DE2033820B2 - Brennkraftmaschine - Google Patents
BrennkraftmaschineInfo
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- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B27/00—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders
- F04B27/02—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders arranged oppositely relative to main shaft
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
- F01B9/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups
- F01B9/02—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with crankshaft
- F01B9/026—Rigid connections between piston and rod; Oscillating pistons
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B71/00—Free-piston engines; Engines without rotary main shaft
- F02B71/04—Adaptations of such engines for special use; Combinations of such engines with apparatus driven thereby
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- F02B75/16—Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
- F02B75/18—Multi-cylinder engines
- F02B75/24—Multi-cylinder engines with cylinders arranged oppositely relative to main shaft and of "flat" type
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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.
Claims (2)
- 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. 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
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19702033820 DE2033820C3 (de) | 1970-07-08 | 1970-07-08 | Brennkraftmaschine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19702033820 DE2033820C3 (de) | 1970-07-08 | 1970-07-08 | Brennkraftmaschine |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2033820A1 DE2033820A1 (de) | 1972-01-13 |
DE2033820B2 true DE2033820B2 (de) | 1974-09-12 |
DE2033820C3 DE2033820C3 (de) | 1975-05-15 |
Family
ID=5776128
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19702033820 Expired DE2033820C3 (de) | 1970-07-08 | 1970-07-08 | Brennkraftmaschine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2033820C3 (de) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19501220A1 (de) * | 1995-01-17 | 1996-07-18 | Knorr Bremse Systeme | Verdichter |
DE102010031010A1 (de) * | 2010-07-06 | 2012-01-12 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Freikolbenvorrichtung und Verfahren zum Gaswechsel in einem Freikolbenmotor |
-
1970
- 1970-07-08 DE DE19702033820 patent/DE2033820C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2033820C3 (de) | 1975-05-15 |
DE2033820A1 (de) | 1972-01-13 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |