DE2033820B2 - Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

35 Die Erfindung betrifft e;nc Brennkraftmaschine mit

in einem Gehäuse hin- und herlaufendem, doppeltwirkendem Stufenkolben, der auf beiden Seiten mit mindestens zwei zueinander konzentrischen Zylinderräumen zusammenwirkt und zur Überleitung von verdich- teter Luft von dem einen Zylinderraum zum anderen hohl und mit Ventilen ausgenistet ist, wobei dieser Stufenkolben entweder als Freikolben ausgebildet oder mit einer Kurbelwelle unmittelbar verbunden ist

Es ist bekannt, daß solche Brennkraftmaschinen in gleicher Weise aucih als Kompressoren betrieben werden können, falls Fremdantriebe dafür vorgesehen werden. Die Erfindung betrifft deshalb auch Bauweisen, die an Stelle der inneren Brennkraft durch äußere Kräfte angetrieben werden. Ähnlich schließt der Begriff »Luft« jedes andere Gas mit ein, das in gleicher Weise zum Betrieb einer gattungsgemäßen Maschine geeignet ist

Bei Maschinen dieser Art ist es bekannt Stufenkolben mit einem im Durchmesser größeren und einem im Durchmesser kleineren Teil zu verwenden, die beide mit getrennten Zylinderräumen zusammenwirken, wovon der eine als Verdichtungskammer und der andere als Verbrennungsraum dient Ferner ist dabei bekannt, die in der Verdichtungskammer vorverdichtete Luft über Ventile durch den Stufenkolben hindurch in die Verbrennungskammer zu leiten. Dabei ist jedoch das Gehäuse, das die Verdichtungskammer und den Verbrennungsraum umschließt, selbst wiederum kolbenartig beweglich in einem feststehenden Gehäuse an- geordnet. Eine solche Bauart eignet sich jedoch ausschließlich für Treibgaserzeuger mit einem Freikolben, bei denen keine !mechanische Leistung abgenommen wird. Schon deshalb eignet sie sich nicht für solche Brennkraftmaschinen, bei denen der Kolben auch durch eine Kurbeiwelle zwangsgesteuert ist Darüber hinaus ist der Aufbau solcher Maschinen mit beweglichem Gehäuse sehr kompliziert da für die Ein- und Oberleitung der anzusaugenden und zu verdichtenden Luft zahlreiche Ventile in den beweglichen Teilen erforderlich sind, die zudem noch durch sich gegenseitig beeinflussende Druckverhältnisse in nicht voraus berechenbarer Weise arbeiten. Der Wirkungsgrad und die Betriebsweise solcher Maschinen haben deshalb bisher nicht zu einem zufriedenstellenden Ergebnis geführt

Es ist weiterhin bekannt, bei Brennkraftmaschinen mit Stufenkolben einen Teil des Kolbens in einer Zylinderhülse laufen zu lassen, die fest mit dem Zylinderkopf verbunden ist Hierbei ist jedoch eine ausreichende Kühlung der innenliegenden Zylinderhülse nicht gegeben, was zumindest ein starkes Verziehen des Zylinderkopfes bei Erwärmung zur Folge hat

Bei Maschinen der gattungsgemäßen Art ist es auch schon bekannt, durch paarweise Ausbildung der Kolben, die gegenläufig gesteuert sind, die auftretenden Schwingungen auszugleichen. Des weiteren sind bei solchen Maschinen Einrichtungen bekannt, um das Auslaßorgan in Abhängigkeit von der Bewegung des Hauptkolbens zu steuern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufbau einer gattungsgemäßen Brennkraftmaschine zu vereinfachen und ihre Betriebsweise dadurch zu verbessern, daß die Anzahl der hin- und herbeweglichen Teile einschließlich der Ventile verringert ist und dabei dennoch die Gasführung so erfolgt daß eine ausreichende Kühlung dieser Teile sichergestellt ist Der Vorteil dieser Maßnahmen liegt darin, die Maschine unempfindlich gegen den Betrieb mit unterschiedlichen Kraftstoffen zu machen, um sie beispielsweise mit Benzin oder mit Dieselöl betreiben zu können.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Maschine gemäß der Erfindung dadurch gelöst daß jeweils der den Verbrennungsraum abgrenzende, im Durchmesser reduzierte Teil des Stufenkolben in einer Zylinderlaufbuchse läuft, die innenseitig in die Zylinderbohning des Gehäuses lösbar eingesetzt isl und außenseitig im am Gehäuse lösbar befestigten Zylindermantel sitzt, der die Zylinderlaufbuchse mit einer ringförmigen Lufteinlaßkammer umgibt, welche der ringförmigen, (iurch den im Durchmesser größeren Teil des Stufenkolbens abgegrenzten Verdichtungskammer vorgeschaltet ist

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert Dabei zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt in Richtung der Kolbenachsen durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine,

F i g. 2 einen Querschnitt der Maschine längs der Linie H-II in Fig. 1,

F i g. 3 eine Ansicht in Richtung der Linie IH-IlI in Fig. 1.

F i g. 4 einen Teilschnitt längs der Linie IV-IV in F i g. 3,

F i g. 5 und 6 vereinfachte Ansichten der Brennkraftmaschine in kleinerer Darstellung.

Entsprechend den F i g. 1 bis 4 besitzt die dargestellte Brennkraftmaschine ein zylindrisch gebohrtes Gehäuse 1, das den Zylinder bildet, darauf aufgebaut und vorzugsweise als fester Bestandteil desselben ist ein Kurbelgehäuse 2, dessen Inneres mit dem Inneren des

Gehäuses 1 durch einen Schlitz 3 verbunden ist. Die zylindrische Bohrung des Gehäuses 1 ist mit einer Buchse 4 versehen, in der der Stufenkolben 5 gleiten kann.

Die entgegengesetzten Enden des Stufenkolbens 5 haben ringförmige Stirnflächen 6 und einen Teil 7 mit verringertem Durchmesser. Dieser Teil 7 ist hohl, um eine Obergangskammer 8 zu bilden. Der Teil 7 gleitet in einer axial vorragenden Zylinderlaufbuchse 10. Diese Zylinderlaufbauchse 10 sitzt in einem abnehmbaren Zylindermantel 11. der mit dem Gehäuse 1 verschraubt ist. Ein Ventilschieber 12 mit einer Anzahl von öffnungen 13 (Abb.3) ist zwischen dem Zylindermantel 11 and dem Gehäuse 1 angeordnet.

Der Zylindermantel 11 ist durch einen Zylinderkopf 11a verschlossen. Der Zylindermantel 11 ist außen mit Kühlrippen versehen. Er bildet eine ringförmige Lufteinlaßkammer 14 mit einer Einlaßöffnung 15.

Der Ventilschieber 12 verschließt Durchlässe 9, die einen Luftdurchlaü von der Lufteinlaßkammer 14 in eine ringförmige Veraichtungskammer 16 ermöglichen. Diese Verdichtungskammer 16 ist durch ei.ie Einlaßöffnung 17 mit der Übergangskammer 8 verbunden, wenn das die Einlaßöffnung 17 vei-hließende Ventil 18 geöffnet ist. Das Ventil 18 wirkt als Rückschlagventil und wird durch eine Feder 19 in seine geschlossene Lage gedrückt Ein federbelastetes Teilerventil 20 sitzt auf der Auslaßöffnung 21, die von der Übergangskammer 8 in den Verbrennungsraum 22 der Zylinderlaufbuchse 10 führt. Die Auslaßöffnung 23 des Verbrennungsraumes 22 wird durch ein Tellerventil 24 verschlossen, welches im Zylinderkopf Ua geführt und durch einen Ventiltrieb betätigt wird. Dieser Ventiltrieb besitzt einen Kipphebel 25, der an einem Hebel 27 zwischengelagert und durch einen Stößel 26 betätigt ist.

Beide Enden des Gehäuses 1 sind gleich ausgebildet und ausgerüstet Die Brennkraftmaschine kann als Freikolbenmotor betrieben werden. Wenn jedoch eine Kurbelwelle angetrieben werden soll, ist der Stufenkolben 5 vorzugsweise mit der Kurbelwelle 30, die im Kurbelgehäuse 2 angeordnet ist, über einen Gleitblock 31 verbunden. In diesem Gleitblock 31, der im Stufenkolben 5 gleiten kann, ist der Kurbelzapfen 32 gelagert.

Der Betrieb des Tellerventils 24 ist von der Kurbelwelle 30 gesteuert und der in den F i g. 5 und 6 dargestellte Antrieb weist eine Nockenbahn 35 in einer Kurvenscheibe 36 auf der Kurbelwelle 30 auf. Zugehörige Stößel 26 sind mit einem Winkelhebel 37 verbunden, der Nockenrollcn trägt (nicht dargestellt), die in die Nockenbahn 35 eingreifen, wie aus F i g. 6 ersichtlich ist. Durch diese Anordnung werden die Stößel 26 abwechselnd in entgegengesetzte Richtung bewegt (entgegengesetzt zu der des Stufenkolbens 5) und öffnen das Tellerventil 24, wenn sich der Stufenkolben 5 dem Totpunkt nähert Das Tellerventil 24 schließt wieder, wenn der Stufenkolben 5 zurückläuft.

Der Antrieb des Ventilschiebers 12 wird durch ein in den F i g. 3 und 4 dargestelltes Getriebe bewirkt. Der Ventilschieber 12, der aus einer flachen Platte besteht, wird in einer den Durchlässen 9 der Lufteinlaßkammer 14 benachbarten Lage durch einen Kragen 12a gehalten, der am Ende der Zylinderlaufbuchse 10 angeschraubt ist und eine freie Drehung des Ventilschiebers 12 erlaubt. Die Durchlässe 9 sind so geformt und angeordnet, daß in einer bestimmten Stellung des Ventilschiebers 12 eine Deckung mit den entsprechenden öffnungen 13 dieses Venülschiebers 12 besteht, während bei Drehung des Ventilschiebers 12 um einen vorbestimmten Winkel (15° bei dem in Fig.3 dargestellten Beispiel) die öffnungen 13 außer Übereinstimmung, mit den Durchlässen 9 geraten, die dann vollständig durch den Ventilschieber 12 verschlossen werdea Der Ventilschieber 12 durchläuft den Winkel synchron mit der Bewegung des Stufenkolbens 5 über die Kurvenscheibe 36 auf der Kurbelwelle 30, wobei die Kurvenscheibe 36 eine Nockenbahn 82 aufweist, in die eine RoIh 83 eingreift, die an einem Arm 34 am Ende einer ίο Spindel 40 gelagert ist Am anderen Ende trägt die Spindel 40 ein gezahntes Segment 41. das in einen entsprechend verzahnten Teil 42 des Ventilschiebers 12 eingreift Die Form der Nockenbahn 82 ist so ausgebildet, daß der Ventilschieber 12 durch seine Bewegung die Durchlässe 9 zur richtigen Zeit im Verhältnis zur Stellung des Stufenkolbens 5 freigibt Die genannten Durchlässe 9 sollen schließen, um Luftzufuhr während der Dauer des Betriebszyklus abzusperren, in der die von der Verdichtungskammer 16 kommende Luft komao primiert wird.

Im folgenden wird die Betriebsweise der neuen Brennkraftmaschine näher erläutert Zunächst wird der linke Teil der Maschine, wie in F i g. 1 dargestellt, betrachtet. Der Stufenkolben 5 bewegt sich gerade von rechts nach links, wobei sich die Kurbeiwelle 30 im Uhrzeigersinn dreht Luft, die während des vorhergehenden Hubes beim Lauf des Stufenkolbens 5 nach rechts in die öffnung und die Lufteinlaßkammer 14 durch die öffnungen 13 in die Verdichtungskammer 16 gesaugt wird, wird nun durch den Stufenkolben 5 komprimiert, wobei die öffnung 13 durch Drehung des Ventilschiebers 12 geschlossen wird, und die unter Druck stehende Luft wird durch die Einlaßöffnungen 17 (Ventil 18 offen) in die Übergangskammer 8 gedrückt. Das Tellerventil 20 wird inzwischen durch Druck der Feder 19a auf seinem Sitz gehalten. Der Druck im Verbrennungsraum 22 ist jedoch relativ gering, da das Tellerventil 24 vorher durch Betätigung des Ventiltriebs (Teile 36,37, 26 und 25) geöffnet hat. Hierdurch öffnet das Tellerventil 20 und Luft unter Druck wird aus der Übergangskammer 8 in den Verbrennungsraum 22 gedrückt, wo sie eine spülende Wirkung hervorruft, die das Ausstoßen der Verbrennungsprodukte aus dem Verbrennungsraum 22 unterstützt Das Tellerventil 24 schließt durch Betätigung des vorerwähnten Ventiltriebes, und sobald der Druck der im Verbrennungsraum 22 eingeschlossenen Luft den Druck der Luft in der Übergangskammer 8 erreicht, schließt das Tellerventil 20, und die weitere Bewegung des Stufenkolbens 5 nach links erhöht den Druck der Luft innerhalb des Verbrennungraumes 22. Wenn der Stufenkolben 5 am oder nahe am Ende seines Hubes ist, wird Kraftstoff in den Verbrennungsraum 22 eingespritzt, eine Verbrennung findet darin statt und der Stufenkolben 5 wird nach rechts gelrieben. Während dieses Hubes wird frische Luft aus der Lufteinlaßkammer 14 durch die öffnungen 13 in die Verdichtungskammer 16 angesaugt, wobei das Ventil 18 ebenfalls durch die Feder 19 unterstützt durch den Masseneffekt geschlossen ist. Der Arbeitslauf ist damit vollendet, wobei das Tellerventil 24 nahe dem Ende des Hubes des Stufenkolbens S geöffnet wird.

Auf der anderen Seite des Stufenkolbens 5 finden die üben beschriebenen Vorgänge ebenfalls statt, die Ab-65 laufe sind jedoch um etwa 180° in bezug auf die Stellung der Kurbelwelle 30 phasenverschoben. Jeder Hub des Stufenkolbens 5 ist ein Arbeitshub.

Wird die Brennkraftmaschine mit Benzin statt mit

Dieselöl oder ähnlichem Schweröl betrieben, so ist es nur erforderlich, den Zylinderkopf Ha gegen einen anderen auszutauschen, der mit einer Zündkerze versehen ist Das Verdichtungsverhältnis kann in jedem Falle durch die Stärke des Ventilschiebers 12, der austauschbar ist, bestimmt werden.

Wenn die Maschine als Kompressor betrieben werden soll, werden die Zylindermäntel 11 und die Zylinderköpfe 11a vorzugsweise durch eine abgeänderte Ausfahrung ersetzt, wobei das Tellerventil 24 durch ein federbelastetes Rückschlagventil ersetzt wird. In diesem Falle kann das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsraumes 22, der dann zum Endstufen-Druckzylinder. wird₍ wie gewünscht durch Auswahl der Federn so geregelt werden, daß Luft von vorbestimmtem Druck gefördert wird. Dabei wird die Maschine vorzugsweise von außen angetrieben, es ist jedoch eben falls möglich, die Maschine teilweise als Kompressor und teilweise als Brennkraftmaschine laufen zu lassen wobei einer der Zylinderräume als Verbrennungsraum 22 und der andere nur für Kompression und Förderung komprimierter Luft dient.

Eine Besonderheit der neuen Brennkraftmaschine liegt in der Tatsache, daß ihre Teile sehr wirksam luftgekühlt werden, wobei kaite Luft zunächst in die die Zylinderlaufbuchse 10 umgebende Lufteinlaßkammer 14 angesaugt wird, dann durch das Gehäuse 1 fließt und durch den Stufenkolben 5 mit seinem reduzierten Teil der die Vorkammer bildet, so daß sie in den Verbrennungsraum 22 vorgeheizt eintritt. Die Zylinderköpfe 11a und die Auslaßöffnungen 23 darin sind in gleicher

»5 Weise mit Kühlrippen versehen, um die Kühlung dieser Teile zu unterstützen; sie können jedoch ebensogut mit einem Wasser-Kühlmantel versehen werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   ll Brennkraftmaschine mit in einem Gehäuse hin- und herlaufendem, doppeltwirkendem Stufenkolben, der auf beiden Seiten mit mindestens zwei zueinander konzentrischen Zylinderräumen zusammenwirkt und zur Oberleitung von verdichteter Luft von dent einen Zyiinderraufn zum anderen hohl und mit Ventilen ausgerüstet ist, wobei dieser Stufenkolben entweder als Freikolben ausgebildet oder mit einer Kurbelwelle unmittelbar verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der den Verbrennungsraum (22) abgrenzende, im Durchmesser reduzierte Teil (7) des Stufenkolbens (5) in einer Zylinderlaufbuchse (10) läuft, die innenseitig in die Zylinderbohrung des Gehäuses (1) lösbar befestigten Zylindermantel (11) sitzt, der dk? Zylinderlaufbuchse (10) mit einer ringförmigen Luftcinlaßkamrner (14) umgibt, welche der ringförmi- _ao gen, durch den im Durchmesser größeren Teil des Stufenkolbens (5) abgegrenzten Verdichtungskammer (16) vorgeschaltet ist
2. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lufteinlaßkam- as mer (14) und der Verdichtungskammer (16) im Bereich des inneren Endes der Zylinderlaufbuchse (10) ein ringförmiger, mit öffnungen (13) versehener Ventilschieber (12) drehbar angeordnet und in Abhängigkeit von der Bewegung des Stufenkolbens (5) gesteuert ist