WO2009141422A2

WO2009141422A2 - Motor mit einer kurvenscheibe

Info

Publication number: WO2009141422A2
Application number: PCT/EP2009/056216
Authority: WO
Inventors: Manfred Vonderlind
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-05-23
Filing date: 2009-05-22
Publication date: 2009-11-26
Anticipated expiration: 2010-11-23
Also published as: DE102008002100A1

Description

Motor mit einer Kurvenscheibe

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit mindestens drei Zylindern, in denen jeweils ein Kolben beweglich angeord- net ist, welcher über eine Kurvenscheibe an eine Abtriebswelle gekoppelt ist.

Verbrennungsmotoren insbesondere für Kraftfahrzeuge sind typischer Weise als Kolbenmotor ausgestaltet und besitzen mehrere Zylinder mit Kolben und Pleuelstange, wobei letztere an eine gemeinsame Kurbelwelle angelenkt ist. Ein Nachteil von solchen Verbrennungsmotoren mit herkömmlichem Kurbeltrieb ist z.B. bei einem 4-Takt-Motor, dass beim Wechsel vom 2. Takt (Verdichtung) in den 3. Takt (Zündung) am oberen Totpunkt des Kolbens kein Drehmoment geliefert wird. Da die Kurbelwelle zwischen zwei Zündungen zwei volle Umdrehungen ausführen muss, kommt es zu einer nicht unerheblichen Laufunruhe beim Motor. Um dies zu beheben, muss der Zündabstand verringert werden, insbesondere durch die Verwendung mehrere Zylinder, die mit zeit- bzw. winkelversetzten Arbeitstakten auf die Kurbelwelle einwirken. Mit der Zunahme der Zylinderzahl erhöhen sich aber auch die Größe des Motors und die Anzahl der Pleuelstangen, woraus höhere Reibungsverluste resultieren.

In der DD 215 605 Al ist ein Verbrennungsmotor beschrieben, der eine andere Ankopplung der Kolben an die Abtriebswelle verwendet, wobei die Pleuelstange durch eine Kolbenstange und einen Mitnehmer ersetzt ist. Die Kurbelwelle ist hier in einer Kurvenscheibe gelagert, die mit einer Antriebswelle drehfest verbunden ist. Die Kurvenscheibe besitzt eine elliptische

Form, welche durch Abplattung im Bereich der oberen Totpunkte ein maximales Verzögern des Kolbens in diesem Bereich entstehen lässt. Damit sollen Druckverhältnisse und Kraftstoffverbrauch optimiert werden. Nachteil dieser elliptischen Form der Kurvenscheibe, ist die permanente lineare Kolbengeschwindigkeit, die aufgrund des doppelt symmetrischen Aufbaus der Kurvenscheibe zu einer begrenzten, nicht optimierten Kraftübertragung führt.

Die WO 2005/121528 Al zeigt einen mit vier Zylindern ausgerüsteten Verbrennungsmotor, wobei in jedem Zylinder ein Kolben beweglich gelagert ist, der eine entsprechende Kraft über eine Schubstange an eine gemeinsame Antriebswelle überträgt. Der Motor besitzt ein äußeres Gehäuse, welches alle Zylinder enthält und selbst um die Antriebswelle rotiert. Für die Kraftübertragung sind Koppelelemente vorgesehen, die in einer umlaufenden Führungsnut einer Kurvenscheibe geführt sind. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass der Wirkungsgrad dieses Motors schlecht ist, denn die Kraftübertragung von den Kolben auf die Kurvenscheibe erfolgt abschnittsweise in ungünstigen Winkeln zwischen den Koppelelementen und der Antriebswelle .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile vorhandener Verbrennungsmotoren zu nutzen, deren Nachteile zu umgehen und den Wirkungsgrad des aus der WO 2005/121528 Al bekannten Motors zu verbessern sowie eine raumsparende Bauweise zu erhalten .

Die Aufgabenstellung wird durch ein Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung umfasst ein Verbrennungsmotor mit mindestens drei Zylinder, in denen jeweils ein Kolben beweglich angeordnet ist. An jedem Kolben ist eine Schubstange befestigt die senkrecht zur Achse einer angetriebenen Abtriebswelle steht. Am Schubstangenende befindet sich ein gelagertes Koppelelement. Das Koppelelement ist durch eine Führungsnut in einer Kurvenscheibe geführt. Mittels eines Kurbelzapfens ist die Kurvenscheibe drehfest mit der Abtriebswelle verbunden.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Motors umfasst drei im Winkel von 120° versetzt angeordnete Zylinder. Abgewandelte Ausführungsformen besitzen vier oder mehr Zylinder.

Ein wesentlicher Aspekt der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass die Kurvenscheibe eine geschlossene, im wesentli- chen sinusförmige, auf der Scheibenfläche durchgängig umlaufende Führungsnut oder eine umlaufende Profilkante aufweist, in bzw. auf welcher das Koppelelement mit Gleitlager geführt wird. Durch die Verwendung des Kurbelzapfens verbessert sich die Wirkrichtung der von den Kolben über die Kurvenscheibe an die Antriebswelle übertragenen Kräfte, womit sich der Wirkungsgrad des Motors deutlich verbessert.

Eine besondere Ausführungsform besitzt einen Kurbelzapfen mit zur Abtriebswelle abgewinkelter Form, der auf der Kurven- Scheibe so positioniert ist, dass er sich am Ende eines Taktes immer in einer Schräglage zwischen zwei Zylindern befindet. Somit entstehen keine Verzögerungszeiten im oberen, bzw. im unteren Totpunkt der Kurvenbahn und es werden keine zusätzlichen Kräfte oder Schwungmassen benötigt damit die Kurven- Scheibe in Bewegung bleibt. Dies führt wiederum zu optimiertem Kraftstoffverbrauch und auch die Unregelmäßigkeiten im Motorlauf werden möglichst gering gehalten. Vorzugsweise ist der Kurbelzapfen so an der Kurvenscheibe befestigt ist, dass seine Längsachse am Ende eines Verbrennungstaktes jeweils eines der drei Zylinder auf einer Radiallinie liegt, die im zwischen den durch die Bewegungsachsen der Kolben der beiden anderen Zylinder eingeschlossenen Winkelbereich verläuft. - A -

Der Verlauf der Führungsnut weist zwar keine Unstetigkeits- stellen auf, jedoch ändern sich vorzugsweise nicht nur der Abstand der Mittellinie der Führungsnut zur Drehachse der Kurvenscheibe sondern auch die Periodendauer der Sinusform der Führungsnut. Dadurch ist nicht nur der Hub des über das

Koppelelement angekoppelten Kolbens bestimmt, sondern die Geschwindigkeit des zugeordneten Kolbens erhält einen nichtlinearen Charakter. Dies hat zur Folge, dass in einer bestimmten Zeitspanne alle an die Kurvenscheibe angekoppelten Kolben einen unterschiedlichen Arbeitstakt vollständig oder teilweise realisieren können, die Kolbengeschwindigkeit in den einzelnen Arbeitstakten also unterschiedlich sein kann. Dadurch steht beispielsweise für den Ansaug- und Auspufftakt ein längerer Zeitabschnitt zur Verfügung als er für den Verbrennungstakt benötigt wird. Die im Motorregime zeitkritischen Phasen des Ansaugens und Auspuffens sind auf dieser Weise leichter als bei herkömmlichen Motoren beherrschbar.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist der Verlauf der Führungsnut so angepasst, dass die Anfangsphase und die

Endphase der Arbeitstakte von sequentiell arbeitenden Zylindern sich in einem vorbestimmten Zeitabschnitt überschneiden, wodurch das abgegebene Drehmoment erheblich gleichförmiger zur Verfügung steht. Der Zündzeitpunkt eines Zylinders liegt als zeitlich gesehen vor dem Abschluss des Verbrennungstaktes des vorangehenden Zylinders, d.h. bevor der Koben dieses vorangehenden Zylinders seinen unteren Totpunkt erreicht hat. Trotzdem sind nach einer vollen Umdrehung der Kurvenscheibe alle Arbeitstakte jedes Kolbens ausgeführt.

Die veränderliche Sinusform der Führungsnut bzw. die an der Stirnfläche der Kurvenscheibe verlaufenden Profilkante ist so gestaltet, dass sie an die Takte jedes Zylinders optimal angepasst ist, wobei in die Formgestaltung die Parameter wie Durchmesser der Kurvenscheibe, Zylinderzahl, Zylinderabstand, Drehzahl der Arbeitswelle, Anzahl der Hübe und Kolbengeschwindigkeit eingehen.

Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Kurvenscheibe auch zur Steuerung der Ventile genutzt werden kann. Die Einlass- und Auslassventile werden über eine Ventilkurvenscheibe und ein Verbindungsgestänge zwangsgesteuert, wobei die Ventilkurvenscheibe eine der Führungsnut vergleichbare Ventilsteuernut aufweist und beispielsweise über eine drehfeste Verbindung mit der Abtriebswelle ihr Drehmoment bezieht. Die Ventilkurvenscheibe kann integral mit der Kurvenscheibe ausgebildet sein. Durch die Zwangssteuerung der Ventile verzichtet man hier auf die bislang üblichen Ventilfe- dern, wodurch ein geringerer Energieverlust als bei herkömmlichen Ventilsteuerungen entsteht.

Besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Motors mit einer Kurvenscheibe und drei Zylindern;

Fig. 2: eine Querschnittsansicht der Kurvenscheibe;

Fig. 3: eine schematische Darstellung einer abgewandelten

Ausführungsform des Motors mit verkürzten Schubstangen und veränderter Kurvenscheibe; Fig. 4: eine schematische Schnittdarstellung der Ausführungsform gemäß Fig. 2 mit zwei Kolbenmitnehmern;

Fig. 5: eine vereinfachte Detaildarstellung eines abgewinkelten Kurbelzapfens in Draufsicht; Fig. 6: eine Prinzipdarstellung eines Führungsgestänges für eine Kolbenführung im Längsschnitt;

Fig. 7: eine schematische Schnittdarstellung einer Zwangsventilsteuerung mit zwei Ventilkurvenscheiben für eine Ventilsteuerung;

Fig. 8: eine Querschnittsansicht der Ventilkurvenscheibe;

Fig. 9: eine Prinzipdarstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zwangsventilsteuerung mit Schrägventilen; Fig. 10: eine Prinzipdarstellung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zwangsventilsteuerung;

Fig. 11: eine Detaildarstellung einer vierten Ausführungsform der Zwangsventilsteuerung;

Fig. 12: eine schematische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform des Motors mit vier Zylindern.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Motor mit einer Kurvenscheibe. Der Verbrennungsmotor umfasst bei dieser Ausführungs- form drei Zylinder 01, welche in einer gemeinsamen Ebene um jeweils 120 Grad zueinander versetzt sind. Jeder der Zylinder 01 umfasst in bekannter Weise einen Hohlraum und einen darin gleitenden Kolben 03. Am Kolben 03 ist eine Schubstange 07 vorzugsweise starr befestigt, welche senkrecht zu der Abtriebswelle 05 steht.

Am Ende der Schubstange 07 befindet sich ein Koppelelement 09, welches mit der Schubstange 07 je nach Lagerform fest oder drehbar verbunden ist und für eine Kraftübertragung auf eine Kurvenscheibe 11 sorgt. Das Koppelelement 09 ist in einer Führungsnut 13 geführt und ist dort reibungsarm gelagert, vorzugsweise durch Gleitlager 14. Die Führungsnut 13 ist in die Scheibenfläche der Kurvenscheibe 11 eingearbeitet und wird durch eine durchgängige umlaufende Bahn beschrieben. Der sinusförmige Verlauf der Führungsnut 13 zeigt eine veränderliche Periodendauer und - bezogen auf eine gedachte Nulllinie - veränderliche Maxima und Minima. Der Verlauf der Führungsnut ist wesentlich komplexer gestaltet als eine einfache Ellipse. Durch den sich stetig ändernden Abstand der Mittellinie (nicht konstante Änderung der Steigung) der Führungsnut 13 zur Drehachse der Kurvenscheibe 11 werden der Hubweg und die Hubgeschwindigkeit des jeweils zugeordneten Kolbens 03 bestimmt. Die Kurvenscheibe 11 und die darin ausgebildete Führungsnut 13 sind so geformt, dass, wenn alle Arbeitstakte der angekoppelten Kolben 03 durchgeführt sind, die Kurvenscheibe 11 eine volle Umdrehung ausgeführt hat.

Die ablaufenden Arbeitstakte sind - abgesehen von der Kraftübertragung auf die Arbeitswelle - im Wesentlichen identisch mit denen eines herkömmlichen Verbrennungsmotors. Die Arbeitsweise lässt sich daher wie folgt zusammenfassen: Durch Druck auf den Kolben 03 in Zylinderachsenrichtung wird die Kraft über die Schubstange 07 mittels Koppelelement 09 an die

Kurvenscheibe 11 weitergegeben. Unter dieser axialen Belastung dreht sich die Kurvenscheibe 11 und mit ihr die Abtriebswelle 05. Der Kolben 03 bewegt sich abwärts und im Zylinder 01 wird das Brennstoffgemisch angesaugt. Sobald der Kolben 03 den unteren Totpunkt erreicht, weist der Abstand zwischen der gedachten Mittelinie der Führungsnut 13 und der Drehachse der Kurvenscheibe 11 ein Minimum auf. Es folgt das Verdichten des Brennstoffs und der Kolben 03 bewegt sich nach oben, wobei der Abstand der Mittellinie der Führungsnut 13 sich immer weiter von der Drehachse der Kurvenscheibe 11 entfernt. Die Zündung im 2. Arbeitstakt bewirkt einen Druckanstieg im Verbrennungsraum, wobei der Kolben 03 in Richtung unterer Totpunkt beschleunigt wird. Die erzeugte Druckkraft wird über die mit dem Koppelelement 09 verbundene Schubstange 07 an die Kurven- scheibe 11 weitergeleitet und der Abstand der Führungsnut 13 zur Drehachse der Kurvenscheibe 11 nimmt ab, bis der Kolben 03 den unteren Totpunkt erreicht hat. Ein Auslassventil wird geöffnet und durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens 03 wird das Abgas aus dem Zylinder 01 geschoben, der Abstand der

Führungsnut 13 zur Drehachse nimmt zu und im oberen Totpunkt weist sie ein Maximum auf. Alle vier Arbeitstakte sind realisiert mit einer vollen Umdrehung der Kurvenscheibe 11. Die Führungsnut 13 ist so an die drei Zylinder angepasst, dass jeder Zylinder alle Takte eines Zyklus ausgeführt hat, wenn sich die Kurvenscheibe 11 um 360° gedreht hat.

Die Kurvenscheibe 11 ist mit Hilfe eines Kurbelzapfens 17 drehfest mit der Abtriebswelle 05 verbunden.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt der Kurvenscheibe 11, wie sie in der Bauform nach Fig. 1 verwendet wird. Die Kurvenscheibe 11 ist mittels in der Kurvenscheibe drehbar gelagertem Kurbelzapfen 17 drehfest an der Abtriebswelle 05 angebracht, um die Drehmomente auf die Abtriebswelle zu übertragen. Die Führungsnut 13 verläuft auf der Seitenfläche der Kurvenscheibe 11 und weist ein U-Profil auf, wobei die Öffnungsebene des U-Profils senkrecht zur Abtriebswelle 05 steht. Die Führungsnut 13 ist durchgängig, umlaufend und mit den Gleitlagern 14 ausgestat- tet.

Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform des Motors. In Weiterbildung der zuvor beschriebenen einfachsten Betriebsform ist es insbesondere vorteilhaft, wenn schon in der Endphase des Arbeitstaktes des ersten Zylinders die Anfangsphase des Arbeitstaktes des zweiten Zylinders beginnt usw. Dieser Phasenversatz entsteht durch die Abstandsänderung zwischen der Abstiegs- und Anstiegsflanke des Kurvenverlaufs in der Führungsnut, was zu einem ruhigeren Lauf des Motors führt. Fig. 3 zeigt eine dafür geeignete Formgebung der Kurvenscheibe 11. Der Kurbelzapfen 17 ist so an der Kurvenscheibe 11 befestigt, dass seine Längsachse am Ende eines Verbrennungstaktes jeweils auf einer Radiallinie liegt, die Winkelbereich liegt, der von den Bewegungsachsen der Kolben der beiden anderen Zylinder eingeschlossenen ist.

Eine weitere Besonderheit der in Fig. 3 dargestellten Bauform besteht in der Gestaltung der Führungsnut 13, die hier ledig- lieh als offene Nut mit entsprechendem Oberflächenverlauf ausgebildet ist. Die Koppelelemente 09 laufen auf einer geformten Profilkante 18 der Kurvenscheibe und berühren keine dazu radial auswärts liegende Kante.

Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht der in Fig. 3 dargestellten

Ausführungsform. Da die Koppelelemente 09 nur noch Druckkräfte auf die Profilkante 18 ausüben können und eine Zugkraft von der Kurvenscheibe 11 nicht mehr an die Koppelelemente 09 vermittelt werden kann, müssen die Zugkräfte (im Ansaugtakt) anderweitig an den Kolben 03 übertragen werden. Dazu ist eine Kolbenführung 19 vorgesehen, die an der Abtriebswelle 05 befestigt ist und in Zugabschnitte 20 des Kolbens 03 eingreift. Die Kolbenführung 19 ist in diesem Fall als zweiteiliger halbkreisförmiger Mitnehmer gestaltet, der jeweils bei der aus dem Zylinder heraus gerichteten Bewegung des Kolbens in die Zugabschnitte eingreift und diese Bewegung unterstützt. Die Schubstange 07 ist gleichzeitig stark verkürzt, wodurch die Baugröße des Motors insgesamt drastisch reduziert wird.

Fig. 5 ist eine Detaildarstellung einer besonderen Ausführungsform des Kurbelzapfens, welcher das Verbindungsstück zwischen Kurvenscheibe 11 und Abtriebswelle 05 ist und abgewinkelt sein kann. Der eine Schenkel des Kurbelzapfens 17 ist an der Stirnfläche der Abtriebswelle 05 angebracht, der zweite Schenkel erstreckt sich senkrecht zur Kurvenscheibe 11 und befindet sich außerhalb des Drehzentrums der Kurvenscheibe 11, welches axial mit der Abtriebswelle 05 ausgerichtet ist.

Fig. 6 zeigt in einer Querschnittsansicht ein Führungsgestänge einer abgewandelten Kolbenführung 19. Die Kolbenführung 19 befindet sich am Ende der Schubstange 07 und besitzt eine U- ähnliche Form. Der freie Innenbereich der U-Form entspricht der Tiefe der Kurvenscheibe 11, sodass diese durchlaufen kann. An der Innenseite eines Schenkels der Kolbenführung 19 ist das Koppelelement 09 fest angebracht, welches auf die Kurvenscheibe 11 zugreift.

An der Außenseite der Kolbenführung 19 befinden sich jeweils senkrecht zu den Schenkeln T-förmige Elemente 21, welche jeweils in einem Kolbenführungsrohr 23 gleiten. Die Kolbenführungsrohre 23 sind paarweise an gegenüberliegenden Seiten jedes Kolbens 03 und beidseitig der Kolbenführung 19 angeordnet. In Fig. 6 ist nur das vor dem Kolben 03 liegende Paar der Kolbenführungsrohre 23 dargestellt. Das Kolbenführungsrohr 23 ist mit Gleitlagern ausgestattet und weist Stoppelemente 27 auf, die sich jeweils an den Enden der Kolbenführungsrohre 23 befinden. An den beiden Umkehrpunkten des Kolbenhubs schlägt der Kolben 03 an diesen Stoppelementen 27 an. Wenn die Stopp- elemente leicht elastisch ausgeführt sind, kann dies der Unterstützung der Überwindung des Umkehrpunktes dienen.

Fig. 7 offenbart eine Zwangsventilsteuerung mit zwei Ventilkurvenscheiben 31. Die Einlassventile und die Auslassventile des Motors sind mittels Verbindungsgestänge 29 jeweils mit einer der Ventilkurvenscheiben 31 verbunden. Jede Ventilkurvenscheibe 31 steuert ein Paar Ventile 32. Die Ventilkurvenscheiben 31 sind mit der Abtriebswelle 05 drehfest verbunden und auf der Abtriebswelle 05 in axialer Richtung versetzt zueinander angeordnet. Alternativ zu dieser Bauform könnte die genannte Ventilkurvenscheibe auch auf einer herkömmlichen Nockenwelle befestigt sein oder in an sich bekannter Weise über eine Zahnriemen oder dergleichen angetrieben werden. Jede der Ventilkurvenscheiben 31 weist zwei Ventilsteuernuten 33 auf, die sich auf den gegenüberliegenden Seitenflächen der Ventilkurvenscheiben 31 befinden und mit Gleitlagern ausgestattet sind. Die Seitenschenkel des Verbindungsgestänges 29 gleiten durch jeweils zwei Paar Stützelemente 45, die das Verdrehen des Gestänges verhindern.

Fig. 8 zeigt eine Prinzipdarstellung der Ventilkurvenscheibe 31 detaillierter. Die Ventilkurvenscheibe 31 weist eine Kreis- Grundform auf, wobei sich auf der Ventilkurvenscheibenseite eine Ventilsteuernut 33 befindet, die mit Gleitlagern ausgestattet ist. Die Bahn der Ventilsteuernut 33 ist durchgängig, umlaufend und hat in weiten Abschnitten eine Kreisform. In diesem Abschnitt sind die Ventile 37 geschlossen. In einem Aktivierungsabschnitt 34 ist eine gerade Abplattung 36 der Ventilsteuernut 33 angebracht, womit die Öffnung der Ventile 37 gesteuert wird. Während dieser Abplattung 36 verringert sich der Abstand zwischen der gedachten Mittelinie der Ventilsteuernut 33 zur Drehachse der Ventilkurvenscheibe 31. Das Verbindungsgestänge 29, welches in der Ventilsteuernut 33 geführt wird, erzeugt eine Druckkraft auf den Ventilstößel 39, womit die Ventile 37 geöffnet werden.

Die Ventilkurvenscheibe 31 und die Ventilsteuernut 33 könnte aber auch eine ovale Grundform oder eine Nockenform aufweisen.

Fig. 9 stellt eine Prinzipdarstellung einer zweiten Ausführungsform für eine erfindungsgemäße Zwangsventilsteuerung dar, die für den Einsatz von Schrägventilen konfiguriert ist. Die Einlas- und Auslassventile sind in einem Winkel zwischen 15° und 75° zur Zylinderlängsachse angeordnet. Die Ventilführung wird durch ein Ventilführungselement 35 gesteuert, welches mit dem Verbindungsgestänge 29 gekoppelt ist und in einer Verbindungsnut 43 gleitet besteht. Die Enden des Verbindungsgestän- ges 29 weisen jeweils ein Koppelelement 09 auf, welches die

Verbindung zu der Ventilkurvenscheibe 31 herstellt. Die beiden Seitenschenkel des Verbindungsgestänges 29 gleiten durch jeweils ein Paar Stützelemente 45, die das Verdrehen des Gestänges verhindern.

Im durch das U-förmige Verbindungsgestänge 29 eingeschlossenen Bereich befindet sich eine Verstrebung 47, die den Schenkel und die Grundstange des Verbindungsgestänges 29 zu einem rechtwinkligen Dreieck schließt. In der Verstrebung 47 befin- det sich die mit Gleitlagern ausgerüstete Verbindungsnut 43 mit dem darin gleitenden Ventilführungselement 35. Das Ventilführungselement 35 ist senkrecht zu einem Ventilstößel 39 gelagert. Zur Vorbeugung von unerwünschten Verdrehungen und Verkantungen des Ventilstößels 39, sind jeweils ober- und unterhalb der Verstrebung 47 die Stützelemente 45 mit Gleitlagern angebracht.

Fig. 10 zeigt eine Prinzipdarstellung einer dritten Ausführungsform der Zwangsventilsteuerung. Zwei Einlassventile bzw. Auslassventile 37 sind mittels Verbindungsgestänge 29 mit der Ventilkurvenscheibe 31 verbunden. Die Ventilstößel 39 sind so verlängert, dass im Innenbereich, der aus den Ventilstößeln 39 und das Verbindungsgestänge 29 entsteht, die Ventilkurvenscheibe 31 positioniert ist. Die Steuerung der Ventile 37 wird durch ein Verbindungsstück 49 realisiert, welches senkrecht von der Ventilkurvenscheibe 31 zum Verbindungsgestänge 29 verläuft. Auf der Ventilkurvenscheibe 31 ist in der oben beschriebenen Weise eine Ventilsteuernut 33 ausgebildet. Der Vorteil diese Zwangssteuerung besteht u.a. darin, dass die Ventile 37 nicht mit Federn belastet werden müssen, sondern zwangsweise geöffnet und auch wieder geschlossen werden. Damit sind sehr schnelle Ventilzyklen erreichbar.

Fig. 11 zeigt eine Prinzipdarstellung einer nochmals abgewandelten Ausführungsform der Ventilsteuerung. Das Prinzip der Verwendung der Ventilsteuernut 33 in der Ventilkurvenscheibe 31 wurde hier konsequent umgesetzt. Der Ventilstößel 39 greift mit einer Verlängerung in die Ventilsteuernut 33 ein, sodass die Linearbewegung des Ventils durch Drehung der Ventilkurvenscheibe 31 zwangsweise veranlasst wird. Auf Rückstellfedern kann dabei komplett verzichtet werden.

Fig. 12 stellt eine weitere Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Motors mit einer Kurvenscheibe dar. Der Unterschied dieser Ausführungsform zu der vorhergehenden Beschreibung ist in der Anzahl und Anordnung der Zylinder 01 zu sehen. Der erfindungsgemäße Motor umfasst hier vier Zylinder 01a bis Old, welche jeweils um 90 Grad zueinander versetzt sind und in einer Ebene mit der Kurvenscheibe 11 liegen, wobei die Zylinder 01 wiederum senkrecht zur Abtriebswelle 05 angeordnet sind. Die Profilkante 18 ist an die veränderte Zylinderzahl angepasst, sodass auch bei dieser Ausführungsform jeder Zylinder sämtliche Takte eines Zyklus ausgeführt hat, wenn sich die Kurvenscheibe 11 um 360° gedreht hat.

Die Profilkante 18 ist so geformt, dass sich die Arbeitstakte der Zylinder teilweise überschneiden. Im dargestellten Zustand befindet sich der Zylinder 01a im Moment der Zündung, d.h. sein Kolben 03a beginnt, Schubkraft auf die Kurvenscheibe 11 auszuüben. Der diesem zeitlich vorhergehende Zylinder 01b hat zu diesem Zeitpunkt seinen Verbrennungstakt noch nicht vollständig abgeschlossen, d.h. sein Kolben 03b hat den unteren Totpunkt noch nicht erreicht sondern übt über das Koppelele- ment 09 noch eine Schubkraft auf die Kurvenscheibe 11 aus. Im gleichen Moment befindet sich der Zylinder 01c im Ansaugtakt, wobei der Kolben durch die Kolbenführung mitgenommen wird, um im Zylinder nach unten gezogen zu werden. Der vierte Zylinder Old befindet sich im Auspuffakt, wobei der Kolben von der Kurvenscheibe in den Zylinder hineingeschoben wird.

Abschließend wird darauf hingewiesen, dass der erfindungsgemäße Motor mit Zylindern in Reihenanordnung aufgebaut werden kann. Dazu werden mehrere gleichartige Kurvenscheiben parallel geschaltet, an welche dann ggf. nur ein einzelner Zylinder angreift .

Bezugszeichenliste

01 - Zylinder

03 - Kolben

05 - Abtriebswelle

07 - Schubstange

09 - Koppelelement

11 - Kurvenscheibe

13 - Führungsnut

14 - Gleitlager

17 - Kurbel zapfen

18 - Profilkante

19 - Kolbenführung

20 - Zugabschnitt des Kolbens

21 - T-förmiges Element

23 - Kolbenführungsrohr

25 - Stoppvorrichtung

27 - Stoppelement

29 - Verbindungsgestänge

31 - Ventilkurvenscheibe

32 - Ventile

33 - Ventilsteuernut

34 - Aktivierungsabschnitt

35 - Ventilführungselement

36 - Abplattung

37 - Ventil

39 - Ventilstößel

41 - Ventilführungsvorrichtung

43 - Verbindungsnut

45 - Stützelement

47 - Verstrebung

49 Verbindungsstück

Claims

Patentansprüche

1. Verbrennungsmotor umfassend:

- mindestens drei Zylinder (Ol) mit darin laufenden Kolben

(03), die um eine von den Kolben (03) angetriebene Abtriebswelle (05) herum angeordnet sind;

- Schubstangen (07), welche an dem jeweiligen Kolben (03) befestigt sind, senkrecht zu der Abtriebswelle (05) stehen und jeweils ein gelagertes Koppelelement (09) tragen;

- mindestens eine Kurvenscheibe (11), die über einen Kurbelzapfen (17) mit der Abtriebswelle (05) verbunden ist und mindestens eine umlaufende Führungsnut (13) oder eine Profilkante (18) aufweist, in bzw. auf welcher die Koppelelemente (09) geführt sind, wobei die Drehachse der Kurvenscheibe (11) axial mit der Abtriebswelle (05) ausgerichtet ist und wobei sich der den Hubweg jedes

Kolbens (03) bestimmende Abstand der Führungsnut (13) bzw. der Profilkante (18) zur Drehachse der Kurvenscheibe (11) derart stetig ändert, dass bei einer vollen Umdrehung der Kurvenscheibe (11) alle Arbeitstakte aller ange- koppelten Zylinder (01) ausgeführt werden.

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er drei Zylinder (01) aufweist, welche in einer Ebene um jeweils 120 Grad zueinander versetzt um die Abtriebswelle (05) herum angeordnet sind.

3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er vier Zylinder (01) aufweist, welche um jeweils 90 Grad zueinander versetzt um die Abtriebswelle (05) herum angeordnet sind.

4. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Arbeitstakte der Zylinder

(Ol) zeitlich teilweise überschneiden.

5. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsnut (13) bzw. die Profilkante (18) bezogen auf eine konzentrisch zur Antriebswelle (05) liegende virtuelle Nulllinie sinusförmig verläuft.

6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die sinusförmige Führungsbahn (13) eine veränderliche Periodendauer sowie eine veränderliche Amplitude gegenüber der virtuellen Nulllinie aufweist.

7. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kurvenscheiben (11) an der Abtriebswelle (05) angebracht sind, die jeweils mit zugehö- rigen Kolben (01) verbunden sind.

8. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zylinder (01) weiterhin eine Ventilanordnung mit mindestens einem Einlassventil und einem Auslassventil umfasst, wobei die Ventile (37) über ein Verbindungsgestänge (29) jeweils von einer Ventilkurvenscheibe (31) zwangsgesteuert sind, wobei die Ventilkurvenscheiben (31) axial versetzt und drehfest auf der Abtriebswelle (05) angeordnet sind.

9. Verbrennungsmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilkurvenscheibe (31) zwei Ventilsteuernuten

(33) aufweist, welche sich jeweils auf verschiedenen Flächen der Ventilkurvenscheibe (31) befinden, wobei die Öffnung und Schließung der Ventile durch den sich ändernden Abstand der Mittellinie der Ventilsteuernuten (33) zur Drehachse der Ventilkurvenscheibe (31) vorgegeben ist.

10. Verbrennungsmotor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn- zeichnet, dass eine erste Ventilkurvenscheibe (31) ein erstes gelagertes Ventilsteuerelement (35) steuert, welches über das Verbindungsgestänge (29) mit einem zweiten Ventilsteuerelement (35) verbunden ist, das von einer zweiten Ventilkurvenscheibe (31) gesteuert wird.

11. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (37) in einem

Winkel zwischen 15° und 75° zur Zylinderlängsachse angeordnet sind.

12. Verbrennungsmotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (37) ein Ventilführungselement (35) aufweist, welches senkrecht zu einem Ventilstößel (39) in einer Verstrebung (47) mit einer Verbindungsnut (43) durch Lager bewegt wird.

13. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (01) eine Stopp- Vorrichtung (25) mit Stoppelementen (27) aufweist, welche über Gleitlager mit der Schubstange (07) verbunden ist, wobei die Stoppelemente (27) zur Begrenzung der Kolbenbewegung dienen.

14. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsnuten (13) der Kurvenscheiben (11) mit Gleitlagern ausgestattet sind.

15. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelzapfen (17) so an der Kurvenscheibe befestigt ist, dass seine Längsachse am Ende eines Verbrennungstaktes jeweils eines der drei Zylinder auf einer Radiallinie liegt, die im zwischen den durch die Bewegungsachsen der Kolben der beiden anderen Zylinder eingeschlossenen Winkelbereich verläuft.