen Totpunktes, wobei die Kammer 19 eine frische Zufuhr eines verdichteten Brennstoff/Luft-Gemisches enthält, das in den Zylinder durch die zuvor offenen und nun geschlossenen drehbaren Ansaugventile 6 eingetreten ist, wobei die Gemlschbeschickung im wesentlichen frei von verbrannten Gasen aus dem vorherigen Arbeitszyklus ist. Der Hilfskolben *P und das Durchlaßventil 5 befinden sich in der oberen Endstellung ihrer senkrechten Hubstellung, so daß die Kammer 19 dicht abgeschlossen wird.

Der erste Hub des Zyklus beginnt, wenn ein · Funke zwischen den Elektroden der Zündkerze, welche im Hohlraum 20 vorgesehen ist, erfolgt, so daß das Brennstoff/Luft-Gemisch in der Kammer 19 gezündet wir.d. Somit wird/Sauptkolben 3 durch die verbrannten Gase nach unten geschoben^ wobei sie zusätzlich durch die Auspufföffnung 16 getrieben werden, während gleichzeitig die obere Oberfläche eine Ansaugwirkung in dem oberen Bereich des Zylinders erzeugt, um energiemäßig mehr frisches Brennstoff/Luft-Gemisch in den Zylinder durch die nun offenen drehbaren Ansaugventile 6 einzuführen.

Aus der besagten Stellung der Kurbelwelle ent-• sprechend einer etwa 120°-Drehung derselben bis sie durch ihren unteren Totpunkt hindurch gegangen und sich durch etwa 60 weitere Grade (die Stellung gemäß Fig. 3 Γ gedreht hat, werden die verbrannten Gase durch, die Auspufföffnung 16 ausgelassen. Bei der besagten Stellung,

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60° über den unteren Totpunkt hinaus, haben der Hilfskolben V und das Durchlaßventil 5 das untere Ende ihres Abwärtshubes erreicht, wobei sie immer noch die frische angesaugte Beschickung des brennbaren Gemisches aus den verbrannten Gasen trennen.

Daraufhin beginnen der Hilfskolben"V und das Durchlaßventil 5 ihren Aufwärtshub zusammen mit dem Hauptkolben 3» welcher sich auch aufwärtsbewegt, wobei der Hilfskolben V und das Durchlaßventil 5 die Verdichtung des Brenngemisches erzeugen, da nun die drehbaren Ventile 6 geschlossen sind und die Geschwindigkeit ihrer Aufwärtsbewegung in Bezug auf die Geschwindigkeit, des Hauptkolbens 3 fortschreitend erhöhen. Die Auspufföffnung 16 ist nun durch den Kolben geschlossen, wobei das Durchlaßventil 5 die Durchlaßöffnungen 4" öffnet. Das in dem Zylinderraum oberhalb des Hilfskolbens ^¹ enthaltene 5 verdichtete Geraisch strömt nun durch die öffnungen oder Kanäle V in den Zylinderraum hinein, der zwischen der unteren Oberfläche des Hilfskolbens V und dem Hauptkolbenkopf 3' gebildet ist, da der erstgenannte Raum kleiner wird und sich der zweitgenannte Raum ausdehnt. Somit erfolgt eine Ansaugwirkung in der Richtung von dem erstgenannten Raum zum zweitgenannten Raum.

Der Hilfskolben ^¹ erreicht seinen oberen Totpunkt und verbleibt dort vor dem Hauptkolben 3* während dieser sich nach oben bewegt und das Gemisch wiederum verdichtet. Wenn der Hauptkolben 3 seinen oberen Totpunkt erreicht, ist der Arbeitszyklus beendet irorden, wobei die Komponenten des Motors sich wiederum in derselben primären Stellung befinden xmd bereit sind, den nächsten Zyklus zu starten.

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■ fa.

Der Fachmann wird ohne weiteres verstehen, daß, während eine bestimmte und "bevorzugte Ausfuhrungsf orm des Erfindungsgegenstandes hier "beschrieben und dargestellt wurde, es für ihn offensichtlich möglich ist, gewisse Veränderungen geringer Bedeutung einzuführen, die jedenfalls innerhalb des Schutzumfanges der beigefügten Patentansprüche liegen müssen.

Ende der Beschreibung.

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Claims

Zweitaktmotor mit zumindest einem Zylinder mit

ge kenn ζ e i c h η e t durch einen Hauptkolben (3), der innerhalb des Zylinders (1) hin- und hergehend angeordnet und mit der Motorkurbelwelle mittels einer Hauptpleuelstange bzw. Hauptkurbelstange (9) verbunden ist, mindestens ein Ansaug- oder Einlaßventil (6), das zwischen dem Ansaugrohr und dem "oberen Baum innerhalb des Zylinders angeordnet ist, einen Hilfskolben (4')_r der innerhalb des Zylinders angeordnet ist und einen äußeren Hohlschaft bzw. eine äußere Hohlspindel (4) aufweist, der im Zylinderkopf (2) frei gleitbar oder verschiebbar angeordnet ist, wobei der Hilfskolben (4·¹) wenigstens einen Durchlaß- oder Uberströmkanal (A-") aufweist, ein Durchlaßventil (5) mit einem inneren Schaft bzw. einer inneren Spindel (5')> die innerhalb der äußeren Hohlspindel frei verschiebbar oder gleitbar angeordnet ist, wobei

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das freie Ende der inneren Spindel (5¹) über das freie Ende der äußeren Spindel (^) hinaus vorspringt und das Durchlaßventil (5) in Bezug auf den Hilfskolben (V) zwei Stellungen einnehmen kann und in der ersten dieser Stellungen es die Durchlaßkanäle (A-") schließt, während es in der zweiten dieser Stellungen diese Durchlaßkanäle öffnet, einen Antrieb zum Antreiben der äußeren Spindel (^) in einem vorbestimmt veränderlichen Synchronisationsverhältnis zur Kurbelwellendrehung, mit einer Kurbel und einem HilfskurbelStangenmechanismus, eine Einrichtung zum Treiben des Durchlaßventils (5) in die erste Stellung, wenn die Gemeinsamanordnung beider Spindeln den oberen oder äußeren bzw. unteren oder inneren Totpunkt erreicht, eine Zündkerze im oberen Bereich des Zylinders, und eine Zylinder- oder Ausströmungs- oder Auspuff öffnung (2.6), die in der Seitenwand des Zylinders an einer Stelle etwas über der Stellung der Oberkante des Kolbens liegt, wenn sich dieser in dem unteren Totpunkt seines Kolbenhubes befindet.

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ORIGINAL INSPECTED