Die vorliegenden Erfindungen verbessern im weitesten Sinne das Lauf erhalten einer hauptsächlich als Verbrennungsmotor ausgebildeten Pendelkoi enmaschine etwa gemäss CH-Patent 629 286 (Salzmann) mit wenigstens einem an einer Pleuelstange festen Pendelkolben, dessen Rand in einem vorzugsweise einge¬ wölbten Zylinder läuft. Neu ist die über das Pleuellager hinaus verlängerte und als Gegengewicht ausgebildete Pleuelstange, deren optimale Auslegung nicht nur einen schlagfreien und nahezu reibungsfreien Kolbenlauf, sondern schon bei einer Eiπzylinder asc ine einen hervorragenden Masseπausgleich ermöglicht. Wird nun bei viereckigem Pendelkolben ausserdem die Pleuelstange und das Gegengewicht gleich breit gemacht wie der Kolben und vom Zylinder und Kurbelgehäuse eng umschlossen, so entsteht ein volumetrischer "Pleuel¬ lader", der insbesondere bei Zweitaktmotoren den Gaswechsel stark verbessert Dies führt zu einer neuartigen Hochleistungs-Hubkolbenmaschine einfachster und kompaktester Bauart, die zusätzlich noch einen neuartigen Zylinderkopf aufweisen kann, der eine katalytische Verbrennung nach Dr. Merritt (Auto¬ motive Engineer, Februar/März 1988) ohne Hilfskolben ermöglichen und bestes Verbrauchs- und Schadstoffverhalten ergeben soll. Eine dermassen optimierte und im Unterhalt sehr einfache Pendelkoibenmaschine ist in beliebiger Grosse als Fahrzeug-, Schiff- und Flugmotor sowie als Stationär- und Einbaumotor geeignet und sollte den heute dringend nötigen Fortschritt bringen.

Als Ausführungsbeispiele zeigen in vereinfachter Darstellung:

Fig. 1 einen Viertakt-Fahrzeugmotor im halben Querschnitt und

Fig. 2 dessen Zylinderoberteil von unten gesehen,

Fig. 3 einen kleinen Kühlkompressor im teilweisen Horizontalschnitt,

Fig. 4 einen winzigen odellmotor im vergrösserten Querschnitt,

Fig. 5 und 6 einen Zweitakt-Fährzeugmotor im halben Längsschnitt und im

Querschnitt,

Fig. 7 bis 10 vergrösserte Einzelheiten der Kolbenecken von Fig. 6,

Fig. 11 und 12 einen Zweitakt-Automobilmotor im Querschnitt und teilweisen

Längsschnitt,

Fig. 13 und 14 vergrösserte Einzelheiten einer Kolbenecke,

Fig. 15 eine Variante des Zylinderkopfs im Querschnitt und

Fig. 16 und 17 eine weitere Variante des Zylinderkopfs im teilweisen Quer- und Längsschnitt, wobei die Kurbelwelle überall im Uhrzeigersinn rotiert.

Beim Viertakt-Fahrzeugmotor gemäss Fig. 1 und 2 ist die Pleuelstange 1

mit integriertem Pendelkolben 2 über das Pleuellager 3 hinaus verlängert und der Pleueldecke! als Gegengewicht 4 ausgebildet, wodurch der Schwerpunkt 5 dieses Körpers 1-4 näher an das Zentrum 6 des KurbelZapfens 7 heranrückt. Be optimaler Auslegung des Gegengewichts 4 sind die durch Massenträgheit erzeug ten dynamischen Se teπkräfte am Pendel olben 2 Null, d.h. der Mittelpunkt 2* des Pendelkolbens bewegt sich auf einer Geraden. Dies ist dann der Fall, wen das Zentrum 6 des-Pleuellagers 3 im Rotationsmittelpunkt des Körpers 1-4 l egt. Wäre dieser Körper ein gerader Stab konstanten Querschnitts, so läge sein Rotationsmittelpunkt bei 2/3 seiner Länge. Somit muss offenbar das Ge¬ gengewicht 4 bezüglich des Zentrums 6 ein Integral dm . r haben, das halb so gross ist wie das entsprechende Integral des Pendelkolbens 2 mit Pleuelstang 1 (ohne Pleueldeckel). Da beim Pendelkolben ausserdem die Kolbendichtung ste rechtwinklig zur Gaskraft liegt, entstehen auch diesbezüglich keine Seiten¬ kräfte und somit kein Kolbenschlag. Die sehr kleinen dynamischen Seitenkräft zufolge der Bewegung der Kolbenmitte 2* auf einer langgestreckten Acht sind vernachl ssigbar, und die Reaktion des Pleuel!ager-Reibmomentes wirkt stets in Drehrichtung und hat kein Schlagen zur Folge. Der Körper 1-4 pendelt so¬ mit von sich aus um die Kolbenmitte 2*, ohne dass zwischen Pendelkolben 2 un gewölbten Zylinderwändeπ 8 nennenswerte Seitenkräfte auftreten, d.h. der Pen delkolben schwebt im Zylinder. Man kann somit den Körper 1-4 als "Schwebekol ben" bezeichnen. Bei passend gewähltem Gegengewicht 9 der Kurbelwelle ist schon beim Einzylinder ein hervorragender Massenausgleich möglich, was durch Modellversuche bestätigt wurde. Der schlagfreie und nahezu vibrations- und reibungsfreie Lauf des Schwebekolbens dürfte für Hubkolbenmaschinen neue Horizonte eröffnen.

Nachdem nun der Pendelkolben von dynamischen Seiteπkräften befreit ist, wer den die Kolbenringe von ihrer Führungsaufgäbe entlastet und dienen, wie bei Tauchkolben, nur noch der Abdichtung. Es kann somit ein niedriger Feuerring mit bombierter Kuppe und offenem Stoss verwendet werden. Besser ist jedoch ein Doppelring, der aus zwei unter sich gleichen Lamellen 11/11 ' besteht, d mit etwas versetzten (und somit überlappenden) Stössen aufeinander!iegen un auf der diametralen Gegenseite z.B. durch Punkt- oder Elektronenschweissung 12 (Fig.2) miteinander verbunden sind. Damit wird die Gasdichtheit verbesse und der Doppelring am Rotieren gehindert (Ringstösse laufen lieber und dich ten besser auf geraden als auf gewölbten Zyliπderfl chen). Eine dritte Lame le 13 (event. auch Doppellamelle analog zu 11/1V) ist in einer tiefen Nute radial stark verschiebbar gelagert und dient als Oelring und zusätzliche Ga dichtung. Auch Gas- und Oelringe gemäss dem bereits zitierten CH-Patent

629 286, jedoch ohne hydrostatische Kolbeπführung, sind verwendbar. Nachdem der Pendel olben 2 mitsamt Kolbenringen 11/13 und Pleuelstange 1 dank der hemdlosen Bauart, dem schmalen Kurbelwellen-Gegengewicht 9 und dem konischen Zylinderende 14 ohne weiteres auch bei montierter Kurbelwelle von unten her ein- und ausbaubar ist, kann der Zylinderkopf 15 mit dem Zylinder- und Kur¬ belgehäuse 8/16 einteilig z.B. in Eisen oder Leichtmetall gegossen sein, was bekanntlich Vorteile bietet. Der sehr kurze Zylinder 8 mit Kopf 15 lässt sich von unten her bearbeiten und nötigenfalls ausbüchsen und ergibt ein kompaktes Monobloc-Gehäuse.

Zur Ausnützung der Pendelbewegung des Kolbens 2 im Bereich des oberen Tot¬ punktes ist der Zylinderkopf 15 wie folgt konzipiert: Bei Rechtslauf der Kurbelwelle kommt der Einlass von rechts durch ein vorzugsweise ellipti¬ sches Einlassventil 18, was zusammen mit dem nach unten voreileπden linken Rand des Pendelkolbens 2 gute Füllung und kräftigen Einlassdrall 19 in Rich¬ tung Zündkerze 20 ergibt. Dieser Drall setzt sich bei der Kompression in der Kolbenmulde 21 fort und wird im Bereich des oberen Totpunktes von der Quer¬ verschiebung der Ladung nach links (entsprechend der Kolbenpendelung) über¬ lagert, was eine intensive Vermischung bewirkt. Die Kolbenkühlung erfolgt zum Teil durch die frei beweglichen (und daher nicht verkokenden) Ringe 11/IT und 13 und zum Teil durch die Pleuelstange 1 mit Stützrippen 22. Bei Pendelkolben aus Stahl mit angeschweissten Rohrpleueln lässt sich eine di¬ rekte Oelkühlung leicht verwirklichen. Auch ist eine Keramikbeschichtung der Kolbenmulde 21 möglich und bei Diesel-Direkteinspritzung vorteilhaft. Der Auspuff erfolgt durch das runde Ventil 23 im Quer- oder Gleichstrom.

Stellt sich die Aufgabe, Serienmotoren möglichst einfach mit Pendelkolben zu versehen, so genügt in vielen Fällen eine gewölbte Bearbeitung des Zylinders und die Montage einer Pleuelstange mit Pendelkolben und Gegengewicht, für das in der Oelwanne normalerweise genügend Freiräum besteht. Dadurch wird die Pro- duktionsumstellung relativ einfach, insbesondere wenn der Serienmotor nasse, auswechsel are Zylinderbüchsen hat.

Die Ausführungsform gemäss Fig. 1 und 2 eignet sich für Einzylinder-, Reihen- und V-Motoren. Zur Vergrösserung des Hubraums bei gleichen Aussenabmessungen kann der runde Pendelkolben z.B. durch einen quadratischen ersetzt werden, wo¬ zu vier parallel oder V-förmig angeordnete Ventile mit zentraler Zündkerze gut passen. Hierbei soll der Einlass von links kommen, und die Zylinderbear¬ beitung erfordert einen separaten Zylinderkopf. Dies ist auch für grosse, langsam- oder mitte!schnei1-1aufende Zwei- oder Viertaktmotoren denkbar.

Auch beim Kurbeltrieb des Kompressors von Fig. 3 ist die Pleuelstange 25 mit angestauchtem Pendelkolben 26 über das Pleuel!ager 27 hinaus verlängert und als Gegengewicht 28 ausgebildet, das z.B. aus gestanztem Flachstahl besteht und durch Reibschweissung mit der Pleuelstange 25 verbunden sein kann. Die Montage dieses Schwebekolbens 25-28 erfolgt durch schräges Einführen in den gewölbten Zylinder 29 und über den vertikalen Kurbelzapfen 30 und die Fixie¬ rung in bekannter Weise mittels der Lagerbuchse 27, die zusammen mit dem Kolbenring 31 z.B. aus PTFE besteht. Zur Steigerung des volumetrisehen Wir¬ kungsgrades kann der Kolbenboden einen Konus 32 tragen, der in die Druckboh¬ rung der Ventilplatte 33 eingreift. Der Zylinder 29 ist Teil eines Gussstücks, das die Saug- und Druckkammern 34 und 35 sowie den Lagerschild 36 umfasst. Bei hermetisch verschlossenen Kleinkompressoren wird dieses vormontierte Gussstück mitsamt Zylinderdeckel 37 und Asynchronmotor in ein topfförmiges und möglichst kreiszyliπdrisches Gehäuse 38 eiπgepresst, das z.B. durch eine Bodenplatte zu- geschweisst wird. Die ganze, schraubenlose Montage ist sehr kostengünstig und wird durch den Schwebekolben 25-28 und das passende Kurbelwellen-Gegengewicht 39 ermöglicht, das schon bei einer Einzylindermaschine einen hervorragenden Massenausgleich ergibt. Dieser Kompressor kann auch als Mehrzylindermaschine in V-2- oder Sternanordnung ausgebildet werden, wobei die Pleuel!ager über¬ einander auf einem verlängerten Kurbelzapfen laufen und die Zylinder entspre¬ chend gestaffelt sind. Solche Maschinen sind z.B. für Wärmepumpen oder grös- sere Kühlanlagen geeignet. Die Schmierung erfolgt in bekannter Weise durch dem Kühlmittel beigefügtes Oel, wobei der äusserst leichtlaufende Schwebekol¬ ben nur sehr geringe Oelmengen benötigt.

Der in Fig. 4 vergrössert skizzierte CO _^ -Modellmotor hat dank Verwendung ei¬ nes Schwebekolbeπs gegenüber bekannten CO _^ -Motoren einen drastisch verminder¬ ten Gasverbrauch und daher je C0 ₂ -Patrone eine vielfache Laufzeit. Dies zu¬ folge der minimalen Reibungsverluste und einer asymmetrischen Gassteuerung, die auf einfachste Weise durch einen am unteren Kolbenrand angeordneten Steu¬ erstift 41 erfolgt, der auf das darüber angeordnete Rückschlagventil der Gas¬ zufuhr wirkt. Dieses besteht aus einer im Zylinderkopf eingeschraubten Ventil¬ hülse 42 mit unterem Sitz für die Ventilkugel 43 aus Stahl oder Duroplast und oberem Gewinde für die Ueberwurfmutter mit O-Ring des Druckgasrohres. Durch Höher- und Tieferschrauben der Yentilhülse 42 mittels Handrädchen 45 lassen sich die Steuerzeiten und damit die Leistung des Kleinstmotors bei nur gerin¬ ger Totraumvar ation genau regeln. Bei diesen winzigen Schwebekolben 46 (und teilweise auch bei denen von Fig. 3) sind zylindrische (statt eingewölbte) Zylinder möglich, doch muss dann der Kolbenrand 47 sphärisch bombiert und oberhalb des Kolbenrings z.B. randriert sein, damit er nicht zeitweise die Dichtgrenze bildet, weil sonst Seitenkräfte mit Kolbenschl αen auftreten.

Fig. 5 zeigt einen Zweitakt-Fahrzeugmotor im halben Längsschnitt und Fig. 6 im Querschnitt, während in Fig. 7 bis 10 vergrösserte Einzelteile der Kolben¬ ecken von Fig. 6 ersichtlich sind. Auch dieser Vielstoff-Pendelkolben-Schie- bermotor ist in beliebiger Anordnung, Anzahl und Grosse der Zylinder vorgese¬ hen. Der nahezu quadratische Pendelkolben 50 ist mittels Schrauben 51 an der Pleuelstange 52/52' befestigt, die aus zwei wenigstens angenähert gleichen, schalenförmigen Hälften besteht, das Pleuellager 53 umschliesst und unten z.B. mittels Schwalbenschwanz 54 das Gegengewicht 55/55' trägt, wenn die bei¬ den Verbindungsschrauben 56 und 56' angezogen sind. Diese Bauweise ist leicht und kostengünstig und ergibt vor allem ein schlankes Pleueläuge 57, das nur im Bereich der Schrauben 56/56' bearbeitet ist. Der Motor weist eine membran¬ gesteuerte Kurbelkammerpumpe mit zusätzlichem Schaufellader auf, der durch das Pleuelstangen-Gegengewicht 55/55' und das seine Bewegungsbahn eng umschliessen de Kurbelgehäuse-Unterteil 60 mit ein- oder beidseitigen Membranflansch 61 ge¬ bildet wird und vor allem bewirkt, dass die Membraneini sse schon im Bereich des unteren Totpunktes aufgerissen werden. Die Frischluft wird durch aerody¬ namisch geformte, z.B. aus Schaumstoff bestehende Kurbelkammer-Füllstücke 63 und 64 zu den seitlichen und mittleren Einlassmulden 65 und 66 geleitet, die vom Pendelkolben 50 asymmetrisch gesteuert werden, was eine gute Umkehrspü¬ lung ergibt. Die Pendelbewegung des Kolbens50 quetscht die Frischluft an- schliessend zum Brennraum 67, von wo die Rauchgase den Zylinder mit wiederum asymmetrischer Steuerung durch den stirnseitigen Auslass 68 verlassen. Der na¬ hezu quadratische Zylinderquerschnitt reduziert die Kontaktfl chen zwischen Einlass- und Rauchgasen auf rund 80 % eines flächengleichen Kreiszylinders. Anstelle eines Kolbenhemdes benötigt der Auslassschlitz 68 einen Steuerschie¬ ber 70, der in seitlichen Nuten 71 des Zylinders läuft und durch seitliche Kipphebel 72 (oder Schwinghebel) betätigt wird, deren Gleitsteine 73 in einer Kurvenbahn 74 der Kurbelwangen laufen. Zur vereinfachten Kurbelwellenmontage sind nockenbetätigte Kipp- oder Schwinghebel möglich, die jedoch Rückstell¬ federn erfordern. Eine ausschliessliche Schieberbetätigung via Mitnehmer 76 dürfte bezüglich Geräusch und Lebensdauer schwierig sein. Einfach und gün¬ stig ist indessen ein am Pendelkolben 50 angelenkter Schieber 77/70, der z.B. durch eine zwischen den PleuelStangenhälften 52/52' gehaltene Haarnadel-Dop¬ pelfeder 78 geführt ist. Statt auf der gewölbten Zylinderwand 80 kann der kurze Schieber 70 zwischen einem separaten, gewölbten Zylinderwandstück 81 und dem Zylindergehäuse 82 gleiten und dann eben sein und z.B. aus faser¬ verstärkter Keramik bestehen. Bei einem adiabatischen Motor ist auch das Zy¬ linderwandstück 81 bezw. das Zylindergehäuse 82 aus Keramik oder damit be¬ schichtet, und keramische Nadellager 53 und 83 sollen einen schmieröllosen Motorbetrieb ermöglichen (Automobil Revue 31.7.1986).

Auch die viereckige Kolbenplatte 50 besteht aus (faserverstärkter) Keramik und weist vorzugsweise eines der folgenden Dichtelemente auf: Gemäss Fig. 7 auf den Stirnseiten ein halbkreisförmiges Stabelement 84, das z.B. in zwei etwa halbkreisförmigen Elementen 85 und 86 und letzteres in einer halbkreis¬ förmigen Nut pendelnd gelagert ist. Der Gasdruck verdreht diese Elemente in¬ einander derart, dass sie meistens mit der unteren Kante gegenüber der Zylin¬ derwand 80/81 dichten. Am Element 86 schliessen unter 90° zwei unter sich gleiche Dichtleisten 87 an, die durch Wellfedern gegen die ebenen Zylinder¬ wände 88 vorgespannt werden. Bei der Variante nach Fig. 8 rotiert im Innern eines Rohrsektors 89 eine Nadel 90, was Reibung und Verschleiss vermindert und eine doppelte Gasdichtung ergibt. Fig. 9 zeigt dieselbe Dichtung auf der Seite des Auslassschiebers 77, der oben als Rohrsektor 89' ausgebildet ist, in dem wiederum die Nadel (Rolle) 90 rotiert. Dies ist bei der Varian¬ te gemäss Fig. 10 nicht der Fall, doch hat hier der gerollte Rand 91 des Schiebers 77 höhere Dauerfestigkeit. Als Werkstoff kommt für die Teile 84 bis 87 und 89/90 Keramik und für den Schieber 77 nötigenfalls mit Keramik beschichteter Chromstahl in Frage.

Der separate Zylinderkopf 92 gemäss Fig. 5 und 6 kann z.B. ölgekühlt sein und aus Gusseisen oder Leichtmetall bestehen. Lange, teilweise ausserhalb des Zylinderblocks verlaufende Zuganker 93 verbinden ihn mit dem Kurbelge¬ häuse-Unterteil 60, was das Keramikgehäuse von Zugkräften entlastet. Der einseitige Drallkanal 95 mündet tangential in den z.B. kalottenförmigen Brennraum 67, in dessen Achse die pneumatische Einspritzdüse 97 (0EC, Auto¬ motive Engineering, August 1986) in einem Verstellkolben 98 eingeschraubt ist. Dieser ist im Deckel 99 durch Keilnuten gegen Verdrehen gesichert und wird via Gewinde durch ein Zahnrad 100 nach oben verschoben zur Verringerung des Kompressionsverhältnisses. Ein ähnliches Stirnrad 100 ¹ dient als Zwi- scheπrad zum Stellmotor oder zum nächsten Zylinder. Ohne diese Verstellein- richtung wird der Zylinderkopf äusserst einfach, wobei die Düse 97 näher zur Zündkerze 20 gedreht werden kann und dann direkt in Richtung Einlassmulde 65 einspritzt. - Als Variante ist ein runder oder ovaler Pendelkolben vor _¬ gesehen, wobei der Auslassschieber 70 innerhalb der Zylinderwand laufen oder dreidimensional bombiert und geführt sein muss.

Der Motor gemäss Fig. 11 und 12 basiert auf einem Baukasten, mit dem sich das Einzelzyliπdervolumen und die Zylinderzahl variieren lassen. Hierzu be¬ steht das Motorgehäuse aus der rechten Zylinderwand 101 mit Lufteinlass 102 und der linken Zyl nderwand 103, die beide innen gewölbt (mit z.B. bis zum Kurbelwellenflansch durchlaufendem Bogen) und mit den innen ebenen Seiten-

wänden 104 und 105 in Sandwichbauweise zusammengeflanseht sind. Die Abdich¬ tung erfolgt z.B. mittels Klebfolien, die Verbindung mittels langer Dehn¬ schrauben oder entsprechender Nieten 106. Diese durchqueren vorzugsweise ge¬ gossene Löcher 107 bezw. KühlmitteTräume 108 und Zentrierhülsen 109, was ei¬ ne auch bei Grauguss leichte und einfache Bauweise ergibt. Ein weiterer Vor¬ teil sind kleine Gussteile grosser Stückzahl mit genauen Gaskanälen 110 und

111 und insbesondere eine einfache Bearbeitung der gewölbten Innenflächen

112 und der ebenen Innenflächen 113 mit freiem Werkzeugauslauf. Die Bear¬ beitung der Einlassflansehe 114 und Auslassflansche 115 erfolgt nach dem Zusammenbau des Motorgehäuses, da sie sich über die benachbarten Gehäuse¬ teile erstrecken. Die Seitenwände 104 und 105 sind entweder Teil der Motor¬ stirnseiten oder eines Mittelgehäuses zwischen zwei Zylindern und stützen sich über gegossene Stege 116 auf die Gegenwände ab. Dieses Motorgehäuse wird unten durch das Kurbelgehäuse 117 und oben durch den Zylinderkopf 118 geschlossen, die beide je nach Zylinderzahl und Breite der Zylinderwände 101 und 103 unterschiedlich gestaltet sind.

Im Motorgehäuse läuft die Kurbelwelle 121 in Gleitlagern und wird durch die Lagerdeckel 122 gehalten, an denen auch das Kurbelgehäuse-Unterteil 17 an¬ geschraubt ist. Ihre KurbelScheiben 123 reichen seitlich bis an die ebenen Innenflächen 13 der Seitenwände 104 und 105 und weisen Dichtringe 124 auf, die in Verbindung mit den diametral geteilten Tellerfedern 125 eine gekap¬ selte DruckölSchmierung der Kurbelzapfen 127 und Hauptlager ergeben. Zur Schmierung des Pendelkolbens soll das Lecköl genügen.

Der rechteckige Pendelkolben 130 ist mit der kelchförmigen Pleuelstange 131 einteilig z.B. in Leichtmetall gegossen und durch dehnungshemmeπde Zuganker 132 von oben her mit dem z.B. aus Schwermetall bestehenden Gegengewicht 133 verschraubt, nötigenfalls unter Zwischenschaltung eines Kolbenbodens 134 aus Stahl oder Keramik. Auf ihrer Bewegungsbahn füllen die Pleuelstange 131 und i r Gegengewicht 133 den Freiräum zwischen der Kurbelgehäuseinnenform 135 möglichst voll aus und wirken damit als integrierter Pleuel!ader einfachster Bauweise. Das Gegengewicht 133 ist unten vorzugsweise kreiszylindrisch bear¬ beitet und kann zur Verbesserung der Spaltdichtung feine, gegen die Räder hin event. auslaufende Querrillen 136 aufweisen, und auf den ebenen Seiten¬ flächen von Pleuelstange 13! und Gegengewicht 133 sind Dichtstreifen denk¬ bar, zwischen welchen die Fl chen zur Reibungsverminderung zurückgesetzt sein können. Bei von unten her verschraubtem Gegengewicht 137 erfolgt die Abdeckung der Schraubenköpfe 138 z.B. durch ein Segment 139 mit weniger stö¬ renden Zentralschrauben 140. Der Pleuelschaft weist unterhalb des Pendel-

kolbeπs 130 eine schräge Querwand 141 mit zentraler Stütz- und Kühlrippe 142 auf. Die Lagerung des Gusskernes des darunter liegenden Hohlraumes er¬ folgt durch die seitlichen Oeffnungen 143, die von den Flachschiebern 144 alv-gedeckt werden. Diese z.B. aus Blech gestanzten Schieber 144 sind mit ihren oberen und unteren, auf konzentrischen Kreisen 145 und 146 liegen¬ den Rändern in entsprechende Aussparungen der Pleuelstangen-Seitenflächen eingelegt, wobei das Zentrum dieser Kreise vorzugsweise im Kolbenmittel¬ punkt 147 liegt. Die unteren Enden der Schieber 144 sind zu Gleitsteinen 148 umgebogen, die in Nuten 149 der ebenen Seitenwände 104 und 105 laufen und verhindern, dass die Schieber 144 die Pendelbewegungen der Pleuelstange 131 mitmachen. Dadurch lassen sich die Schlitze der Gaskanäle 110 und 111 näher an die Zylinderwände 112 heranrücken, d.h. breiter machen, was für raschen Gaswechsel wichtig ist. Eine elektromagnetische Einspritzdüse 150 mit Luftumhüllung aus Bohrungen 151 der Spülkanäle 110 wird vom Pendelkol¬ ben 130 optimal gegen Rauchgase abgedeckt.

Der neuartige Zyliπderkopf 118 ist gekennzeichnet durch einen langgestreck¬ ten zylindrischen Brennraum 155, der in einer Normalebene zum Kurbelzapfen 127 liegt. Er ist auf der Einlassseite durch einen Kanal 156 und auf der

Auslassseite durch Bohrungen 157 oder einen Spalt 158 mit dem Zylinder ver- _v oder radiale bunden, wobei durch tangentiale Anordnung von 156 und/oder 157/158 im

Brennraum 155 ein Einlassdrall 159, ein Gegeπdrall oder kein Drall entsteht.

In der Längsachse des Brennraums 155 und als dessen Abschluss ist rechts eine Glühkerze 161 (oder eine Zündkerze) und links ein hohler oder massiver

Glühstab 162 eingeschraubt. Durch Variation von Länge und Durchmesser des

Glühstabes 162 lässt sich das Kompressionsverhältnis justieren oder verändern.

Die Zylinderfl che des Brennraumes 155 und gegebenenfalls des GVühstabes 162 ist hauchdünn mit Platin oder dergleichen beschichtet oder z.B. mit einem entsprechend beschichteten, auswechselbaren Blech- oder Netzteil überzogen zur Erzeugung der katalytisehen Verbrennung.

Der Motor funktioniert wie folgt: Der Pleuellader mit unterem Totpunkt 165 (Pleuelachse tangiert Kurbelkreis) und oberem Totpunkt 166 saugt mit seiner rechten Seite vom Einlass 102 ungedrosselt Luft an. Gleichzeitig presst die linke Seite vorgängig angesaugte Luft via Kolbenkanäle 168 und Kolbenfenster 169 in die Spülmulden 110. Durch asymmetrische Form dieser Mulden 110 und 110' (Fig. 2) zueinander entsteht ein Einlassdrall 170, der sich durch auch im Grundriss asymmetrische Mulden verstärken und/oder bezüglich räumlicher Lage beeinflussen lässt. In diesen Luftdrall 170 wird durch die Düse 150 Brennstoff eingespritzt und durch den Pendelkolben 130 in Richtung Kanal 156

verschoben. Vorgängig findet durch die Bohrungen 157 oder den Spalt 158 eine Spülung des Brennraumes 155 mit brennstoffloser Luft (mit Rauchgasan¬ teil) statt. Wie aus der Stellung 134* des Kolbenbodens bei 330° KurbelWin¬ kel ersichtlich, wird anschliessend das Brennstoff-Luftgemisch durch den Kanal 156 in den Brennraum 155 geschoben, wo es mit der Platinbeschichtung in Kontakt kommt, was nach Angaben von Dr. Merritt bei einem Kompressions¬ verhältnis von gegen 16:1 bei seinem Versuchsmotor eine sofortige katalyti- sche Selbstentzündung auslöst. Eine Funkenzündanlage soll bei Benzinbetrieb entbehrlich sein und die Glühkerze 161 nur zum Kaltstart dienen. - Am Ende des Arbeitstaktes "kippt" der Pendelkolben die Rauchgase in die seitlichen Auslasskanäle 111, in die zur anfälligen Nachverbrennung vom Pleuellader her durch nicht gezeichnete kurze Bohrungen Druckluft eingeleitet werden kann, nötigenfalls unter Zwischenschaltung von Rückschlagventilen. Ein äusserer Katalysator scheint nicht erforderlich zu sein, und der Verbrauch seines russfreien Benzin-Selbstzünders wird von Dr. Merritt als günstiger vorausgesagt als derjenige eines Dieselmotors.

Von grosser Bedeutung ist beim Motor gemäss Fig. 11 und 12, dass der Pendel- kolben 30 durch seine Pendelbewegung ein asymmetrisches Steuerdiagramm für Einlass (durch Pleuel!ader phasenversetzt und ohne Membranen usw. betätigt), Spülung und Auslass ergibt, während seine Rechteckform die Interfacebreite zwischen Frisch- und Rauchgas auf rund 60 % eines fl chengleichen Rundkol¬ bens reduziert. Weitere Vorteile sind der integrierte Pleuellader mit gros- sem Hubvolumen und entsprechend intensiver Zylinderspülung sowie der schlag¬ freie und nahezu vibrations- und reibungsfreie Kolbenlauf, wie unter Fig. 1 erläutert. Beim vorliegenden Motor bildet der aus Pendelkolben, Pleuelstange und Gegengewicht bestehende Körper den Schwenkkolben des Pleuelladers und den Pendelkolben des Verbrennungsmotors, und weil er im Betrieb im Zylinder schwebt, könnte man ihn als "Doppelschwebekolben" bezeichnen. Durch ent¬ sprechende Gegengewichte der Kurbelwelle lässt sich dieser Körper bezüglich äusserer Massenkräfte hervorragend ausgleichen, obwohl seine Gesamtmasse kaum kleiner ist als diejenige eines entsprechenden Tauchkolbens mit Kolbenbolzen und Pleuelstange. Der Gegengewichtsaufwand wird beträchtlich, doch kann dies bei einem Mehrzylinder-Zweitaktmotor ein sehr kleines Schwungrad 177 ermöglichen. Aus Platzgründen müssen die obenerwähnten Gegengewichte der Kurbelwelle ausserhalb des Motorgehäuses auf dem Schwungrad 177 und auf der gegenüberliegenden Riemenscheibe angeordnet werden, was bei jeder Zylinder¬ zahl möglich ist. Bei entsprechend breiteren Mittelgehäusen haben jedoch auch innere Gegengewichte zur Entlastung der Hauptlager Platz.

Fig. 13 zeigt vergrössert die linke Kolbenecke im oberen Totpunkt während des Arbeitshubes. Der Abwärtsgang des Peπdelkolbens 130 beginnt bereits bei etwa 345° Kurbelwinkel, wobei die vorzugsweise aus Keramik bestehende Nadel oder Rolle 90 unter Gasdruck auf der gewölbten Zylinderwand 112 ge¬ mäss Drehpfeil abrollt. Dies erfolgt mit sehr kleiner Reibung und Ver- schleiss auf einem Gaspolster, das sich hinter und unter dem Rollkörper 90 bildet. Die seitlichen, zu 90 tangentialen Dichtleisten 87 laufen wegen ihrer geringen Höhe (geringe Gaskraft) auch reibungsarm, insbesondere wenn sie durch rotierende Nadeln ersetzt sind. Die Dichtelemente 87 und 90 sind in einer Stirnleiste 178 gelagert, die in einer stirnseitigen Kolbennut verschiebbar geführt ist und durch eine Blatt- oder Wellfeder 179 ange¬ stellt wird. In gleicher Weise ist auch die rechte Kolbenecke ausgebildet, doch ist dort zur Abstützung des Pleuellager-Reibmomentes keine oder eine härtere Feder 179 vorgesehen. Bei der Variante gemäss Fig. 14 ist der Roll¬ körper 90 durch eine Dichtleiste 180 mit bombierter Kuppe ersetzt, und die seitlichen Dichtleisten 181 berühren möglichst beide Zylinderwände 112, was eine verbesserte Dichtung ergibt und wegen der ständigen achsialen Verschie¬ bungen ein Verkoken verhindert. Diese durchgehenden Dichtleisten 181 sind auch in Fig. 13 anwendbar. Im übrigen eignen sich hier auch Dichtelemente gemäss Fig. 7 und 8. Bei grossen Pendelkolben sind zur Kompensation von Wärmedehnung und Verschleiss die Dichtleisten 87/181 und die Rollkörper 90 in der Länge zu unterteilen und gegeneinander überlappt zu stossen.

Als Variante zu Fig. 11 und 12 zeigt Fig. 15 einen Zylinderkopf nach Dr. D. Merritt, wobei der Motorkolben via Tangentialkanal 184 und der kleine Hilfs¬ kolben (mit Benzineinspritzung) z.B. via Radialkanal 185 mit dem kurzen, zylindrischen und mit Platin beschichteten Brennraum 186 verbunden ist. Dank der Pendelbewegung des Schwebekolbens 134* (bei 330° Kurbelwinkel gezeigt) und dessen leistenförmiger Kolbennase 188 scheint die katalytische Selbst¬ zündung auf viel einfachere Weise realisierbar zu sein. Allerdings müsste der Brennstoffstrahl der Niederdruck-Einspritzdüse 150 möglichst nicht in deren Achse, sondern quer dazu (Schirmdüse) austreten, um im Bereich des Kanals 185 zu bleiben. Die Brennräume gemäss Fig. 11/12 und 15 eignen sich auch für runde oder elliptische Schwebekolben etwa gemäss Fig. 5 und 6, doch ist dort der Pleuellader nicht sehr wirkungsvoll. Als weitere Variante zu Fig. 15 ist ein Viertaktmotor zu nennen mit Einlassventil links, Auslass¬ ventil etwa in der Mitte und Brennraum 186 derart nach rechts verschoben, dass der Kanal 185 an der Zylinderwand 112 (analog zu Fig. 11) anschliesst. Der Pleuellader müsste dann in einen Luftkasten fördern, der zum Einlass¬ ventil führt. Als Alternative könnte der Pleuellader im unteren Bereich des

Kompressionshubes dem Zylinder durch breite Spülmulden Zusatzluft zuführen und im unteren Bereich des Arbeitshubes Zusatzluft zur Durchspülung des Brennraumes 186 und zur allfälligeπ Nachverbrennung der Rauchgase. Solche Viertaktmotoren wären jedoch weder einfach noch kompakt und hätten natürlich den gravierenden Nachteil, dass auf drei Leerhübe nur ein Arbeitshub kommt, woran man sich allerdings längstens gewöhnt hat.

Als weitere Variante zeigen Fig. 16 und 17 einen zu Fig. 11 und 12 passenden Zylinderkopf eines Benzinmotors mit Funkenzündung im teilweisen Quer- und Längsschnitt. Dabei sind die Zylinderwände 101 und 103 durch die bogenför¬ mige Wand 109 zu einem Stück verbunden, das einen halbkugelähnlichen Brenn¬ raum 191 umfasst und auf der nach links verlängerten Linie 192 als Quetsch¬ spalt ausgebildet ist. Dieser Spalt erzeugt im Brennraum 191 einen Luft¬ drall, der sich dem Spülluftdrall 170 (Fig. 12) um 90° versetzt überlagert, was eine optimale Verwirbelung des Gemisches und rasche Entflammung durch die Zündkerze 20 bewirkt. Dieser Zylinderkopf 190 ist ebenfalls bohrungsge- kühlt (enggeteilte Kühlmittelräume 108 mit durchlaufenden Zugankern 106), wobei als Kühlmittel das Motoröl dienen kann, das sich nach Austritt aus den Kurbelwellen-Rückflussbohrungen 126 (Fig. 11 und 12 unten) bei vertikaler Motorläge im Kanal 185, bei nach rechts stark geneigter Motorlage im Kanal 197 sammelt und durch Rohre 196 oder wesentlich dickere abgesaugt wird. Als Variante ist ein separater Zylinderkopf mit der Innenform gemäss Fig. 16 und

17 gegen den Kopf 118 von Fig. 11/12 austauschbar. Dabei erfolgt die Rege- durch lung der MotorleistungVeine im Lufteinlass 102 angeordnete Drosselklappe, was jedoch zu Drosselverlusten führt, die bei Vergaserbetrieb unvermeidlich sind. Bei Benzineinspritzung durch die Düse 150 (oder 97 von Fig. 5/6) kann die Drosselklappe in nicht gezeichneten stirnseitigen Kanälen angeordnet werden, welche die Gaskanäle 110 (Spülmulden) als By-pass mit dem Luftein¬ lass 102 verbinden, wodurch bei Teillast oder Zylinderabschaltung die vom Pleuellader geförderte überschüssige Luft verlustarm im Kreis herum zirku¬ liert.

Aus dem Motor gemäss Fig. 11 und 12 lässt sich ein Kompressor ableiten, indem die Kolbenbreite etwa verdoppelt, die Gasschieber 144 und der Auslass¬ trakt 111/115 entfernt, die Einlassmulde 110 bis zu 110" erweitert und der Zylinderkopf 108 durch einen mit Auslass-Plattenventilen ersetzt wird. Dank der Pleuelpumpe ergibt sich dann in einfachster Weise ein zweistufiger Kom¬ pressor ohne Einlassmembranen (die bei Kälte leicht vereisen), der sich z.B. für eine Wärmepumpe eignet, die z.B. durch einen wartungsfreundlichen Gas¬ motor analog zu Fig. 11/12 und 16/17 angetrieben wird.

Die Wartungsfreundlichkeit ist bei den dargelegten Pendelkolbenmaschinen schon durch ihre äusserste Einfachheit gegeben. Die wenigen Verschleissteile sind leicht auswechselbar, z.B. bei Fig. 1 der ganze Schwebekolben 1-4 nach unten bei montierter Kurbelwelle und bei Fig. 5/6 der separate Pendelkolben 50 nach oben. Dank der kurzen Schrauben 132' kann bei Fig. 11/12 der Kolben¬ boden 134 ebenfalls nach oben demontiert werden, was ein Auswechseln der Mehrzahl der Dichtelemente ermöglicht. Dies gelingt bei der Variante mit den Zugankern 132 nur mit Hilfe der Montageschraube 198 (Fig. 11 oben rechts) mit langem, randriertem Handgriff 199 und Einschnürung 200, in die eine Gabel (Schlitz) des Winkels 201 eingreift und eine Fixierung des Schwebekol¬ bens am Zylinderkopfflansch und anschliessenden Ausbau ermöglicht, was in¬ dessen, sofern zugänglich, auch nach unten erfolgen kann.

Nachzutragen ist noch, dass der Zylinderkopf 118 von Fig. 11/12 sich auch für Dieselbetrieb eignet, sofern der Glühstab 162 durch eine genügend lange Glühkerze ersetzt wird und anstelle der Kerze 161 eine Hochdruck-Einspritz¬ düse tritt. Auch hier erübrigt sich die beim Zylinderkopf 16/17 nötige Dros¬ selung der Ansaugluft.

Zur teilweisen Ausnützung der Abgasenergie ist bei Motoren gemäss Fig. 11/12 ein Lufteinlass 102 unter Turboladerdruck möglich, wobei der Pleuellader zum Teil als Druckluftmotor arbeitet und durch die verstärkte Zylinderspülung und Zylinderfüllung effektive Mitteldrücke von über 10 bar auch bei höheren Drehzahlen erreichbar sind. Als Variante kann eine Abgasturbine über eine geräuschlose Schneckenreduktion und einen Freilauf die Kurbelwelle zusätz¬ lich antreiben, wobei eine zwischen Turbine und Schnecke angeordnete Visco- kupplung harte Synchronisierungsstösse abfängt.