DE10107096B4

DE10107096B4 - Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE10107096B4
Application number: DE10107096A
Authority: DE
Inventors: Jörg Dr. Arnold
Original assignee: IP2H AG
Current assignee: IP2H AG
Priority date: 2001-01-19
Filing date: 2001-02-14
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2021-02-15
Also published as: DE10107096A1

Abstract

Verbrennungsmotor mit einem in einem vorzugsweise zylinderförmigen Hohlraum (1) hin- und herschiebbar angeordneten Kolben (2), insbesondere Hubkolben, wobei der Kolben (2) und der Hohlraum (1) einen Brennraum (3) definieren und wobei der Kolben (2) mit einer Welle (4), insbesondere Kurbelwelle, zum Antreiben der Welle (4) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kolben (2) und der Innenwandung des Hohlraums (1) mindestens eine in dem Hohlraum (1) hin- und herschiebbare Büchse (5) angeordnet ist und dass die Büchse (5) oder die Büchsen derart mit der Welle (4) gekoppelt ist oder sind, dass die Büchse (5) oder die Büchsen durch die Welle (4) mit einer Maximalgeschwindigkeit relativ zum Hohlraum (1) angetrieben ist oder sind, die geringer ist als die Maximalgeschwindigkeit des Kolbens (2) relativ zum Hohlraum (1), und dass sich die Büchse (5) oder die Büchsen und der Kolben (2) im Wesentlichen in Phase bewegen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit einem in einem vorzugsweise zylinderförmigen Hohlraum hin- und herschiebbar angeordneten Kolben, insbesondere Hubkolben, wobei der Kolben und der Hohlraum einen Brennraum definieren und wobei der Kolben mit einer Welle, insbesondere Kurbelwelle, zum Antreiben der Welle gekoppelt ist.

Verbrennungsmotoren der eingangs genannten Art sind aus der Praxis bekannt und existieren in den unterschiedlichsten Ausführungsformen. Die bekannten Motoren werden mit beliebigen Treibstoffen wie beispielsweise Benzin oder Diesel oder auch alternativen Treibstoffen betrieben. Die bekannten Motoren finden ihre Anwendung beispielsweise im Kraftfahrzeugbereich.

Die Energie- bzw. Wirkarbeitsausnutzung von solchen Verbrennungsmotoren ist durch die bisher übliche technische Konstruktion begrenzt. Die limitierenden Faktoren sind dabei die konstruktiv vorgegebene Leistungs- und Drehmomentabgabe. Die Leistungsabgabe P und das Drehmoment D können ohne Berücksichtigung des brennraumabhängigen und drehzahlabhängigen Einflusses auf die chemischen Transport- und Reaktionsphänomene der Treibstoffverbrennung annähernd durch die einfachen Beziehungen zwischen den Konstruktionsparametern wie beispielsweise wirksame Hubkolbenfläche F_K, Hublänge l, Kurbelwellendrehzahl n, Kurbelwellenexzentrizität d und mittlerer Arbeitsdruck p_m beschrieben werden. Das Hubraumvolumen V_H berechnet sich wie folgt: V_H = F_K l, wobei P = K, F_K l n p_m und D = K₂ p_m F_K d. Insbesondere steht die Kolbengeschwindigkeit v_K mit der Kurbelwellendrehzahl n, der Kurbelwellenexzentrizität d und der Hublänge l in der folgenden Beziehung: v_Kmax = K₃ l n d. K₁, K₂ und K₃ sind geeignete Proportionalitätsfaktoren.

Die Energie- bzw. Leistungsbilanz von Hubkolbenverbrennungsmotoren gegenwärtiger moderner Konstruktionen spaltet sich im Mittel auf in 30% Motoren-Wirkarbeitsleistungsausbeute, 10% Reibungsarbeitsleistungs- und Pumparbeitsleistungs-Verluste, 35% Verbrennungsgas-Expansionsarbeitsleistungsverluste – Auspuffverluste – und 25% Wärmeleistungsabfuhr durch Kühlung. Dabei gilt die einfache Anschauung, dass die Leistungsabgabe und Drehmomentabgabe durch die thermische und mechanische Belastbarkeit der Motorenkonstruktion begrenzt ist.

Im Folgenden sind die zwei begrenzenden Hauptfaktoren dargelegt:

a) Hierbei handelt es sich zunächst um die maximal mögliche Kühlung bzw. Wärmemengenabfuhr von den Verbrennungsraumoberflächen. Eine ungenügende Wärmeabfuhr führt zur Ermüdung und Zerstörung der Konstruktionsmaterialien und zwar vor allem an den Zylinderköpfen bzw. den Einlass- und Auslasskanal- und Ventilkonstruktionen und an der Hubkolben-Verbrennungsraumoberfläche.
b) Als zweiter Hauptfaktor ist die Gleit- bzw. Schmiermittelbeständigkeit von Bedeutung. Eine zu hohe Kolbenhubgeschwindigkeit führt zum Abriss des Gleit- bzw. Schmiermittelfilms zwischen den Zylinderlaufbuchsen und den Hubkolben und damit zur Zerstörung der Gleitflächen.

Diese beiden Hauptbeschränkungen bisheriger Motorenkonstruktionen beschränken auch den thermodynamischen Wirkungsgrad η = (T₂ – T₁)/T₂. Dies liegt einerseits an der kühlleistungsabhängigen und von der Wärmeverträglichkeit des Konstruktionsmaterials abhängigen maximalen Arbeitstemperatur T₂ des Arbeitsmediums bzw. der Verbrennungsgasatmosphäre bei maximaler Kompression bzw. maximalem Druck der Verbrennungsgase. Andererseits liegt dies an der minimalen Arbeitstemperatur T₁ der Verbrennungsgasatmosphäre bei maximaler Gasexpansion im Brennraum.

Dabei steht der thermodynamische Wirkungsgrad n aufgrund der minimalen Arbeitstemperatur T₁ in umgekehrter Beziehung zur Arbeitsleistungsausbeute ΔP = Δ(p_m V_H) des Motors, denn eine möglichst niedrige minimale Arbeitstemperatur T₁ bedingt eine möglichst große Gasarbeitsexpansion und somit eine große Kolbenhublänge, was wiederum die Drehzahl n des Motors und damit die Leistungsausbeute beschränkt, um nicht die kritische maximale Kolbenhubgeschwindigkeit v_Kmax zum Gleitfilmabriss zu überschreiten.

Eine alternative, einfache Vergrößerung der wirksamen Hubkolbenfläche bei konstant gehaltenem Hubraumvolumen bzw. Hohlraumvolumen zur Herabsetzung der Kolbenhubgeschwindigkeit bzw. zur dann möglichen Erhöhung der Drehzahl und Steigerung der Leistungsausbeute bis zur kritischen Kolbenhubgeschwindigkeit ist nur bis zu einer gewissen Grenze möglich, da dann andere beschränkende Probleme, wie beispielsweise Baugrößeneinschränkungen des Motors, zu große bewegte Kolbenmassen bzw. zu große Beschleunigungsarbeitsleistungsverluste, Probleme der Verbrennungsraumgeometrie mit Einfluss auf die Verbrennung, zu kleine Brennraumkühloberflächen im Verhältnis zum Brennraumvolumen und andere Probleme auftreten. Bei bisherigen modernen Hubkolbenverbrennungsmotoren ist das Verhältnis zwischen Kolbenhublänge und Durchmesser der wirksamen Kolbenfläche mit dem ungefähren Verhältnis von quasi 1:1 bereits optimiert und ausgereizt.

Als entfernter Stand der Technik sind Hubkolben-Verbrennungsmotoren bekannt, bei denen die Arbeitshubkolben in beweglichen Hülsen laufen, die als Steuerschieber bei Einlass- und Auslassschlitzen zum Einlass von Treibstoffgasgemisch und zum Auslass von Verbrennungsgasen dienen. Die zwei bekanntesten Konstruktionen von Charles Y. Knight oder Peter Burt zusammen mit James MC.Collum bestehen dabei aus zwei gegeneinander und ineinander laufenden zylindrischen Hülsen, die mit der halben Kurbelwellendrehzahl über eine separate Exzenterwelle angetrieben geradlinig auf- und abschwingen und Schwingschieber bzw. Rohrschieber genannt werden. Im Falle von Burt und MC.Collum besteht die Konstruktion insbesondere aus einer einzigen zylindrischen Hülse, die eine kombinierte Hub- und Drehbewegung ausführt und von einer senkrecht zur Hubbewegung ausgerichteten Exzenterwelle direkt angetrieben ist. Aufgrund der Bedingung, dass für diese Konstruktionen die halbe Kurbelwellendrehzahl zum Antrieb nötig ist, können die bewegten Hülsen nicht direkt von der Kurbelwelle angetrieben werden.

Beiden Konstruktionen ist gemeinsam, dass die Steuerwirkung nur durch zwei separate überlagerte Bewegungen, also z. B. durch die gegenläufige Einzelbewegung jedes „Knight-Schwingschiebers" oder durch die überlagerte Hub- und Drehbewegung des Drehschiebers von Burt und MC.Collum, erreicht werden kann. Diese bekannten Konstruktionen von bewegten Hülsen, in denen sich der Arbeitskolben bewegt, dienen ausschließlich der Motorsteuerung und nicht der Erhöhung der maximal möglichen Kolbenhubgeschwindigkeit. Ihre Funktionsweise reduziert sogar die maximal mögliche Kolbenhubgeschwindigkeit, da die Hülsenbewegung zeitweise sogar der Hubkolbenbewegung entgegengerichtet ist und nicht mit ihr in Phase verläuft.

Des Weiteren ist aus der DE 261 433 A eine Zweitaktexplosionskraftmaschine mit einem den Arbeitszylinder auskleidenden, steuernden Rohrschieber bekannt. Bei dieser Maschine wird nach Verdrängung der Abgase durch die vom Kolbenansatz nur wenig verdichtete Ladung und nach Schluss der Auspuffkanäle eine weitere Lademenge durch den hochgehenden Kolbenansatz in den Zylinder gedrückt. Dadurch wächst die in dem Zylinderraum herrschende Spannung bis zum Schluss der Eintrittskanäle, worauf in bekannter Weise die weitere Verdichtung der Ladung im Zylinderraum durch den Arbeitskolben fortgesetzt wird.

Weiterhin ist aus der US 2 010 289 A eins Verbrennungskraftmaschine mit einem Zylinder bekannt, der einen darin angeordneten hohlen Kolben aufweist. In dem hohlen Kolben ist ein zweiter Kolben verschiebbar angeordnet.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsmotor der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die Arbeitsleistung und Drehmomentabgabe erhöht sind.

Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch einen Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist der Verbrennungsmotor derart ausgestaltet, dass zwischen dem Kolben und der Innenwandung des Hohlraums mindestens eine in dem Hohlraum hin- und herschiebbare Büchse angeordnet ist und dass die Büchse oder die Büchsen derart mit der Welle gekoppelt ist oder sind, dass die Büchse oder die Büchsen durch die Welle mit einer Maximalgeschwindigkeit relativ zum Hohlraum angetrieben ist oder sind, die geringer ist als die Maximalgeschwindigkeit des Kolbens relativ zum Hohlraum, und dass sich die Büchse oder die Büchsen und der Kolben im Wesentlichen in Phase bewegen.

In erfindungsgemäßer Weise ist hier ein neues Arbeitsprinzip eines Verbrennungsmotors bereitgestellt, das die obige Aufgabe auf überraschend einfache Weise löst. Dabei wird der Kolben nicht wie bisher üblich in zum Motorblock hin festen Laufbüchsen geführt. Vielmehr ist der Kolben in einer bewegten Büchse geführt, um die bisher maximal zulässige Kolbenhubgeschwindigkeit bzw. die zulässige Kolbenhublänge und folglich den thermodynamischen Wirkungsgrad wesentlich zu steigern. Die bewegte Büchse bzw. die bewegten Büchsen werden in dem Hohlraum geführt. Dabei ist wesentlich, dass die Büchse oder die Büchsen derart mit der Welle gekoppelt ist oder sind, dass die Büchse oder die Büchsen durch die Welle mit einer maximalen Geschwindigkeit relativ zum Hohlraum angetrieben ist oder sind, die geringer ist als die Maximalgeschwindigkeit des Kolbens relativ zum Hohlraum. Hierdurch lässt sich die Geschwindigkeit des Kolbens relativ zum Hohlraum gegenüber bekannten Konstruktion steigern, ohne dass Schmierungsdefizite auftreten können. Sämtliche relativ zueinander bewegten Teile bewegen sich mit einer Maximalgeschwindigkeit zueinander, die unterhalb einer Geschwindigkeit liegt, bei welcher Schmierungsprobleme auftreten können. Die Kolbengeschwindigkeit wird mittels der Büchse oder der Büchsen quasi auf eine höhere Geschwindigkeit als üblich transformiert. Um keine übermäßigen Relativgeschwindigkeiten der bewegten Teile zueinander zu erzeugen, bewegen sich die Büchse oder die Büchsen und der Kolben im Wesentlichen in Phase zueinander.

Durch diese spezielle Konstruktion ist ein Verbrennungsmotor und ganz allgemein eine Wärmekraftmaschine bereitgestellt, bei der das bisher erreichbare Leistungs- und Drehmomentabgabemaß gesteigert ist oder alternativ ein wesentlich geringerer Treibstoffverbrauch bei einem Leistungs- und Drehmoment-abgabemaß von bisher üblichen Motorenkonstruktionen erreicht ist. Der Grund hierfür ist ein wesentlich gesteigerter thermodynamischer Wirkungsgrad. Genauer gesagt ist die maximale Arbeitstemperatur T₂ erhöht und die minimale Arbeitstemperatur T₁ des Motors abgesenkt. Hierdurch ist der thermodynamische Wirkungsgrad wesentlich gesteigert.
Bei der hiesigen Erfindung kann sich der Kolben in einer Büchse mit der maximal möglichen Kolbenhubgeschwindigkeit v_Kmax bewegen. Die Büchse bzw. Schleppbüchse selbst kann wiederum im Hohlraum bzw. Zylinderblock mit der maximal zulässigen Laufgeschwindigkeit bewegt werden. Der Kolben gleitet also in der Büchse, die wiederum im Motorblockzylinder gleitet. Wenn für die Büchse und den Kolben die gleiche maximale Bewegungsgeschwindigkeit zulässig ist und die Büchse und der Kolben in ihrer Bewegung im Wesentlichen gleichgerichtet sind bzw. in Phase sind, kann dadurch der Kolben im theoretischen Grenzfall ohne Zerstörung mit der doppelten Kolbengeschwindigkeit v_Kmax wie bei bisherigen Motorenkonstruktionen laufen. Der Kolben, die Büchse und der Hohlraum bilden quasi Teleskopsegmente, die nach dem Teleskopprinzip ineinandergleiten bzw. ausgezogen und eingeschoben werden können.
Dadurch kann die Kolbenhublänge l bei den bisher üblichen und möglichen Motorendrehzahlen im Grenzfall verdoppelt werden und kann die zusätzliche Gasarbeitsexpansion auf den halben mittleren Arbeitsenddruck bisher üblicher Motorenkonstruktionen reduziert werden, was mit einer sich wesentlich niedriger einstellenden minimalen Arbeitstemperatur T₁ korreliert. Bei doppeltem Volumen liegt quasi der halbe Druck vor.
Dies führt in der obigen Formelbeschreibung für die Leistungs- und Drehmomentausbeute bei konstant gehaltener Drehzahl zu einem Anstieg der Kolbenhublängen l auf 200% und zu einem Abfall des mittleren Arbeitsdrucks p_m auf 75% und somit zu einer Steigerung der Leistungsausbeute P auf 150%. Die Verdopplung der Kolbenhublänge wird konstruktiv durch eine Verdopplung der Kurbelwellenexzentrizität d erreicht, wodurch die Drehmomentausbeute D um 100% auf 200% gesteigert wird.
Die Steigerung der Motorleistung geht sogar mit einer Verringerung der thermischen Belastung des Motors einher, da die Verweilzeit der Verbrennungsgase bei konstant gehaltener Drehzahl im Expansionsarbeitstakt des Motors ungeändert bleibt, aber die mittlere Temperatur der Verbrennungsgasatmosphäre und damit der Temperaturgradient für den Wärmeübertrag auf die Verbrennungsraumoberfläche wegen der größeren geleisteten Wirkarbeit gesunken ist und die Vergrößerung der Verbrennungsraumoberfläche wegen der konstanten Hubkolbenoberfläche und Zylinderkopffläche bzw. Hohlraumendfläche sich nicht verdoppelt hat, sondern vielmehr unterproportional mit der Vergrößerung des Kolbenhubs wächst.
Die erhöhte Leistungsausbeute resultiert ausschließlich aus der Erhöhung des thermodynamischen Wirkungsgrads durch die Absenkung der minimalen Arbeitstemperatur T₁ wegen der konstruktiv ermöglichten vergrößerten Verbrennungsgas-Arbeitsexpansion.
Im Konkreten könnten mehrere Büchsen und der Kolben teleskopartig in dem Hohlraum bewegbar sein. Hierdurch ist eine besonders kontrollierte und effiziente Erhöhung der maximalen Kolbengeschwindigkeit realisiert. In jedem Fall ist in dem Hohlraum die Büchse bzw. die äußerste Büchse geführt.
In besonders vorteilhafter Weise ist die Büchse oder die dem Kolben nächstliegende Büchse derart dimensioniert, dass sich der Kolben während seiner gesamten Hin- und Herbewegung innerhalb der Büchse oder der dem Kolben nächstliegenden Büchse befindet. Hierdurch ist ein besonders sicherer Betrieb des Motors erreicht.
Im Konkreten könnte die Innenwandung des Hohlraums durch eine Gleitbüchse gebildet sein, die in einen Motorblock eingesetzt ist oder in dem Motorblock integral ausgebildet ist. Hierdurch ist eine besonders sichere Lagerung der Büchse bzw. der äußersten Büchse realisiert.
Die Büchse oder die Büchsen und/oder die Gleitbüchse könnten aus Metall, vorzugsweise einem Grauguss-Material, einer Stahlaluminiumlegierung – z.B. Duraluminium – oder Titan, oder einem Oxidkeramikmaterial hergestellt sein. Die Büchse oder die Büchsen könnte oder könnten eine nur wenige Millimeter starke, gerade ausreichend verbrennungsdruckstabile Wandung, beispielsweise Zylinderwandung, aufweisen, um Trägheitskräfte bzw. die notwendigen Massenbeschleunigungen gering zu halten. Hierbei sind leichte aber ausreichend feste Materialien wie z.B. Duraluminium oder Titan günstig. Alternativ könnte ein Grauguss-Material für die Gleitbüchse und die Büchse bzw. Büchsen verwendet werden, wobei hier keine Dichtungsringe – Kolbenringe oder Ölabstreifringe – zwischen den beiden Bauteilen erforderlich sind, da ein gleiches Wämeausdehnungsverhalten vorliegt.
Die Büchse oder die Büchsen und/oder die Gleitbüchse könnten eine Oberflächenbeschichtung aufweisen, die beispielsweise aus einem Metalloxid, einem Metallkarbid, aus Reinkohlenstoff – Diamant – oder Chrom bestehen könnte. Hierbei ist auf den jeweiligen Anwendungsfall und auf das jeweilige Erfordernis an Abriebfestigkeit abzustellen. Insbesondere für die Gleitbüchse bzw. Schleppbüchsenführungsbüchse wäre im Zusammenhang mit Hochtemperatur-Motorenkonstruktionen die Verwendung von wärmeleitarmen und hochtemperaturfesten Oxidkeramiken vorteilhaft und denkbar.
Im Hinblick auf eine verbesserte Ölgleitschmierung könnten zwischen der Büchse oder der der Gleitbüchse nächstliegenden Büchse und der Gleitbüchse Dichtungs- und Führungsringe, vorzugsweise Kolbenringe oder Ölabstreifringe, vorgesehen sein. Derartige Dichtungs- oder Führungsringe könnten auch zwischen der Büchse oder der dem Kolben nächstliegenden Büchse und dem Kolben sowie alternativ oder zusätzlich hierzu zwischen den Büchsen vorgesehen sein. Die Dichtungs- oder Führungsringe könnten in vorzugsweise radialen Innennuten der Gleitbüchse oder in Außennuten der Büchse oder der der Gleitbüchse nächstliegenden Büchse und/oder in Innen- oder Außennuten der Büchsen und/oder in Innennuten der Büchse oder der dem Kolben nächstliegenden Büchse oder in Außennuten des Kolbens angeordnet sein.
Die Büchse oder die Büchsen könnten jeweils einen Führungszapfen mit einer Achse aufweisen. Dabei könnte der Führungszapfen jeweils am unteren Innenrand der Büchse oder der Büchsen angeordnet sein. Die Achse könnte parallel zu einer Kolbenbolzenachse angeordnet sein. Hierbei könnte an dem oder jedem Führungszapfen eine vorzugsweise wälzgelagerte Büchsen-Pleuelstange mit ihrem einen Ende angeordnet sein. Mit ihrem anderen Ende könnte die Büchsen-Pleuelstange mit einem Exzenterelement der Welle gekoppelt sein.
Mit anderen Worten kann der Kolben mit einem Kolbenbolzen und einem Kolbenbolzen-Wälzlager ausgeführt sein und mit dem Exzenterzapfen der Kurbelwelle mittels einer ebenfalls wälzgelagerten Pleuelstange verbunden sein. Eine zylindrisch ausgeführte Büchse könnte am unteren Innenrand über einen Führungszapfen verfügen, dessen Zapfenachse parallel bzw. koaxial zur Kolbenbolzenachse ausgerichtet ist. Auf diesem Büchsenzapfen sitzt eine gegebenenfalls wälzgelagerte Büchsen-Pleuelstange. Die Büchsen-Pleuelstange ist am büchsenfernen Ende gegebenenfalls auch wälzgelagert und sitzt auf einem Exzen terelement der Welle.
Dieses Exzenterelement, das bei einem Nichtreihenmotor, beispielsweise einem Einzylindermotor oder Sternmotor, auch ein einfacher Exzenterzapfen sein könnte, ist vorzugsweise gekröpft bzw. doppelt oder mehrfach geknickt, so dass es zumindest zwei koplanar geführte Pleuelstangen, die Büchsen-Pleuelstange und eine Kolben-Pleuelstange, mit unterschiedlicher Exzentrizität und gegebenenfalls unterschiedlicher Drehwinkellage führen kann bzw. aneinander vorbeiführen kann. Die Welle trägt also zwischen je zwei Wellenlagern – beispielsweise bei Reihenmotoren für je eine Zylindereinheit – zwei Pleuelstangen auf einem gekröpften Exzenterelement der Welle.
Auf dem Exzenterelementabschnitt mit der kleineren Exzentrizität sitzt die Büchsen-Pleuelstange. Auf dem anderen Exzenterelementabschnitt mit der größeren Exzentrizität sitzt die Kolben-Pleuelstange. Genauer gesagt weist jeder einer Büchse zugeordneter Büchsen-Exzenterelementabschnitt eine kleinere Exzentrizität auf als ein dem Kolben zugeordneter Kolben-Exzenterelementabschnitt. Im Konkreten könnte der Kolben-Exzenterelementabschnitt die doppelte Exzentrizität wie der Büchsen-Exzenterelementabschnitt der dem Kolben nächstliegenden Büchse aufweisen.
Bei Realisierung mehrerer Büchsen könnten die Büchsen-Exzenterelementabschnitte der Büchsen vom Kolben aus gesehen jeweils eine immer kleinere Exzentrizität zur Innenwandung des Hohlraums hin aufweisen. Ein Büchsen-Exzenterelementabschnitt einer weiter innen liegenden Büchse weist daher eine größere Exzentrizität auf als ein Büchsen-Exzenterelementabschnitt einer weiter außen liegenden Büchse.
Durch die unterschiedliche Exzentrizität und Drehwinkellage der beiden gegeneinander gekröpften Exzenterelementabschnitte der Welle wird die Relativbewegung der Büchse bzw. Büchsen zum Kolben bestimmt. Hierbei könnten der Büchsen-Exzenterelementabschnitt oder die Büchsen-Exzenterelementabschnitte und der Kolben-Exzenterelementabschnitt dieselbe Drehwinkellage auf weisen. Dies hat sich in der Praxis in Kombination mit der doppelten Exzentrizität für den Kolben-Exzenterelementabschnitt im Vergleich zum Büchsen-Exzenterelementabschnitt als günstigste Kombination erwiesen. Dabei wird der Kolben im Mittel mit der doppelten absoluten Geschwindigkeit der Büchse geführt, während die Büchse gegen die Gleitbüchse bzw. gegen den Hohlraum die gleiche Relativgeschwindigkeit aufweist wie der Kolben gegen die Büchse.
Die Büchsen-Pleuelstange könnte azentrisch in jeder Büchse gelagert sein. Die Kolben-Pleuelstange könnte mittig bzw. zentriert im Kolben gelagert sein oder auch azentrisch, wobei hier auf den jeweiligen Anwendungsfall abzustellen ist. Ist die Büchsen-Pleuelstange azentrisch gelagert und ist die Kolben-Pleuelstange zentrisch im Kolben gelagert, können sich beide Pleuelstangen auf ihren koplanaren Bewegungsbahnen sicher aneinander vorbeibewegen. Jedoch ist auch eine Ausführung der Erfindung mit zwei zum Kolben bzw. zur Büchse azentrisch angeordneten Pleuelstangen denkbar.
Im Hinblick auf eine besonders einfache Ausgestaltung des Verbrennungsmotors könnten in der Wandung des Hohlraums mindestens ein Einlass- und/oder mindestens ein Auslass-Durchgang ausgebildet sein, so dass die Büchse oder die Büchsen als Ventilelement für den Durchgang oder die Durchgänge nutzbar ist oder sind. Im Konkreten kann die bewegte Büchse oder können die bewegten Büchsen zusätzlich als vorzugsweise zylindrischer Ventilschieber bzw. Rohrschwingschieber für den Frischlufteinlass und den Verbrennungsgasauslass über Durchgänge – beispielsweise Schlitze oder Ringspalte – genutzt werden. Dadurch kann bei der Erfindung auf die Verwendung von üblichen Zylinderkopfkonstruktionen mit den bisher üblichen komplizierten Einlass- und Auslass-Ventilkonstruktionen und mit dem gesamten anhängigen Ventiltrieb wie Nockenwellen, Nockenwellenlagerungen und Nockenwellenantrieben bzw. Nockenwellengetrieben – Stirnradgetriebe – verzichtet werden. Die beispielsweise zur Anwendung kommenden Ringspalte gewährleisten einen glatten und strömungsgünstigen Gasdurchfluss und folglich gute Gasgemisch-Füllungsgrade im Gegensatz zu heute üblichen Ventilringspalten mit ausgeprägten Winkeln und Ecken.
Dabei kann der Durchgang oder können die Durchgänge im Konkreten im Bereich der Gleitfläche der Büchse oder der Büchsen oder in der Gleitbüchse ausgebildet sein. Genauer gesagt könnten die Durchgänge seitlich im Motorblockkopf in der Gleitbüchse bzw. Schleppbüchsenführungsbüchse einmünden und nicht wie bisher üblich im Motorblockkopfende bzw. im bisher üblichen Zylinderkopf.
Die Einlass- und Auslass-Durchgänge können – bei jeweils mehreren Durchgängen für Einlass und Auslass – getrennt in der jeweils gleichen Zylinderkreisschnittebene bezüglich eines kreiszylinderförmigen Hohlraums oder einer kreiszylinderförmigen Gleitbüchse ausgebildet sein.
Im Konkreten könnten der Auslass-Durchgang oder die Auslass-Durchgänge im Wesentlichen an einem Ende des Hohlraums und der Einlass-Durchgang oder die Einlass-Durchgänge im Wesentlichen am anderen Ende des Hohlraums ausgebildet sein. Dabei könnte der Auslass-Durchgang oder könnten die Auslass-Durchgänge zur Welle hin kurz über der Kolben-Brennraumoberfläche bei unterer Kolben-Totpunktlage und der Einlass-Durchgang oder die Einlass-Durchgänge zum Zylinderkopfende hin auf etwa halber Länge der Gleitbüchsen-Führungsbahn liegen. Einlass-Durchgänge und Auslass-Durchgänge können also günstigerweise weit auseinandergelegt werden, was die hohe thermische Wechselbelastung der Einlass-Durchgang- und Auslass-Durchgang-Trennwände bei herkömmlichen Zylinderkopfkonstruktionen vermeidet.
Zur optimalen Funktion des Verbrennungsmotors weisen auch die Büchse oder die Büchsen jeweils mindestens einen Auslass-Durchgang auf.
Im Konkreten könnten der Durchgang oder die Durchgänge als Schlitz oder Schlitze oder als Ringspalt oder Ringspalte ausgebildet sein.
In einer thermisch besonders günstigen Ausgestaltung könnte der Brennraum im kolbenfernen Bereich geschlossen sein. Dabei kann der Verbrennungsmotor sogar ohne separaten Zylinderkopf mit einem den Brennraum oben vollständig ab schließenden Zylinderblock aus hoch warmfestem Material wie beispielsweise Grauguss realisiert werden. Dies hat wiederum wesentlichen Einfluss auf die Steigerung des thermodynamischen Wirkungsgrads, da jetzt die bisher üblichen sehr temperaturempflindlichen bzw. wenig warmfesten Zylinderkopfkonstruktionen vermieden werden können. Deshalb können in der Folge wesentlich höhere maximale Verbrennungstemperaturen T₂ angewendet werden, um den thermodynamischen Wirkungsgrad weiter wesentlich zu steigern.
Die naturgemäß höhere Masse von beispielsweise hoch warmfestem Grauguss fällt bei der Motorenkonstruktion nicht ins Gewicht, da auf der anderen Seite die gesamte bisher übliche komplizierte Zylinderkopfkonstruktion mit dem dazugehörigen kurbelwellenseitigen Ventilantrieb vermieden werden kann. Daneben stellen sich natürlich auch noch wesentliche wirtschaftliche Vorteile bei der Produktion wie beispielsweise eine wesentlich kostengünstigere Produktion von Motoren aus wesentlich weniger Bauteilen ein.
Da das Zylinderkopfende nunmehr keinerlei temperaturkritischen Bauteile umfasst, kann eine weitaus höhere Brennraumtemperatur gerade im hier liegenden heißesten Bereich des Brennraums zugelassen werden. Die Temperatur der Zylinderkopfenden darf gegebenenfalls sogar bis an die Grenze der Warmfestigkeit des Zylinderkopfmaterials gebracht werden, da die Erfindung wegen der fehlenden heißen Auslassventile herkömmlicher Zylinderkopfkonstruktionen und wegen der Möglichkeit einer zentral platzierbaren Zündkerze hoch klopftest ist. Dies kann zu einer wesentlichen Erhöhung der Brennraumtemperatur T₂ genutzt werden und dadurch zu einer wesentlichen Erhöhung des thermischen Wirkungsgrads.
Im Hinblick auf eine besonders zuverlässige Zufuhr von Frischluft in den Hohlraum könnte eine Fördereinrichtung zur Frischluftzufuhr vorgesehen sein. Eine derartige Fördereinrichtung könnte ein Kompressoraggregat des Motors sein, beispielsweise ein Rootslader, Spirallader, Drehkolbenlader, Schraubenlader oder mechanischer Kreisellader. Dabei könnte Frischluft in den Brennraum gedrückt werden, was zu einer weiteren Ausspülung der Verbrennungsrestgase durch die noch offenen Auslass-Durchgänge in einen Auslasskanal und zu einer zusätzlichen Kühlung der inneren Brennraumoberflächen durch den durchgeleiteten Frischluftstrom führen könnte.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt die einzige
Fig. in einer schematischen Darstellung das Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors.
Die einzige Fig. zeigt einen Verbrennungsmotor mit einem in einem zylinderförmigen Hohlraum 1 hin- und herschiebbar angeordneten Kolben 2. Der Kolben 2 und der Hohlraum 1 definieren einen Brennraum 3. Der Kolben 2 ist mit einer Welle 4 zum Antreiben der Welle 4 gekoppelt. Zwischen dem Kolben 2 und der Innenwandung des Hohlraums 1 ist eine in dem Hohlraum 1 hin- und herschiebbare Büchse 5 angeordnet. Die Büchse 5 ist derart mit der Welle 4 gekoppelt, dass die Büchse 5 durch die Welle 4 mit einer Maximalgeschwindigkeit relativ zum Hohlraum 1 angetrieben ist, die geringer ist als die Maximalgeschwindigkeit des Kolbens 2 relativ zum Hohlraum 1. Dabei bewegen sich die Büchse 5 und der Kolben 2 im Wesentlichen in Phase.
Im Konkreten ist die Innenwandung des Hohlraums 1 durch eine Gleitbüchse 6 gebildet, die in dem Hohlraum 1 angeordnet ist.
Die Büchse 5 weist einen Führungszapfen 7 auf, der am unteren Innenrand der Büchse 5 angeordnet ist. An dem Führungszapfen 7 ist eine Büchsen-Pleuelestange 8 mit ihrem einen Ende angeordnet. Die Büchsen-Pleuelstange 8 ist mit ihrem anderen Ende mit einem Exzenterelement 9 der Welle 4 gekoppelt. Das Exzenterelement 9 ist gekröpft bzw. doppelt geknickt.
Der Büchsen-Exzenterelementabschnitt 10, der der Büchse 5 zugeordnet ist, weist eine kleinere Exzentrizität auf als ein dem Kolben 2 zugeordneter Kolben-Exzenterelementabschnitt 11. Genauer gesagt beträgt das Verhältnis der Exzentrizitäten 1:2.
In der Wandung des Hohlraums 1 ist ein Einlass-Durchgang 12 und ein Aulass-Durchgang 13 in Schlitzform ausgebildet. Damit dient die Büchse 5 als Ventilelement für die Durchgänge 12 und 13. Die Büchse 5 weist ebenfalls einen Auslass-Durchgang 13 auf.
Der Brennraum 3 ist im kolbenfernen Bereich 14 geschlossen. Dabei ist auf Einlass- und Auslass-Ventile eines herkömmlichen Verbrennungsmotors verzichtet. Zwischen dem Kolben 2 und der Welle 4 ist eine Kolben-Pleuelstange 15 vorgesehen. Die gesamte oben beschriebene Anordnung ist in einem Motorblock 16 vorgesehen.
Beim oberen Totpunkt der Büchse 5 verschließt die Büchse 5 sowohl den oberen Einlass-Durchgang 12 als auch den unteren Auslass-Durchgang 13. Die Büchse 5 weist selbst den Auslass-Durchgang 13 in einer Zylinderkreisschnittebene auf, der kurz vor dem unteren Totpunkt der Büchse 5 kongruent mit dem Auslass-Durchgang 13 der Gleitbüchse 6 bzw. des Hohlraums 1 übereinstimmt. Falls hier mehrere Durchgänge 12 und 13 pro Bauteil ausgebildet wären, so würde die Büchse 5 auch diese Durchgänge 12 und 13 entsprechend verschließen oder freigeben. Der Einfachheit halber wird hier nur jeweils ein Durchgang 12 und 13 der Beschreibung zugrundegelegt.
Kurz vor dem unteren Totpunkt der Büchse 5 wird der Auslass-Durchgang 13 der Büchse 5 vom Kolben 2 verschlossen. Beim unteren Totpunkt des Kolbens 2 stehen sowohl die Einlass- als auch die Auslass-Durchgänge 12 und 13 offen. Die Positionen der Einlass- und Auslass-Durchgänge 12 und 13 sind so bemes sen, dass kurz vor dem unteren Totpunkt der Büchse 5 bzw. des Kolbens 2 zuerst die Auslass-Durchgänge 13 von dem sie überfahrenden Kolben 2 und der Büchse 5 freigegeben werden und anschließend erst der obere Einlass-Durchgang 12 von der Büchse 5 freigegeben wird.
Bei der erfindungsgemäßen Steuerung – Schlitzsteuerung bzw. Schwingschiebersteuerung – liegt eine Einrohrschwingschiebersteuerung vor, bei der der Schwingschieber, also die Büchse 5, direkt von der Welle 4 mit der Wellendrehzahl angetrieben wird und nur eine einfache geradlinige Bewegung ausführt, also nicht wie bei bisherigen Einrohrschwingschieber-Konstruktionen eine überlagerte Bewegung ausführen muss. Dies wird erfindungsgemäß dadurch ermöglicht, dass zur Durchgangs-Steuerung zusätzlich auch der Kolben 2 herangezogen wird.
Die beschriebene Konstruktion erfährt im Betrieb den folgenden Bewegungs- und Funktionsablauf. Während der Drehbewegung der Welle 4 – ausgehend vom oberen Totpunkt des Kolbens 2 – senkt sich der Kolben 2 in der Büchse 5 ab und die Büchse 5 wird mit der halben Kolbengeschwindigkeit nachgeschleppt. Alle Einlass- und Auslassdurchgänge 12 und 13 sind geschlossen.
Während sich der Kolben 2 und die Büchse 5 dem unteren Totpunkt nähern, beginnen sich die Auslass-Durchgänge 13 der Büchse 5 und der Gleitbüchse 6 zu überlagern. Der Auslass-Durchgang 13 der Büchse 5 ist aber gerade noch von dem ihn überfahrenden Kolben 2 verschlossen. Im weiteren Bewegungsablauf – kurz vor dem unteren Totpunkt des Kolbens 2 – gibt der Kolben 2 nun die Auslass-Durchgänge 13 frei und das noch unter Druck stehende Verbrennungsgas kann über die Auslass-Durchgänge 13 in den Auslasskanal expandieren.
Im weiteren Bewegungsablauf gibt nun auch die Büchse 5 kurz vor ihrem unteren Totpunkt den oberen Einlass-Durchgang 12 frei und Frischluft kann über eine Fördereinrichtung in den Brennraum gedrückt werden, was zu einer weiteren Ausspülung der Verbrennungsrestgase durch die noch offenen Auslass-Durch gänge 13 in den Auslasskanal und zu einer zusätzlichen Kühlung der inneren Brennraumoberflächen durch den durchgeleiteten Frischluftstrom führt.
Die Verwendung einer Fördereinrichtung zur Frischluftbeladung verschlechtert den Wirkungsgrad des Motors nicht, da auf der einen Seite der gesamte herkömmliche energieverbrauchende Ventilantrieb eingespart wird und auf der anderen Seite die vom üblichen Saugmotor aufzubringende Saugleistung eingespart wird. Dabei ist noch zu beachten, dass jeder Saugmotor gleichzeitig seine eigene Saugpumpe zur Gemischansaugung darstellt und dass ein Saugmotor als Saugpumpenaggregat alleine betrachtet, wegen seiner konstruktiven Doppelfunktion als Saugpumpe und als Verbrennungsmaschine, in der Regel nicht hinsichtlich seines Wirkungsgrads optimiert ist. Die Verwendung eines spezialisierten, hinsichtlich seines Wirkungsgrads optimierten, separaten Förderaggregats bzw. separaten Fördereinrichtung führt deshalb zu einer weiteren Steigerung des Wirkungsgrads der gesamten Maschine bzw. des gesamten Verbrennungsmotors.
Im weiteren Bewegungsablauf überfahren die Büchse 5 und der Kolben 2 ihre unteren Totpunkte und heben sich wieder, wobei die zuerst geöffneten Auslass-Durchgänge 13 wieder geschlossen werden. Jetzt kann sich im weiteren Bewegungsablauf der Frischluftdruck der Fördereinrichtung im Brennraum aufbauen, bis die weitere Büchsenbewegung auch den Einlass-Durchgang 12 schließt. Der weitere Bewegungsablauf ist dann der Kompressionszyklus bis zum oberen Totpunkt des Kolbens 2.
Der Kolben 2 und die Büchse 5 weisen nur eine geringfügig unterschiedliche Drehwinkellage auf oder weisen sogar dieselbe Drehwinkellage auf. Eine unterschiedliche Drehwinkellage kann konstruktiv durch die Verdrehung der Kröpfung des Exzenterelements 9 erreicht werden. Bei der Verwendung einer unterschiedlichen Drehwinkellage ist ein vorteilhafter minimierter innerer Verschleiß der Büchse 5 am oberen Totpunkt der Kolbenlaufbahn zu erwarten, weil die Gleitbewegung am oberen Totpunkt nicht zum Stillstand kommt.
Innerhalb dieses Zyklus wird der Treibstoff direkt in den Brennraum eingespritzt. Nach dem Überfahren des oberen Totpunkts durch den Kolben 2 erfolgt die Zündung des Verbrennungsgasgemischs und der Verbrennungszyklus bzw. Expansionsarbeitszyklus beginnt. Die Erfindung stellt somit einen rohrschieber-ventilgesteuerten Zweitaktmotor mit Schleppbüchsen und Kompressorfrischluftbeladung und Treibstoffdirekteinspritzung dar.
Dadurch kann mit dieser Motorenkonstruktion bei gleicher bisher üblicher Drehzahl im theoretischen Grenzfall die doppelte Leistungsabgabe gegenüber herkömmlichen vergleichbaren Viertaktmotorenkonstruktionen oder bei vergleichbarer Leistungsabgabe eine wesentlich geringere Baugröße und Motorenmasse erreicht werden. Speziell kann durch die kleineren möglichen Hubraumgeometrien der Erfindung die zu beschleunigende Masse, die aus Arbeitshubkolben, Schleppbüchsen und den Pleuelstangen besteht, wieder kompensiert werden und in das bisher übliche Maß gebracht werden.
Mit der bisher beschriebenen Wirkungsweise der Erfindung kann grob die Verbesserung des thermodynamischen Wirkungsgrads n abgeschätzt werden. Die typische minimale Arbeitstemperatur T₁ der Verbrennungsgasatmosphäre liegt bei herkömmlichen Hubkolbenverbrennungsmotoren zwischen ca. 700° Celsius und ca. 1000° Celsius. Für diese Abschätzung werden im Mittel ca. 800° Celsius zugrundegelegt. Die mittlere maximale Arbeitstemperatur T₂ der Verbrennungsgasatmosphäre liegt bei herkömmlichen Motorenkonstruktionen im Mittel bei ca. 1300° Celsius. Der thermodynamische Wirkungsgrad bisheriger üblicher Hubkolbenverbrennungsmotoren liegt dann bei im Mittel ca. n = 0,38, wobei die Pump- und Reibungsarbeitsleistung, die der Motor verzehrt, einbezogen ist.
Unter der grob vereinfachten Annahme, dass eine Verminderung der Motorkopfkühlung bzw. eine dadurch erreichte Temperaturerhöhung des Motorkopfs auch eine Erhöhung der maximalen Arbeitstemperatur T₂ der Verbrennungsgasatmosphäre um bis zu 200° Celsius ermöglicht, führt die zweite erfinderische Maßnahme, also die Vermeidung einer Motorkopfsteuerung mittels einer Schleppbüchsensteuerung, zu einem Anstieg des thermodynamischen Wirkungsgrads um 24% auf n = 0,47. Zusammen mit der ersten beschriebenen erfinderischen Maßnahme, der Verdopplung des Expansionsvolumens, kann die minimale Arbeitstemperatur T₁ in adiabatischer Nährung – Adiabatenexponent χ = 0,4 – auf ca. 600° Celsius abgesenkt werden. Dadurch ergibt die Wirkung der Erfindung insgesamt einen Anstieg des thermodynamischen Wirkungsgrads um 58% von η = 0,38 auf η = 0,6.
Dies bedeutet, dass mit der Erfindung die Leistungsausbeute von Hubkolbenverbrennungsmotoren bei gleichbleibendem Treibstoffverbrauch um ca. 50% gesteigert werden kann oder dass bei gleichbleibender Arbeitsleistungsabgabe der Treibstoffverbrauch um ca. 50% gesenkt werden kann. Die Mehrleistung stammt erfindungsbedingt aus der wesentlich besseren Ausnutzung der Verbrennungsgasenergie und aus der Verminderung der Wärmeenergieabfuhr durch Kühlung.
Der thermodynamische Wirkungsgrad der Erfindung kann noch weiter gesteigert werden, indem die kinetische Restenergie des Verbrennungsabgasstroms über Strömungsmaschinen wie z. B. Abgasturbinen genutzt wird, wie es bereits üblich ist. Dies führt schätzungsweise nochmals zu einer Erhöhung des möglichen Wirkungsgrads einer solchen Verbundmaschine um bis zu 10%. Aufgrund der geschilderten beispielhaften Konstruktion der Erfindung ohne eine selbständige Ansaugtätigkeit für Frischluft eignet sich hier ein zusätzliches Turbinenaggregat nicht zur Frischluftbeladung in der Motorenstartphase. Solche zusätzlichen Turbinenaggregate können aber ihre Leistungsausbeute der Restgasenergie über ein Getriebe direkt an die Kurbelwelle abgeben. Insgesamt ist mit der vorgestellten Erfindung ein Verbrennungsmotor realisierbar, der einen weitaus höheren thermischen Wirkungsgrad und damit alternativ entweder weitaus höhere Leistungs- und Drehmomentausbeuten oder einen wesentlich geringeren Treibstoffverbrauch bei vergleichbaren Leistungsausbeuten von heutigen Verbrennungsmotoren verspricht.

Claims

Verbrennungsmotor mit einem in einem vorzugsweise zylinderförmigen Hohlraum (1) hin- und herschiebbar angeordneten Kolben (2), insbesondere Hubkolben, wobei der Kolben (2) und der Hohlraum (1) einen Brennraum (3) definieren und wobei der Kolben (2) mit einer Welle (4), insbesondere Kurbelwelle, zum Antreiben der Welle (4) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kolben (2) und der Innenwandung des Hohlraums (1) mindestens eine in dem Hohlraum (1) hin- und herschiebbare Büchse (5) angeordnet ist und dass die Büchse (5) oder die Büchsen derart mit der Welle (4) gekoppelt ist oder sind, dass die Büchse (5) oder die Büchsen durch die Welle (4) mit einer Maximalgeschwindigkeit relativ zum Hohlraum (1) angetrieben ist oder sind, die geringer ist als die Maximalgeschwindigkeit des Kolbens (2) relativ zum Hohlraum (1), und dass sich die Büchse (5) oder die Büchsen und der Kolben (2) im Wesentlichen in Phase bewegen.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Büchsen und der Kolben teleskopartig in dem Hohlraum bewegbar sind.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Büchse (5) oder die dem Kolben nächstliegende Büchse derart dimensioniert ist, dass sich der Kolben (2) während seiner gesamten Hin- und Herbewegung innerhalb der Büchse (5) oder der dem Kolben (2) nächstliegenden Büchse befindet.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwandung des Hohlraums (1) durch eine Gleitbüchse (6) gebildet ist.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, dass die Büchse (5) oder die Büchsen und/oder die Gleitbüchse (6) aus Metall, vorzugsweise einem Grauguss-Material, einer Stahlaluminiumlegierung oder Titan, oder einem Oxidkeramikmaterial hergestellt sind.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Büchse (5) oder die Büchsen und/oder die Gleitbüchse (6) eine Oberflächenbeschichtung aufweisen oder aufweist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbeschichtung aus einem Metalloxid, einem Metallkarbid, Reinkohlenstoff – Diamant – oder Chrom besteht.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Büchse oder der der Gleitbüchse nächstliegenden Büchse und der Gleitbüchse Dichtungs- oder Führungsringe, vorzugsweise Kolbenringe oder Ölabstreifringe, vorgesehen sind.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Büchse oder der dem Kolben nächstliegenden Büchse und dem Kolben Dichtungs- oder Führungsringe, vorzugsweise Kolbenringe oder Ölabstreifringe, vorgesehen sind.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Büchsen jeweils Dichtungs- oder Führungsringe, vorzugsweise Kolbenringe oder Ölabstreifringe, vorgesehen sind.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungs- oder Führungsringe in Innennuten der Gleitbüchse oder in Außennuten der Büchse oder der der Gleitbüchse nächstliegenden Büchse und/oder in Innen- oder Außennuten der Büchsen und/oder in Innennuten der Büchse oder der dem Kolben nächstliegenden Büchse oder in Außennuten des Kolbens angeordnet sind.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Büchse (5) oder die Büchsen jeweils einen Führungszapfen (7) mit einer Achse aufweist oder aufweisen.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungszapfen (7) jeweils am unteren Innenrand der Büchse (5) oder der Büchsen angeordnet ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse parallel zu einer Kolbenbolzenachse angeordnet ist.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass an dem oder jedem Führungszapfen (7) eine vorzugsweise wälzgelagerte Büchsen-Pleuelstange (8) mit ihrem einen Ende angeordnet ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Büchsen-Pleuelstange (8) mit ihrem anderen Ende mit einem Exzenterelement (9) der Welle (4) gekoppelt ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Exzenterelement (9) gekröpft ist.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass jeder einer Büchse (5) zugeordneter Büchsen-Exzenterelementabschnitt (10) eine kleinere Exzentrizität aufweist als ein dem Kolben (2) zugeordneter Kolben-Exzenterelementabschnitt (11).
Verbrennungsmotor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben-Exzenterelementabschnitt (11) die doppelte Exzentrizität wie der Büchsen-Exzenterelementabschnitt (10) der dem Kolben (2) nächstliegenden Büchse (5) aufweist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Büchsen-Exzenterelementabschnitte der Büchsen vom Kolben aus jeweils eine immer kleinere Exzentrizität zur Innenwandung des Hohlraums hin aufweisen.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Büchsen-Exzenterelementabschnitt (10) oder die Büchsen-Exzenterelementabschnitte und der Kolben-Exzenterelementabschnitt (11) dieselbe Drehwinkellage aufweisen.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Büchsen-Pleuelstange (8) azentrisch in jeder Büchse gelagert ist.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kolben-Pleuelstange (15) azentrisch im Kolben gelagert ist.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wandung des Hohlraums (1) mindestens ein Einlass (12)- und/oder mindestens ein Auslass-Durchgang (13) ausgebildet sind oder ist, so dass die Büchse (5) oder die Büchsen als Ventilelement für den Durchgang (12, 13) oder die Durchgänge (12, 13) nutzbar ist oder sind.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgang (12, 13) oder die Durchgänge (12, 13) im Bereich der Gleitfläche der Büchse (5) oder der Büchsen oder in der Gleitbüchse (6) ausgebildet ist oder sind.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlass- und Auslass-Durchgänge (12, 13) – bei jeweils mehreren Durchgängen für Einlass und Auslass – getrennt in der jeweils gleichen Zylinderkreisschnittebene bezüglich eines kreiszylinderförmigen Hohlraums (1) oder ei ner kreiszylinderförmigen Gleitbüchse (6) ausgebildet ist oder sind.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass-Durchgang (13) oder die Auslass-Durchgänge im Wesentlichen an einem Ende des Hohlraums (1) und der Einlass-Durchgang (12) oder die Einlass-Durchgänge im Wesentlichen am anderen Ende des Hohlraums (1) ausgebildet sind.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Büchse (5) oder die Büchsen jeweils mindestens einen Auslass-Durchgang (13) aufweisen.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgang (12, 13) oder die Durchgänge (12, 13) als Schlitz oder Schlitze oder als Ringspalt oder Ringspalte ausgebildet ist oder sind.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennraum (3) im kolbenfernen Bereich (14) geschlossen ist.
Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fördereinrichtung zur Frischluftzufuhr in den Hohlraum (1) vorgesehen ist.