DE102011010820A1

DE102011010820A1 - Freikolbenmaschine mit Viertaktbetrieb

Info

Publication number: DE102011010820A1
Application number: DE201110010820
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-02-02
Filing date: 2011-02-02
Publication date: 2012-10-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Freikolbenmaschine. Der Gasprozess bekannter Freikolbenmaschinen ist prinzipbedingt ein Zweitakt-Prozess, deswegen betreffen sie alle Nachteile der Zweitaktmotoren (niedriger Wirkungsgrad, abgaskritischer Betrieb usw.). Darüber hinaus – die Bewegung der Freikolben muss mit komplizierter Regelung stabilisiert werden, – das Anlassen der bekannten Freikolbenmaschinen ist sehr aufwendig, – bei Fehlzündung bleiben sie a priori stehen. Das Ziel vorliegender Erfindung ist das Schaffen einer Freikolbenmaschine – die Bewegung deren Freikolben wird mühelos stabilisiert, – mit stabilem Betrieb bei Zündungsausfällen, – mit einfachem Anlassen, – mit dem Viertaktbetrieb oder dem Zweitaktbetrieb mit gesteuerten Ventilen. Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass die Freikolbenmaschine – mindestens ein Paar gegeneinander angeordnete Zylinder Z enthält, in denen sich ein Paar auf einer zylindrischen Kolbenstange T befindliche Kolben K hin- und her bewegen, und die Maschine folgendes beinhaltet: – zwei an der Kolbenstange T befindliche zylindrische Führungen F, jedes Ende deren sich im Zylinder Z oder in an ihm angebrachtem Stütz S eingestellt, – eine Traverse V, die die Kolbenstange T und beide Führungen F umfasst; auf der Kolbenstange T sind zwei Tragstufen r gebildet, zwischen denen ihr Umfassbereich U angeordnet ist; die Traverse V besteht aus zwei Teilen, jeder aus denen einen Halbkreisbereich h zum Umfassen der Kolbenstange T an ihren Umfassbereich U hat, wobei so, dass ein sicherer minimaler Abstand zwischen den Halbkreisbereichen h und dem Umfassbereich U im Betrieb stattfindet, einer der Teile der Traverse V hat zwei Bohrungen zum Durchgehen der Führungen F, – einen Kurbel-Pleuel-Mechanismus P, der die Traverse V durch eine Welle W mit dem Starter verbindet; – und für Maschinen mit dem Viertaktbetrieb und für Ventilmaschinen mit Zweitaktbetrieb ist der Kurbel-Pleuel-Mechanismus P durch die Welle W und einen Zahnrad-Riementrieb ZR mit den (Ventil-Triebwerk-)Nockenwellen N verbunden. Die vorgeschlagene Viertakt-Freikolbenmaschine hat – zwei Paar gegeneinander angeordnete Zylinder Z, die Kolben K und Komponente des Gaswechselsystems deren sind so angeordnet, dass in den Zylindern Z vier unterschiedliche Takte vorgehen, und – ein Paar an jeder Kolbenstange T befindliche Kurbel-Pleuel-Mechanismen P, die auf der gesamten Welle W aufgestellt sind. Der Kurbel-Pleuel-Mechanismus P hat drei Funktionen: 1 – Starten der Freikolbenmaschine (seine Verwendung als ein Starttriebwerk), 2 – Steuerung der Kolbenbewegungen inkl. Fixieren der Tot-Punkte, 3 – Steuerung des Ventiltriebs: Ablesung und Übertragung der in die Kurbeldrehung umgewandelten Hubbewegung von der Traverse V an die Nockenwellen N.

Description

Die Erfindung betrifft eine Freikolbenmaschine.
Der Gasprozess bekannter Freikolbenmaschinen ist prinzipbedingt ein Zweitakt-Prozess, deswegen betreffen sie alle Nachteile der Zweitaktmotoren (niedriger Wirkungsgrad, abgaskritischer Betrieb usw.).
Darüber hinaus

– die Bewegung der Freikolben muss mit komplizierter Regelung stabilisiert werden;
– das Anlassen der bekannten Freikolbenmaschinen ist sehr aufwendig,
– bei Fehlzündung bleiben sie a priori stehen.

Das Ziel vorliegender Erfindung ist das Schaffen einer Freikolbenmaschine, die keine erwähnten Nachteile aufweist, und zwar das Schaffen einer Freikolbenmaschine

– die Bewegung deren Freikolben wird mühelos stabilisiert,
– mit einfachem Anlassen,
– mit stabilem Betrieb bei Zündungsausfällen,
– mit dem Viertaktbetrieb oder dem Zweitaktbetrieb mit gesteuerten Ventilen.

Es sind folgende Kennzeichnungen angegeben:

An: – Ansaugventil,
Aus: – Auslassventil,
Ein: – selbsttätiges Einlassventil,
F: – Säulenführung (weiter – Führung),
h: – Halbkreisbereich der Traverse V (zum Umfassen der Kolbenstange T an ihr Umfassbereich U, dabei ohne Berührung an ihn),
HD: – Hochdruckventil,
K: – Kolben,
N: – Nockenwelle vom Ventil-Triebwerk,
Na: – Natriumfüllung,
P: – Kurbel-Pleuel-Mechanismus,
r: – Tragstufe der Kolbenstange T,
S: – Stütz,
T: – Kolbenstange,
U: – Umfassbereich der Kolbenstange T,
V: – Traverse als Knote,
W: – Welle (sie verbindet den Kurbel-Pleuel-Mechanismus P mit einem Starter),
Z: – Arbeitszylinder (weiter – Zylinder),
ZR: – Zahnrad-Riementrieb, der abgelesene Hubbewegung der Kolbenstange(n) T an die Nockenwellen N überträgt.

Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass die Freikolbenmaschine

– mindestens ein Paar gegeneinander angeordnete Zylinder Z enthält, in denen sich ein Paar auf einer zylindrischen Kolbenstange T befindliche Kolben K hin- und her bewegen, und die Maschine folgendes beinhaltet:
– zwei an der Kolbenstange T befindliche zylindrische Führungen F, jedes Ende deren sich im Zylinder Z oder in an ihm angebrachtem Stütz S eingestellt ist,
– eine Traverse V, die die Kolbenstange T und beide Führungen F umfasst, auf der Kolbenstange T sind zwei Tragstufen r gebildet, zwischen denen ihr Umfassbereich U angeordnet ist; die Traverse V besteht aus zwei Teilen, jeder aus denen einen

Halbkreisbereich h zum Umfassen der Kolbenstange T an ihren Umfassbereich U hat, wobei so, dass ein sicherer minimaler Abstand zwischen den Halbkreisbereich h und dem Umfassbereich U im Betrieb stattfindet; einer der Teile der Traverse V hat zwei Bohrungen zum Durchgehen der Führungen F,

– einen Kurbel-Pleuel-Mechanismus P, der die Traverse V durch eine Welle W mit dem Starter verbindet;
– und für Maschinen mit dem Viertaktbetrieb und für Ventilmaschinen mit Zweitaktbetrieb ist der Kurbel-Pleuel-Mechanismus P durch die Welle W und einen Zahnrad-Riementrieb ZR mit den (Ventil-Triebwerk-)Nockenwellen N verbunden.

Die vorgeschlagene Viertakt-Freikolbenmaschine hat

– zwei Paar gegeneinander angeordnete Zylinder Z, die Kolben K und Komponente des Gaswechselsystems deren so angeordnet sind, dass in den Zylindern Z vier unterschiedliche Takte vorgehen, und
– ein Paar an jeder Kolbenstange T befindliche Kurbel-Pleuel-Mechanismen P, die auf der gesamten Welle W aufgestellt sind.

Dank zwei Führungen F, die die Seitenkräfte und ein Drehmoment vom Kurbel-Pleuel-Mechanismus P aufnehmen, nimmt die Kolbenstange T im Betrieb keine Seitenkräfte, von ihren Tragstufen r nimmt sie nur die Achsekraft auf; lediglich eine Führung F kann das erwähnte Drehmoment nicht auflösen.
Der Kurbel-Pleuel-Mechanismen P hat drei Funktionen:

1 – Starten der Freikolbenmaschine (seine Verwendung als ein Starttriebwerk),
2 – Steuerung der Kolbenbewegungen inkl. Fixieren der Tot-Punkte,
3 – Steuerung des Ventiltriebs: Ablesung und Übertragung der in die Kurbeldrehung umgewandelten Hubbewegung von der Traverse V an die Nockenwellen N: durch die Welle W und den Zahnrad-Riementieb ZR; dieser Mechanismus P nimmt nur einen kleinen Anteil der Energie in einem der Zylinder beim Arbeitstakt brennenden Gases auf, die zur Drehung der (Ventil-Triebwerk-)Nockenwellen N und zur Verdichtung, Ausstoß und Ansaugung der Gase in anderen Zylindern verbraucht wird.

Zwecks Realisation vorgeschlagener Maschine als Kompressor sind unterhalb jeden Kolbens K das/die Einlassventil(e) Ein und das/die Hochdruckventil(e) HD angeordnet
Vereinfachte Ausführungsvarianten der Viertakt-Freikolbenmaschine:
– für 2-Zylinder-Maschine:
– Gesamtansicht,
– Frontschnitt,
– Schnitt durch Hochdruckventile HD;
– für 4-Zylinder-Maschine:
– Gesamtansicht,
– Frontschnitt,
– Schnitt durch Hochdruckventile HD
Auf den – sind zu empfehlende Varianten der Traverse V dargestellt.
Es wird empfohlen, die Bohrungen der Traverse V und der gegeneinander befindlichen Stütze S zusammen im fest verbundenem Zustand (im Packet) zu schleifen, um die Koaxialität ihrer Achsen zu erreichen, – das auf der dargestellt ist (die Bestandteile der Traverse V sind auseinander geschobenen).

Claims

Freikolbenmaschine enthält – mindestens ein Paar gegeneinander angeordnete Zylinder Z, in denen sich ein Paar auf einer zylindrischen Kolbenstange T befindliche Kolben K hin- und her bewegen, und dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine auch folgendes beinhaltet: – zwei an der Kolbenstange T befindliche zylindrische Führungen F, jedes Ende deren sich im Zylinder Z oder in an ihm angebrachtem Stütz S eingestellt, – eine Traverse V, die die Kolbenstange T und beide Führungen F umfasst; auf der Kolbenstange T sind zwei Tragstufen r gebildet, zwischen denen ihr Umfassbereich U angeordnet ist; die Traverse V besteht aus zwei Teilen, jeder aus denen einen Halbkreisbereich h zum Umfassen der Kolbenstange T an ihren Umfassbereich U hat, wobei so, dass ein sicherer minimaler Abstand zwischen den Halbkreisbereichen h und dem Umfassbereich U im Betrieb stattfindet; einer der Teile der Traverse V hat zwei Bohrungen zum Durchgehen der Führungen F, – einen Kurbel-Pleuel-Mechanismus P, der die Traverse V durch eine Welle W mit dem Starter verbindet; – und für Maschinen mit dem Viertaktbetrieb und für Ventilmaschinen mit Zweitaktbetrieb ist der Kurbel-Pleuel-Mechanismus P durch die Welle W und einen Zahnrad-Riementrieb ZR mit den (Ventil-Triebwerk-)Nockenwellen N verbunden.
Viertakt-Freikolbenmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sie hat – zwei Paar gegeneinander angeordnete Zylinder Z, die Kolben K und Komponente des Gaswechselsystems deren sind so angeordnet, dass in den Zylindern Z vier unterschiedliche Takte vorgehen, und – ein Paar an jeder Kolbenstange T befindliche Kurbel-Pleuel-Mechanismen P, die auf der gesamten Welle W aufgestellt sind.