DE1942007A1

DE1942007A1 - Gegenkolbenmotor

Info

Publication number: DE1942007A1
Application number: DE19691942007
Authority: DE
Inventors: Masakuni Koibe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-08-22
Filing date: 1969-08-18
Publication date: 1970-04-09
Also published as: FR2016171A1

Description

Patentanwälte .

B i ρ 1. I η g. J. F. W ο c h ϊ a £ β r

Dipl. Ing. Jürgen Rost

δ München 13, Tengstr. 39, Tel. 371948 1942007

Masakuni Koibe, Ingenieur 121, Benten-cho, Shinjuku-ku, Tokyo, Japan

G-egenkolbenmotor

Die Erfindung betrifft G-egenkolbenmotore für Benzin- und Diesel-Betrieb.

Der Gegenkolbenmotor, bei dem ein Kolben zum Öffnen und Schließen der Ansaugöffnungen und ein anderer Kolben zum Öffnen und Schließen der Auslassöffnungen vorgesehen ist und bei dem die Kolben sich synchron in entgegengesetzten Richtungen im gleichen Zylinder bewegen, wurde für die Verwendung in Flugzeugen etwa 1914 von Junkers entwickelt und 1932 wurde der Jumo 204 von Junkers für Flugzeuge im Linienverkehr verwendet.

Gegenkolbenmotore haben folgende Vorteile: 1. Die hin- und hergehenden Massen bewegen sich in entgegengesetzten Richtungen, so daß ein ausgezeichneter Massenausgleich mit sehr geringen

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— 2 — ' " Vibration erreicht wird,

2. die Gleichstromspülung durch Wirbeln des Lademediums wird durch Bläser erreicht, die einen hohen Spülungsgrad bewirken und den mittleren Effektivdruck erhöhen,

3. dem Lademedium wird die Wirbelbewegung ohne Verminderung des Ladewirkungsgrades erteilt, so daß ausgezeichnete Verbrennungsbedingungen erreicht werden,

4. zwischen den-zwei Kolbenboden ist eine Brennkammer ausgebildet, die einen als Kühlfläche wirkenden Zylinderkopf entbehrlich macht, wo- . ' durch ein sehr guter thermischer Wirkungsgrad erzielt wird und

•5· das Hub-Bohrungsverhältnis ist grosser, so daß der Verdichtungsgrad (trapping efficiency) im Verhältnis -zu anderen Zweitaktmaschinen außerordentlich günstig ist.

Bei der Konstruktion der relativ kleinen, leichten und billigen Maschinen der vorstehend beschriebenen Art treten jedoch noch eine Reihe von technischen Nachteilen auf, darunter die folgendem

1, Bei der Gleichstromspülung ist eine Kompression im Kurbegehäuse nicht anwendbar, da nicht die nur an einer Seite des Zylinders vorgesehenen Schlitze sehr weit von einer der beiden Kurbelgehäuse entfernt sind, sondern auch das Hub-Bohrungsverhältnis, das ebenfalls einen Teil

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des Spülweges bestimmt groß ist. Die Kurbelgehäusekompression, bei der das Gas aus dem Kurbelgehäuse beim Rückhub des Kolbens in den Zylinder gepresst wird, ist ein günstigeres Verfahren' als die Verwendung einer Spülpumpe. Wenn jedoch der Spülweg lang ist, wird der Spülungsgrad und die Abtriebskraft gesenkt, so daß ein zusätzliches Schaufelgebläse o. dgl. zum Spülen vorgesehen werden muß. Gegenkolbenmotore mit einem derartigen Gebläse sind aber nachteiligin Bezug auf Kosten, Größe, Gewicht und Lebensdauer und sind daher auf spezielle Anwendungsgebiete beschränkt.

3. Ein Langhub der Kolben ist aber nicht nur bei Motoren mit hoher Drehzahl, sondern auch bei Motoren nicht anwendbar, bei denen die Abtriebskraft und die Drehzahl schnell geändert werden, da die Gleichstromspülung den thermischen Gradienten zwischen den Austrittsschlitzen und den Spülschlitzen in Abhängigkeit von den Änderungen der Abtriebskraft des Motors änderte

4. Die Auslaßschlitze und die Spülschlitze sind üblicherweise .um den Umfang des Zylinders so angeordnet, daß sie eine Anzahl von in Abstand liegenden Durchgängen bilden, so daß der wirksame Hub des Kolbens nicht vermindert wird und ein für jeden Anwendungsfall großer Öffnungsquerschnitt gebildet wird.

Eine derartige Konstruktion erfordert immer eine zylindrische Form der Umfangskante des Kolbenbodens* In der Brennkammer, die zwischen zwei derartigen Kolbenboden gebildet wird, wird keine

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gute Quetschwirkung erreicht, so daß derartige Konstruktionen nicht für Brennkraftmaschinen mit hohen Drehzahlen, sondern nur für Dieselmaschinen mit geringen Drehzahlen anwendbar sind.

Es ist die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe, einen in seinen Abmessungen kleinen, leichten und billigen Gegenkolbenmotor zu schaffen, bei dem der Wirkungsgrad der Spülung nicht vermindert ist, das Hub-Bohrungsverhältnis klein gehalten ist und eine Verdichtung im Kurbelgehäuse möglich ist.

Bei einem verbesserten Gegenkolbenmotor gemäß der Erfindung sind die Spülschlitze und die Auslaßschlitze an beiden Seiten eines Zylinders so angeordnet, daß eine laminare Spülströmung mit-einer laminaren GegenspUlströmung an der neutralen Ebene des Zylinders und an einem Fixpunkt am weitesten von der Austrittsstellung entfernt kollidiert.

Der Gegenstrommotor gemäß der Erfindung hat Ansaugöffnungen, Sp.ülsch,litze und Austrittsschlitze, wobei die letzteren beiden Schlitze an beiden Seiten des . '. Zylinders relativ zu der Neutralebene des Zylinders liegen und.eine Kolbenanordnung, die synchron die Spül- und Austrittsschlitze öffnet und schließt. Vorzugsweise sind die Ansaugöffnungen symmetrisch an beiden Seiten des Zylinders relativ zur neutralen Ebene angeordnet, können jedoch auch an beiden Kurbelgehäusen liegen. Im letzteren Fall kann ein Steuerventil oder ein Drehschieber an den Kurbeigehausen vorgesehen sein. Die Spülschlitze sind in einige. Abschnitte um den Zylinder so angeordnet, daß die laminare Spülströmung die in den Zylinder

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eingepresst wird, mit der laminaren Gegenspülströ-"mung an der neutralen Ebene an der am weitesten von den Auslaßschlitzen entfernten Stelle zusammentreffen. Wenn die Anzahl von Spülöffnungen an beiden Seiten des Zylinders vorgesehen sind, sind diese Öffnungen mit ihren Achsen so geneigt, daß das Spülmediua, das durch diese Öffnungen an einer Seite des Zylinders eingeblasen wird, so gesammelt wird, daß es mit dem von den anderen SpülÖffnungen an der anderes Seite des Zylinders eingeblasenen Spülmedium zusammentrifft. Darüberhinaus sind, wenn nur zwei Spülschlitze, d.h. einer an Jeder Seite des Zylinders, vorgesehen sind, diese Spülschlitze so geneigt, daß das durch den einen der Spülschlitze eingepresste Spülmedium mit dem durch den anderen der Spülschlitze eingepressten Spülmedium an der anderen Seite des Zylinders zusammentrifft. Ebenso, wie bei den Spülschlitzen können mehrere oder ein einzelner Auslaßschlitz an" beiden Seiten des Zylinders vorgesehen sein.

Um das in dem Zylinder durch die Spülschlitze eingepresste Spülmedium formschlüssig auf den Fixpunkt in der neutralen Ebene an der am weitesten von den Aus— trittsschiitzen entfernten Stelle so abzulenken und zu führen, daß es mit der laminaren Gegenspülströmung zusammentrifft, kann jeder Kolben vorzugsweise eine gekrümmte Fläche an der Kante des Kolbenbodens aufweisen.

Die laminare Gegenspülströmung, die mit der anderen Spülströmung an dem Fixpunkt zusammentrifft, ist in ihrer Geschwindigkeit so stark reduziert und dabei die Spülmedien so im Zylinder vermischt, daß die

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Abgase gleichförmig an "beiden Seiten durch die Auslaßschlitze ausgepresst werden, wobei gleichzeitig das Spülmedium am direkten Durchgang durch die Au si aß schlitze und die Abgase am "Verbleiben im Zylinder gehindert werden. Aus den oben erwähnten Gründen liegt der Pixpunkt, der identisch mit dem ■ Berührungspunkt mit der Gegenspülströmung ist, in der neutralen Ebene an der am weitesten von den Spülschlitzen entfernten Stelle.

Eine derartige Art von Spülung ist im Vergleich mit den üblichen Gleichstromspülungen völlig neu und verbessert den Wirkungsgrad dieser Maschinen erheblich, da bei Zweitaktmaschinen das Ausblasen der Abgase am Ende des Rückhubes des Kolbens durch das Spülmedium den mittleren wirksamen Druck außerordentlich beeinflusst. Bei dieser Art der Spülung wird, wenn das Hub—Bohrungs-Verhältnis klein ist, ein hoher Spülungsgrad erreicht. Das Hub—Bohrungs-Verhältnis liegt im Bereich von 0,5 bis 1,0, vorzugsweise bei etwa 0,7« _:

Die Spül— und Auslaßschlitze sind so in einige Abschnitte um den Zylinder angeordnet, daß die Form des Kolbenbodens nicht auf die flache Ausbildung begrenzt ist, wocurch die Möglichkeiten für die Konstruktion des Kolbenbodens wesentlich vergrößert werden. Wenn gewünscht, kann der Kolbenboden gewölbt ausgebildet oder mit Vorsprüngen versehen sein. In diesem EaIl kann eine Wirbelung im Zylinder unabhängig von der lademenge erreicht werden, so daß hervorragende Brenn— bedingungen erreicht werden. Darüberhinaus können die Vorsprünge als Kühlbereich zur Verhinderung einer Überhitzung von Teilen des Kolbens dienen. Der Kolben—

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boden kann auch konkav ausgebildet sein, um eine günstige Brennkammer zwischen den beiden Kolbenboden zu schaffen* .

Da gemäß der Erfindung ein kleines Hub-Bohrungs-Verhältnis erreicht wird, wird die Länge der Rohrverbindungen zwischen dem Kurbelgehäuse und den Spülschlitzen geringer und der Druckverlust in der Spülleitung und die kubische Expansion durch Erwärmung vermindert, so daß die Kurbelgehäuseverdichtung ohne Verminderung des Spülungs-Wirkungsgrades anwendbar ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Zylinder eines Gegenkolbenmotors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Pig. 2 einen Teilschnitt in einer Horizontalebene entlang der Mittellinie in Fig. Ij

Pig. 3 eine' Schrägansicht eines bei der Ausführungsform gemäß Pig« I verwendeten Kolbens;

Pig. 4 einen Teillängsschnitt auf einen Gegenkolbenmotor gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 einen Teilschnitt in der Horizontalebene entlang der Mittellinie gemäß Fig. 4 und

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Figo 6 eine Schrägarisicht auf einen bei der Ausführungsform.gemäß Fig. 4 und verwendeten Kolben. ■ ■

Wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, sind zwei Kolben 4 und 4' in einem Zylinder 1 symmetrisch zu der Neutralebene X-X des Zylinders angeordnet. Die Kolben 4 und 4' werden synchron in entgegengesetzten Richtungen durch Kurbelwellen 3 und 3' hin-und herbewegt, die miteinander durch einen Synchronisationsriementrieb 2 verbunden sind.

Kurbelgehäuse 5 und 5', die als Spülpumpen arbeiten, sind-mit den Spülschlitzen 6 und 6' durch Verbindungsrohre 7 und 7* verbunden. Die Spülschlitze 6 und 6¹ sind in dem Zylinder im Bereich des unteren Tot- punktes der beiden Kolben 4 urid 4' angeordnet. In Umtauschabstand von diesen Spülschlitzen sind Auslaßschlitze 8 und 8¹ und Ansaugöffnungen 9 und 9' im Zylinder im Bereich der unteren Totpunkte bzw. der oberen Totpunkte der Kolben 4 bzw. 4¹ angeordnet. Beide Kurbeln haben die gleiche Phase und die Ansaugöffnungen 4 und 4¹, die Auslaßschlitze 8 und 8^f und die Spülschlitze 6 und 6¹- sind entsprechend an beiden Seiten des Zylinders so ausgebildet, daß sie synchron durch beide Kolben 4 und 4' geöffnet und geschlossen werden. .

Wie in Fig. 3 gezeigt, ist in jeder Kolbenbodenkante ein Schulterabschnitt 12 mit bogenförmigem Querschnitt zum Ablenken und Führen des Spülmediums ausgebildet, welches durch die Spülschlitze auf den Fixpunkt 13, wie er im folgenden erläutert wird οΛ. ο .!'■ : . iiv .

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Wenn die beiden Kolben 4 und 4¹ sich der neutralen Ebene X-X des Zylinders nähern, werden die. Ansaugöffnungen 9 und 9' geöffnet und durch diese frisches Lademedium in das Kurbelgehäuse 5 und 5¹ eingeführte Am Ende des Verdichtungshubes, bei dem die Kolben 4 und 4^l an den entsprechenden oberen Totpunkten, wie in strichpunktierten Linien in Fig. 1 dargestellt, liegen, wird die Zylinderfüllung mittels einer Zündkerze 14 gezündet und verbrannt. Dann werden die Kolben 4 und 4¹ durch den hohen Gasdruck zurückbewegt, der durch die Verbrennung erzeugt wird und auf die Kolbenboden wirkt, so daß die Ansaugöffnungen 9 und 9' geschlossen werden und das frische Gemisch in den Kurbelgehäusen verdichtet wird. Wenn die Kolben 4 und 4' in den Bereich ihrer unteren Totpunkte kommen, werden die Auslaßschlitze 8 und 8' geöffnet. Wenn die Kolben 4 und 4' so weit zurückbewegt sind, daß der Druck im Zylinder 1 dem Druck im Kurbelgehäuse sich genähert hat, werden die Spülschlitze 6 und 6' geöffnet, wodurch das verdichtete frische Gemisch über die Spülrohre 7 und in den Zylinder eingepresst wird. In dieser Lage wird das frische Gemisch durch die bogenförmigen Abschnitte 12 in den beiden Kolbenbodenkanten auf. den Fixpunkt zu abgelenkt und geführt, der an der neutralen Linie des Zylinders liegt und am weitesten von den Auslaßschlitzen 9 und 9' liegt. Das frische Gemisch strömt daher auf den Festpunkt entlang der Zylinderachse in laminaren Gegenstrom. Das frische Gemisch, mit anderen Worten, das Spülmedium berührt das entgegenströmende Gemisch an dem Festpunkt, wodurch eine Diffusion entsteht und drückt das Abgas durch die Auslaßschlitze 8 und 8' aus dem Zylinder. Etwa zu dem Zeitpunkt, wenn die Spülströmung die

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Auslaßschlitze erreicht, v/erden"die Spiilsciilitze 6 und 6« und dann die Au si aß schlitze S nnä 8«. ihrerseits geschlossen, worauf der Verdic&foBgaiiub beginnt. Der Taktablauf wiederholt sich dann, von selbst.

Eine andere Ausführungsform der ErfindtaBg ist in Pig, -"5 _ 6 dargestellt· Bei dieser Atisfiitaungsforffl. sind vier Spülschlitze 15,' 15¹, 16 unä "16! an beiden Enden des Zylinders 1 ausgebildet und! mit dem Kurbelgehäuse 5 und 5' durch Spülleitungen 17 _f 17* und 18, 18' verbinden. Das durch die Spülschlitze 15 _f 15'und ."■--■ 16, 16' in den Zylinder gepresste Spülmeäiuia wird. durch ■■ Kolbenbodenkanten abgelenkt und so zasaeaengeführt, daß es an die Zylinderwand gelangt undl emtlang dieser Zylinderwand geführt wird, so daß das; Spüimediixm mii; dem entgegenströmenden Spülmedium an einem Eestpunfct 13 in der neutralen Ebene X-X zusammenstoSi;. Statt des bogenförmigen Schulterabschnittes 12 der ersten Ausführungsf orm hat jeder Kolbenboden, wie in Fig. 6 gezeigt, einen Kühlbereich 10 und einen Seisalterabsehnitt 11. Die Schult er abschnitte 11 der beiden Kolben "bilden. an deren oberen Totpunkten eine Brenrilcammer, wie in strichpunktierten Linien in Fig. 4 gezeigt und die Kühlabschnitte 10 der beiden Kolben bewirken eine kräftige Durchwirbelung. .

Mit Ausnahme der vorstehend beschriebienen llerkmale ist diese Ausführungsform der ersten AusifUiirmigsform gleich, so. daß eine ins einzelne gehende ErläTaLtereng sich erübrigt.

Wenn auch nur zwei vorzugsweise Ausfüiiningsformen der ' Erfindung gezeigt sind, so können dock selbstverständlich unterschiedliche Änderungen undl AXbwanälungen innerhalb des Schutzbereiches gemacM werden.

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Claims

T942ÖQ7

Patentansprüche

1«, , Gegenkolbenmotor mit einem zwei Kurbelgehäuse verbindenden Zylinder mit Ansaugöffnungen, Spülschlitzen und einem Paar von Kolbenanordnungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Spülschlitze (6, 6'; 15, 15», 16, 16¹) und Auslaßschlitze (8, 8') an beiden Seiten des Zylinders (i) vorgesehen sind, wobei die Spülsehlitze so angeordnet sind, daß ein SpüUnedium an einen Eixpunkt (13^ am weitesten von den Auslaß schlitz en. entfernt geführt wird und diese laminare Spüliaittelströmung mit einer .laminaren Gegenströmung iron Spülmittel zusammentrifft, die von der anderen'Seite des Zylinders her geführt wird und wobei die KolTbenanordnungen (4, 4'.) in entgegengesetzten Richtungen so hin und her gehen, daß sie die Spülschlit-se" und die Aus laß schlitze synchron öffnen und schließen.
2. GegenkolbeBHOtor mit einem zwei Kurbelgehäuse verbindenden- Zylindern und Ansaugöffnungen, 'Spülschlitzen und einem Paar von Kolbenanordnungen, die in entgegengesetzten Eichtungen hin- und herbe— wegoar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Spülschlitze und Auslaßschlitze an beiden Seiten des Zylinders durch die Kolben synchron geöffnet und geschlossen werden und daß jeder Kolben (4, 4¹) eine gekrümmte Fläche (11, 12) an der Kante des Kolbenbodens aufweist, um ein durch die Spülschlitze (6, 6¹; 15, 15*, 16 16») eingepresstes Spülmedium

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ORKaiNAL INSPECTED

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auf den Fixpunkt (13)·am .weitesten entfernt von den Auslaßschlitzen (8, 8') abzulenken und zu führen, so daß die laminare Strömung des Spülmittels mit einer laminaren Gegenströmung eines Spülmittels zusammentrifft , das durch den Kolbenboden des anderen Kolbens geleitet ist.
3· Gegenkolbenmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugöffnungen (9, 9¹) an beiden Seiten des Zylinders (1) so angeordnet sind, daß sie synchron durch die Kolben (4-, 4'ö ge— öffnet und geschlossen werden.
4·. Gegenkolbenmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hub-Bohrungs-Verhält- nis im Bereich von 0,5 bis 1,0 liegt. : >■"'"■■■
5. Gegenkolbenmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spülsehlitze (6, 6'; 15, -l'5'i" 16 16') mit dem Kurbelgehäuse (5, 5') in Verbindung stehen, in welchem die Gase beim Rückhub des Kolbens (4,' 4^!) verdichtet werden.
6. Gegenkolbenmotor nach Anspruch 1 oder 2, da— durch gekennzeichnet, daß die Ansaugöffnungen, die Spülschlitze (16, 16') und die Auslaßschlitze (8, 8«) entsprechend durch zwei Öffnungen gebildet sind, wobei je ein Spülschlitz und ein Auslaßschlitz für jede Seite des Zylinders (1) vorgesehen ist.

ORiQlNAL INSPECTED

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