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Hubkolbenbrennkraftmaschine
Brennkraftmaschinen mit Pleuelstangen-Kurbeltrieb haben mehrere nachteilige Eigenschaften. Die eine schwingende Bewegung durchführende Pleuelstange verursacht in der Maschine bei hoher Drehzahl sehr grosse Massenkräfte, die einerseits die Drehzahl beschränken, anderseits den mechanischen Wirkungsgrad herabsetzen. Es ist ein weiterer Nachteil, dass bei Zweitaktmotoren, bei denen der untere Teil des Kolbens zum Ansaugen der frischen Ladung dient, der schädliche Raum wegen der Pleuelstange sehr gross ist, so dass nur ein niedriger volumetrischer Wirkungsgrad und auch nur eine geringe Ladung des Zylinders möglich ist.
Es wurden ferner zur Vermeidung der genannten Nachteile schon Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit einem innerhalb des Kolbens angeordneten, aus einer Kulissenbahn, einem Kulissenstein sowie einer Kurbelwelle bestehenden Kurbeltrieb, deren doppeltwirkender Kolben an einer Seite den Brennraum und an seiner andern Seite einen Pumpenraum mit Überströmkanal begrenzt, vorgeschlagen. Die Erfindung zielt darauf ab, Maschinen dieser Art so zu verbessern, dass die Ladung im Brennraum immer der durch den Pumpenraum gelieferten Menge gleich ist. In diesem Fall kann nämlich die Maschine ohne Anwendung eines Kompressors bei einer Leistung betrieben werden, die sonst für einen Kompressormotor kennzeichnend ist.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass zwischen dem Brennraum und dem Pumpenraum ein an sich bekannter Ladungsaufnehmer vorgesehen ist, der bei Änderung der Belastung im Sinne einer Verringerung bzw. einer Vergrösserung seines Volumens veränderbar ist. Der Pumpenteil liefert in den Ladungsaufnehmer eine Luftmenge in Abhängigkeit vom dort herrschenden Druck, so dass nunmehr eine Ladung mit Überdruck zum Füllen des Brennraumes zur Verfügung steht. Dies bedeutet einen erhöhten Füllungsgrad und dadurch eine erhöhte Leistung. Ausserdem werden durch die Veränderlichkeit des Volumens des Ladungsaufnehmers Strömungsschwingungen zwischen Pumpenraum und Brennraum ausgeglichen, wodurch bei verschiedenen Drehzahlen optimale Leistungen erreicht werden.
In Fig. l ist als Beispiel eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der die eine Seite des Kolbens als Motor und die andere Seite als Pumpe arbeitet.
Der obere Teil des im Zylinder-l--hin-und hergehenden Kolbens--2--begrenzt den Verbrennungsraum, der untere Teil begrenzt den Ansaugraum gegenüber dem Inneren des Zylinders.
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- dient zur Führung eines Kulissensteines-6-, der den Kurbelzapfen --8-- der Kurbelwelle umschliesst. Die Kurbelwelle dreht sich in den Hauptlagem-9 und 10--.
Das Ansaugen von Luft oder Gemisch erfolgt durch ein im Pumpenzylinderkopf-4- angeordnetes Drehventil --11-- durch entsprechende Schlitze. Das Drehventil--12--steuert die Überströmung aus dem Ansaugraum in einen Ladungsaufnehmer-13-. Aus diesem gelangt die Luft oder das Gemisch durch eine Ladeöffnung-14-in den Verbrennungsraum, aus dem die Abgase durch die Auspufföffnung--15--austreten.
Der Kraftstoff gelangt, dem Arbeitsverfahren des Motors entsprechend, mit Hilfe eines Vergasers
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oder einer Einspritzpumpe auf die übliche Weise in den Verbrennungsraum.
Die Fig. 2 stellt einen gemäss der Erfindung erstellten Gegenkolbenmotor im Längsschnitt als Beispiel dar, bei dem die inneren Teile den Verbrennungsraum, die äusseren Teile die beiden Ansaugräume begrenzen. Der Synchronlauf der beiden Kurbelwellen wird durch Zahnräder-16, 17 und 18-- gewährleistet. Die Antriebswelle --19-- ist mit dem Zahnrad --17-- drehfest verbunden. Die vorverdichtete Luft oder das Gemisch gelangt durch die Leitungen-20 und 21-aus dem Ansaugraum in den gemeinsamen Ladungsaufnehmer --22--, dessen Volumen durch Einstellung des Kolbens--23--, wenn nötig, geändert werden kann.
Die Luft oder das Gemisch strömt aus dem Aufnehmer --22-- durch den Einlasskanal-24-in den Zylinder und spült diesen, wobei die Verbrennungsprodukte durch den Auspuffkanal-25-aus dem Zylinder strömen. Die beschriebene Lösung einer Brennkraftmaschine mit Gegenkolben hat den Vorteil, dass durch Versetzung der Kurbelzapfen eine unsymmetrische Steuerung verwirklicht werden kann, wodurch die Betriebseigenschaften des Motors verbessert, die Leistung erhöht und der spezifische Verbrauch gesenkt werden können.
Die Fig. 3 stellt als Beispiel einen Vieleck-oder Ringmotor nach der Erfindung im Schnitt als Viereckmotor dar. Der Motor ist doppelt wirkend. In den vier Zylindern-36, 37, 38 und 39-bewegen sich vier Kolben-40, 41, 42 und 43--. Das eine Ende jedes Kolbens steuert die Einströmung und das andere Ende die Ausströmung. Die unsymmetrische Steuerung kann auch in diesem Falle so verwirklicht werden, dass das die Ausströmung steuernde Ende der Kolben im Vergleich zum die Einströmung steuernden Ende auf die bei Gegenkolben-und U-Zylindermotoren übliche Weise voreilt. Die frische Ladung gelangt aus dem Ladungsaufnehmer --44-- durch die Einlasskanäle
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-45, 46, 47Jeder nach der Erfindung ausgeführte und als Beispiel dargestellte Motor kann auch als Reihenmotor verwendet werden. In diesem Falle befinden sich die Zylinder bzw. Zylindergruppen hintereinander und ihre Antriebe können ständig oder lösbar miteinander gekoppelt sein. Bei der letzteren Lösung kann sich der Motor dem jeweiligen Drehmoment-bzw. Leistungsbedarf gut anpassen und er kann bei Unterbelastung wirtschaftlich eingesetzt werden.
Die der Erfindung nach ausgeführten Motoren können auch nach dem Viertaktverfahren oder nach einem beliebigen, an sich bekannten Kreisprozess arbeiten.