DE1401967C - Freiflugkolben Maschine - Google Patents

Description

1 4Oi 967

Die Erfindung betrifft eine Frcillugkolben-Maschhie mit zwei axial fluchtend angeordneten Verdichterzylindcrii und einem zwischen diesen liegenden Hrcnnkruftmuschiiicn/.ylindcr, in welchem die Brennkraftmaschinenkolben zweier Kolbenaggregate liegen, deren jedes neben dein Breimkraftmaschinenkolben einen größeren Verdichterkolben aufweist, wobei die beiden Kolben jedes Kolbenaggregates durch ein koaxiales Führungselement fest verbunden sind, das gegenüber einem in dem Brennkraftmaschinenzyliiider ragenden Träger längsverschiebbar gelagert ist.

Fieillugkolben-Maschinen der vorgenannten Art sind bekannt. Bei ihnen sind der Brcnnkraftinascliinenkolben und der Verdichterkolben jedes Kolbenaggregates einstückig miteinander verbunden und je auf einem bis in den Brennkraftniaschinenzyliinler hineinragenden Träger gelagert, welcher das in Längsrichtung hin- und hervcrschiebeiule Kolbcniiggregat führt, [!inc solche Anordnung weist gei'.enüber gleichartigen Freillugkolheii-Maschinen, bei welchen insbesondere der Brennkraftniasiliineiikolben jedes Kolbenaggregates tragend auf seinem Zylinder aufliegt, während dessen Verdichterkolben entweder tragend auf seinem Zylinder oder tragend auf einem gegebenenfalls bis in ilen Brennkraftinaschinenzylinder hineinragenden Träger gegebenenfalls über ein Pendellager aufliegen kann, Jeu Vorteil auf, daß die in solchen Maschinen kritische Auflagerung des Brennkraftinasdiinenkolheiis auf dem erwähnten Träger erfolgt. Dadurch wird das Problem beherrscht, das aus dem Tatbestand unterschiedlicher Maßänderungen von Breiiiikraftmasclüneukolheu und Brciiiikrafimaschincu/ylindcr bei wechseln den Arbeitsbelastungen erwächst. Diese Anordnung ist nun aber darin nachteilig, daß im inneren Totpunkt der Kolbenaggregate die jeweils tragende Lagerllaelie insbesondere bei kurzer Baulänge sehr kurz ist, so daß eine einwandfreie Führung nicht sichergestellt sein kann.

Unter Berücksichtigung der vorstellenden Ausführungen und des Bekanntseins einer beruht ungsfrcieii Führung von Kolben gegenüber ihrem Zylinder bei einer anderen Gattung von Kolbcnin.ischinen mittels einer Kolbenstange, liegt der F.t(hulling die Aufgabe zugrunde, für Freillugkolbeii-Maschinen der eingangs genannten Art eine verbessere Lageiimg für die beiden Kolbenaggiegate zu schaffen, so daß unter gleich/eiliger Ermöglichung der Bereitstellung einer kurz bemessenen Bauausführung für diese eine einwatidfreie Führung er/.ielbar ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Führungselement in an sich bekannter Weise aus einer Kolbenstange bestellt und das die Kolbenstange umschließende Lager in an sich bekannter Weise den Brennkraftniaschinenzylinder vom Verdichter-/ylinder abschließt, wobei die Kolbenstange ferner in einem am äußeren Hndc des Venlkhter/.ylinders angeordneten Lager lüngsverscliiehbar gelagert i-.t. Eine solche Lagerung der beiden Kolbenaggregate schalfl unter Beibehaltung des unbekannten Vorschlags, insbesondere ilen Bieiiiikraftina.schinciikol-I)L-M berüliningsfrei zu führen, den Vorteil einer stets gleichbleibenden l.ageilänge bei der Hin- und Herverschiebung tier Kolbeiiaggregale /wischen äußerem und innerem Totpunkt, wobei gegenüber den \ermeikteii, vorbei..Hinten Anordnungen auch noch der /ii'.iil/liclie Vorli'il er/ielbar i:,l, dall ein relativ großes Hubvolumen zur Verfügung gestellt wird, weil die Kolbenstange verhältnismäßig dünn ausgebildet werden kann. Die einzelnen Traglager selbst können in bezug auf Tragfähigkeit und Verschleiß in geeigncter Weise ausgebildet werden, da wegen ihres geringen Durchmessers das Problem der Dichtung keine Rolle mehr spielt. Auch sind derartige Lager, soweit erforderlich, leicht zu kühlen, so daß sie stets unter günstigsten Arbeitsbedingungen arbeiten

ίο können.

in vorteilhafter Weiterbildung der ernndungs-.gemäßen Lagerung der beiden Kolbenaggregate liegt das die Kolbenstange umschließende und den Brennkraftiiiaschinenzylinder vom Verdichterzyliiider abschließende Lager in der äußeren 'Totpunktlage des Brennkraftmaschiiienkolbens unter Bildung einer Pulferkammer innerhalb von diesem. Dabei wird es für zweckmäßig angesehen, daß ein Hohlzylinder das die Kolbenstange umschließende und den Brennkraftmascliinenzylinder vom Verdichterzylinder abschließende Lager trägt. Andererseits kann der Deckel das am äußeren Ende des Verdichierzylinders angeordnete Lager tragen.

Gemäß weiteren Gestaltungsnierkinalen der erlindiingsgemäßeii Freillugkolben-Maschine kann das am äußeren Ende des Verdichterzylinders längsverschiebbar gelagerte Ende der Kolbenstange als Kolben ausgebildet sein, wobei durch Abschluß der äußeren Lägetölfnung ein Hohlzylinder gebildet ist,

)o der mit diesem Kolben eine Piilfeikamiiier bildet. Dabei ist zweckmäßig das als Kolben ausgebildete Finde der Kolbenstange einstückig mit dem Verdichtet kolben hergestellt. Alternativ kann das am äußeren Ende des Verdichterzyliiiders längsverschiebbar

j.-, gelaiieite Ende der Kolbenstange als Hohlzylinder ausgebildet sein, wobei das Lager die Form eines Kolbens aufweist, der mit diesem Zylinder eine Pufferkammer bildet. Auch dabei ist zweckmäßig das als Hnhl/ylinder ausgebildete Ende der Kolbenstange einstückig mit dem Verdichtet kolben hergestellt. Solche Pulferkainmern, die erkennbar auf Grund der erfindungsgcmäß vorgeschlageneu Lagerung für die beiden Kolbenaggregate auf einfache Art und Weise auf der Seite der Verdichterzyliiider zur Ausbildung gebracht werden können, ergänzen die Pulfeikaniiner auf der Seite der Brennkraftmascliinenkolben hinsichtlich ihrer Wirkung, die Kolbenaggregate in ihre innere Totpunktlage zurückzubringen.

-,υ Die Erfindung wird nachfolgend an Hand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsformen näher beschrieben. Es zeigt

F'ig. I einen Längsschnitt durch eine Freillugkolben-Maicliiiie, bei welcher die beiden Kolbenaggregate erfinduiigsgemäß gelagert sind, und

Fig. 2 und 3 Längsschnitte wahlweiser Ausfiihriiiigsformeii der Lagerung für die Kolbenaggregate einer Freillugkolben-Maschine gemäß Fig. 1.

Die Freiflugkolbeii-Maschine gemäß F i g. 1 der

A:> Zeichnung umfaßt zwei axial fluchtend angeordnete Verdichter.'.yliiider 1, die in einem Rahmen 2 gehalten sind. Zwischen diesen VerdichterzylinJeru I ist ein in seinem Durchmesser demgegenüber kleiner gehaltener Brennkraftinaschinenzylinder J angeonl-

fij net, der mit 'leinen beiden Enden inncthalb der Verdichter/) linder I liegt und durch Ringe 5, welche mit dem Zylinder 1 fest veiblinden sind, über Streben 6 o.Il-i l-iiiiisth zulaufende Wände gehalten i;t.

In dem Brennkraftmaschinenzylinder 3 liegen die Brennkraftmaschinenkolben 9 zweier gegenläufiger Kolbenaggregate, deren jedes neben dem Brennkraftmaschinenkolben 9 einen größeren Verdichterkolben 8 aufweist, der innerhalb des zugeordneten Verdichterzylinders 1 läuft.

Die beiden Kolben 8, 9 jedes Kolbenaggregates sind durch eine koaxiale Kolbenstange 12 fest miteinander verbunden, und zwar ist das jeweils innenliegcnde Ende dieser Kolbenstange 12 an dem Boden 14 des zugeordneten Brennkraftmaschinenkolbens 9 befestigt, während der aus einem Ring 10 gebildete Verdiciiterkolben 8 über eine Nabelt mit der Kolbenstange 12 fest verbunden ist. Jede Kolbenstange 12 ist einerseits in einem am äußeren Ende des Verdichterzylinders I angeordneten Lager 15, das von dessen Deckel 16 getragen ist, längsverschiebbar gelagert, während sie andererseits durch ein von einem Hohlzylinder 18 getragenes Lager 17 gelagert ist. Der Hohlzylinder 18 schließt in Verbindung mit dem Lager 17 den Brennkraftmaschinenzylinder 3 vom Verdichterzylinder I ab, er liegt mit dem Lager 17 in der äußeren Totpunktlage des Brennkraftinaschinenkolbens 9 unter Bildung einer Pufferkammer 20 innerhalb von diesem. Der Hohlzyünder 18 weist weiterhin außen eine etwa konische Aussparung 21 für die Aufnahme des, komplementär geformten Teils der Nabeil des Verdichterkolbens 8 auf, die ihrerseits gleichfalls eine äußere, konische Aussparung 22 für die Aufnahme des komplementär geformten Lagers 15 aufweist. An Stelle von Kolbenringen 23, 24, die gemäß der Darstellung für die Kolben 8, 9 vorgesehen sind, können auch Labyrinthdichtungen Verwendung finden, was wegen der berührungsfreien Lagerung den Vorteil eines Verzichts auf eine Schmierung und Kühlung bringt. Soll andererseits eine Kühlung vorgenommen werden, dann kann das Kühlmittel dem Boden der Brennkraftmaschincnkolben 9 über Kanäle in der Kolbenstange 12 zugeführt werden, gegebenenfalls können auch die Hohlzylinder 18 mit Kanälen für die Durchleitung eines Kühlmittels versehen werden.

In der Zeichnung bezeichnet weiterhin 25 eine Anzahl von Luftansaugölfnungen im Brennkraftmasehinenzylinder 3, weiche über eine Ringleitung 27 mit einer Verbindungsleitung 28 in Verbindung stehen, die ihrerseits mit einer durch den Zylinderdeckel 16 geformten Luftaufnahmekammer 30 verbunden ist. Jede Luftaufnahmekammer 30 ist gegen den Hohlraum des Verdichterzylinders I durch eine kegelig geformte Innenwand }3 des Deckels 16 begrenzt, in welcher eine Anzahl von Einwegventilen 35 sitzt. Jedes Einwegventil 35 ölfnet sich beim Auswärtshiib des Venlichteikolbens 8, während es sich bei dessen Einwärtshub schließt. Der Brennkraftmaschincnzyliiulcr 3 ist weiterhin mit einer Anzahl von AiislaßölfiHingen S6 versehen, die über eine Ringleitung 38 mit einem Auspuffrohr 39 in Verbindung stellen. Eine Brennstoff-Einspritzdüse 40 ist dutch ilen Brennkraftniaschinenzyliiider 3 festgelegt. Mit M sind Liiftansangölfnungen, mit 43 Einwegventile bezeichnet, welche beim Einwärtshub der Verdichterkolben 8 ölfnen und bei deren Aiiswärtshub schließen. Einbau und Wartung der Einwegventile 35 können durch öffnungen 44 im Deckel 16 erfolgen, «lic mit Absehliißplatten 45 versehen sind.

Im Betrieb der Maschine wird beim Einwärt '.hub jedes Kolbenaggregates Luft über die dann geöffneten Einwegventile 43 und die Luftansaugöffnungen 42 in den Verdichterzylinder I angesaugt. Während des anschließenden Auswärtshubes wird dann diese Luft verdichtet, und hat sie einen vorbestimmten Druck erreicht, wird sie durch die sich dann öffnenden Einwegventile 35 hindurch in die Luftaufnahmekammer 30 und weiter über die Verbindungsleitung 28 zur Ringleitung 27 und durch die Luftansaugöffnungen 25 hindurch gepreßt. Andererseits werden

ίο bei diesem Auswärtshub der Kolbenaggregate insbesondere dann, wenn der rechte Brcnnkraftmaschinenkolben 8 seine äußere Totpunktlage erreicht, die Verbrennungsgase im Brennkraftmaschinenzylinder3 über die Auslaßölfnungen 36 und die Ringleitung 38 durch das Auspuffrohr 39 hindurch ausgestoßen, was zu einem Zeitpunkt erfolgt, bevor der andere Brennkraftmaschinenkolben 9 die Luftansaugölfnungen 25 öffnet, so daß durch diese öffnungen, sobald sie geöffnet sintl, die während desselben Auswärtshubes der Kolbenaggregate verdichtete Luft in den Brennkraftmaschinenzylinder 3 zum Spülen und Wiederaufladen einströmen kann.

Während des Auswärtshubes der Kolbenaggregate haben diese insbesondere in den PulTerkammerii 20 so ausreichend Pullerenergie gespeichert, daß durch diese die Kolbenaggregate wieder in ihre Ausgangslage zurückgeführt werden. Hierdurch wird die entsprechende Arbeit der thermischen Verdichtungshübe im Brennkraftmaschinenzylinder 3 zwischen den Brennkraftmaschinenkolben 9 sowie die Reibungsarbeit und die Arbeit der Verdichterkolben 8 gegen den Aünosphärendruck geleistet. Nahe dem Ende eines Einwärtshubes wird die Luft im Brennkraftmaschinenzylinder J zwischen den beiden Brcnn-

J5 kraftmaschinenkolben 9 sehr hoch verdichtet und erhitzt, so daß es, wenn Brennstott durch die Brennstoffeinspritzdüse 40 eingespritzt wird, zu einer Verbrennung und Ausdehnung der Ladung kommt, welche die Ursache eines Auswärtshubes der Kolbenaggregate ist. Dabei leistet auch der atmosphärische Druck durch Verschieben der gegenüberliegenden Oberflächen der beiden Brennkraftmaschinenkolben 8 eine gewisse Arbeit. Sobald die Kolbenaggregate ihre äußere Totpunktlage erreicht haben, beginnt ein neuer Arbeitstakt.

Es ist erkennbar, daß die Lagerung der die beiden Kolben jedes Kolbenaggregates verbindenden Kolbenstange 12 in den beiden Lagern 15 und 17 eine sowohl beim Einwärtshub wie auch beim Auswärtshub der Kolbenaggregate konstante Länge einhält. Diese Lager 15, 17 sind so angeordnet, daß sie ziemlich weit von den thermisch belasteten Arbeitsflächen der Brennkraftmaschinenkolben 8, der Verdichterkolben 9 und den heißen Oberflächen der Zylinder 1 und 3 entfernt sind. Die Lager 15, 17 weisen daher stets günstigste Arbeitstemperaturen auf. Die eine beriihrungsfreie Führung insbesondere der Brennkraftmaschinenkolben 9 gewährleistende Lagerung gestattet ein Festfressen dieser Kolben in ihren

β» Zylindern infolge thermischer Ausdelnmg wirksam zu verhindern, da die Toleranzen zwischen Kolben· und Zylinderlauffläche« relativ groß bemessen weiden können.

In der in F i g. 2 dargestellten Ausführungsform

f>5 ist das am äußeren Ende des Verdichterzylinders 1 längsverschicbbar gelagerte Ende der Kolbenstange 12 als Kolben 51 ausgebildet, und durch den' Abschluß der äußeren Lagerölfnung ist ein Hohlzyiin-

der 52 gebildet, der mit diesem Kolben 51, welcher wie hier vorzugsweise auch die Brcnnkraftmaschincnkolbcn 8 und 9 kolbenringlos ausgebildet ist, eine PufTcrkammer bildet. Diese Pufferkammer unterstützt, ebenso wie die PufTerkammer 56a der Ausführungsform gemäß F i g. 3, die dort durch einen am äußeren Ende der Kolbenstange 12 ausgebildeten Hohlzylinder und das die Form eines Kolbens 53 aufweisende Lager für das äußere Ende des Verdichterzylinders gebildet ist, die Wirkung der PufTerkammern 20 auf der Seite der Brennkraftmaschinenkolbcn der beiden Kolbenaggrcgate.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Freiflugkolben-Maschine mit zwei axial fluchtend angeordneten Verdichterzylindern und einem zwischen diesen liegenden Brennkraftmaschinenzylinder, in welchem die Brennkraft- ao maschinenkolben zweier Kolbenaggregate liegen, deren jedes neben dem Brennkraftmaschinenkolben einen größeren Verdichterkolben aufweist, wobei die beiden Kolben jedes Kolbenaggregates durch ein koaxiales Führungselement fest verbun- as den sind, das gegenüber einem in dem Brennkraftmaschinenzylinder ragenden Träger längsverschiebbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungselement in an sich bekannter Weise aus einer Kolbenstange (12) besteht und das die Kolbenstange (12) umschließende Lager (17) in an sich bekannter Weise den Brennkraftmaschinenzylinder (3) vom Verdichterzylinder (1) abschließt, wobei die Kolbenstange (12) ferner in einem am äußeren Ende des Verdichterzylinders (1) angeordneten Lager (15) längsverschiebbar gelagert ist.

2. Freiflugkolben-Maschinc nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Kolbenstange (12) umschließende und den Brennkraft- 4» maschinenzylinder (3) vom Verdichterzylinder (1) abschließende Lager (17) in der äußeren Totpunktlage des Brennkraftmaschinenkolbens (9) unter Bildung einer Pufferkammer (20) innerhalb von diesem liegt.

3. Freiflugkolben-Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hohlzylinder (18) das die Kolbenstange (12) umschließende und den Brennkraftmaschinenzylinder (3) vom Verdichterzylinder (1) abschließende Lager (17) trägt.

4. Freiflugkolben-Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (16) das am äußeren Ende des Verdichterzylinder (1) angeordnete Lager (15) trägt.

5. Freiflugkolben-Maschinc nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das am äußeren Ende des Verdichterzylinders (1) längsverschiebbar gelagerte Ende der Kolbenstange (12) als Kolben (51) ausgebildet ist und daß durch Abschluß der äußeren Lageröffnung ein Hohlzylinder (52) gebildet ist, der mit dem Kolben eine Pufferkammer bildet.

6. Freiflugkolben-Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das als Kolben (51) ausgebildete Ende der Kolbenstange (12) einstückig mit dem Verdichterkolben (8) hergestellt ist.

7. Freiflugkolben-Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das am äußeren Ende des Verdichterzylinders (1) längsverschiebbar gelagerte Ende der Kolbenstange (12) als Hohlzylinder (56) ausgebildet ist und daß das Lager die Form eines Kolbens (53) aufweist, der mit dem Zylinder eine Pufferkammer (56 a) bildet.

8. Freiflugkolben-Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das als Hohlzylinder (56) ausgebildete Ende der Kolbenstange (12) einstückig mit dem Verdichterkolben (8) hergestellt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen