DE2153940C2 - Hubkolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfind'. ;g betrilTt eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, welche mit einer Zylinderbuchse versehen ist. die um die Zylinderachse drehbar und mit einem Antrieb versehen ist. durch welchen sie im Betrieb in Drehung versetzt werden kann.

Bei Hubkolbenbrennkraftmaschinen. bei weichen der KoIl^- η linear in einer Z\linderlaufbuch.se hin und her K'weglich ist. ist die Belastbarkeit des Kolbens durch das- und Massenkraft durch die Gefahr von sogenanntem Fressen des Kolbens begrenzt

Bei Huhkolbenbrennkrafimasehinen. die mit hohen Drücke., in Z\lindern arbeiten, wie z. B. aufgeladenen Dieselmotoren, hat es sich erwiesen, daß ein sehr gutes Dichtung- und L aufverhalten des Kolbens mit den Kolbenringen .owie ein besonders gutes Laufbild an den Laufflächen und daher eine besonders hohe Belastbarkeit erhalten werden, wenn sich der Kolben mit den Kolbenringen gegenüber dem Zylinder dreht. Diese bekannte Maßnahme ist jedoch nicht bei allen Kolbenbrennkraftmaschinen anwendbar. So besteht z. B. bei Kreuzkopfmaschinen mit Wasserkühlung eine Schwierigkeit mit der Zufuhr von Kühlwasser in einen rotierenden Kolben.

Andererseits ist es /.. B. aus der deutschen Patentschrift 201 42S bekannt, die Zylinderlaufbuchse gegenüber dem Kolben drehbar auszubilden. Die bekannte Maßnahme erfolgt zur Schiebersteuerung des Gasstromes. Eine solche Ausbildung ist bei Hubkolbcnmasch'men. welche nicht mit dieser Art \on Steuerung ausgerüstet sind und z. B. Einlaß- und Auslaßschlitze haben, -nicht verwendbar.

Die Erfindung hat die Schaffung einer Kolbenbrennkraftmaschine zum Ziel, bei welcher die erwähnten, durch Drehung des Kolbens erzielbaren günstigen Verhältnisse auch ohne Drehung des Kolbens erzielt werden können.

Die erfindungsgemäße Kolbenbrennkraftmaschine, durch welche dieses Ziel erreicht wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Zylinderlaufbuchse auf einen Bereich beschränkt ist, in welchem sich die Kolbenringe im unteren Totpunkt befinden.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird der Zylinder in zwei Teile unterteilt, wobei der untere, weniger belastete Teil gegenüber dem oberen Teil eine Drehbewegung ausführt. Dadurch werden einerseits günstigere Laufverhältnisse für den Kolben gewonnen, da z. B. an Stellen, wo eine Gefahr von Fressen besteht, gleiche Verhältnisse wie bei einem rotierenden Kolben geschalTen werden. Zusätzlich wird jedoch eine Drehung der Kolbenringe in ihren Nuten gegenüber dem Kolben erreicht, die sich vorteilhaft auf die Laufverhältnisse der Kolbenringe und der Zylinderwand auswirkt. Zusätzlich entsteht dabei eine weitere vorteilhafte Erscheinung, daß sich die Ringe mit verschiedenen Geschwindigkeiten am S Umfang" bewegen. Die einzelnen Ringe verweilen nämlich bei ihrem Eintauchen in den drehbaren Teil in diesen verschieden lang. Der oberste Kolbenring liegt auf der Wand des drehbaren Teiles während des kürzesten Zeitraumes, der unterste Kolbenring vvährend des längsten Zeitraumes auf. Die Kolbenringe werden somit einerseits gegenüber dem Kolben, »eaenüber dem feststehenden Teil des Zylinders und auch gegenseitig gedreht, so daß fast nie und auch dann nur während eines kurzen Zeitraumes ein Zustand eintreten kann, bei welchem sich die Schliize aller Kolbenringe direkt untereinander befinden.

Die Erfindung wird an Hand in der Zeichnung

daru-Melltei Ausführungsbeispkle erläutert Es zeigt Eis;. 1 einen Schnitt eines Zylinders einer erfindungsgemälien Hubkolbenbrennkraftmaschine, wobei

in deMinkjn Hälfte der Figur der Kolben in seinem oberen Totpunkt, in der rechten Hälfte der Figur

der Kolben im unteren Totpunkt dargestellt ist.

Fig. 2 einen der Fig. 1 entsprechenden Teilschnitt einer Maschine mit einem vom Kolben betätigbaren Schaltmechanismus zum Antrieb der drehbaren Buchse und

Ii ü. 3 einen Schnitt nach der Linie ΙΠ-1ΙΙ in de: F i g. 2

Vm einer aufgeladenen Dieselbrennkraftmaschine mit Kreuzkopf ist nur der Zylinderblock 1 mit einer Zylinderlaufbüchse 2 sowie einem darin befindlichen Kolben 3 dargestellt. Der Kolben 3 ist durch eine Kolbenstange 4 mit einem nicht dargestellten Kreu/-kopf verbunden. Die Zylinderlaufbuchse 2 ist in bekannter Weise mit Auspiiffschlitzen 5 und Spülschlitzen 6 für Spülluft \erser;n. Der Kolben 3 enthält drei in bekannter Weise in Ringnuten gelagerte geschlitzte Kolbenringe 7. 8, 9.

4" Im unteren Teil der Zvlinderlaui'buchse 2 befindet sich eine drehbare Zylinderlaufbuchse 10, die einen Teil der Wand des Zylinders bildet. Die Zylinderlaufbuchse 10 ist mit einem Bund 11 versehen, welcher durch einen mehrteiligen Ring 12 gegenüber der Zylinderlaufbuchse 2 um die Zylinderachse drehbar geführt ist. Am unteren Ende der Zylinderlaufbuchse 10 ist ein Flansch mit einer Verzahnung 13 ausgebildet.

Wie aus dem rechten Teil der F i g. 1 ersichtlich ist. mündet in den Spalt zwischen der drehbaren Zylinderlaufbuchse 10 und der Zylinderlaufbuchse 2 eine Bohrung 14, die an eine Schmierleitung 15 für die Zufuhr von Schmieröl angeschlossen ist. Außerdem ist am unteren Ende der drehbaren Zylinder-SS laufbuchse 10 ein Elektromotor 16 mit einem Untersetzungsgetriebe 17 angeordnet, dessen Ausgangsritzel mit der Verzahnung 13 der Zylinderlaufbuchse 10 kämmt. Während des Betriebes der Hubkolbenbrenhkraf'- maschine bewegt sich der Kolben 3 zwischen den beiden dargestellten Endstellungen auf und ab. Gleichzeitig dreht der Elektromotor 16 langsam die Zylinderlaufbuchse 10 in der Zylinderlaufbuchse 2. Die Kolbenringe 7, 8 und 9 des Kolbens 3 gelangen jeweils im Bereich des unteren Totpunktes in die drehbare Zylinderlaufbuchse 10. An dieser Stelle sind die Kolbenringe von Gaskräften entlastet und daher in ihren Nuten in Umfangsrichtung leicht be-

weglich. Andererseits werden sie durch ihre eigene Elastizität gegen die Wand der drehbaren Zylinderlaufbuchse 10 angepreßt. Das führt dazu, daß die Kolbenringe 7, 8 und 9 während ihres Aufenthaltes in der Zylinderlaufbuchse 19 zusammen mit dieser gedreht werden. Dabei führt der Kolbenring 9. der sich nm längsten in der Zylinderlaufbuchse 10 befindet, die größte Bewegung in Umfangsrichtung aus. der Kolbenring 7 die kleinste. Die Kolbenringe 7. 8. 9 werden einerseits gegenüber dem Kolben 3 und gegenüber dem feststehenden Teil des Zylinders, andererseits auch gegeneinander gedreht.

Die Drehung der Kolbenringe 7. 8. 9 gegenüber dem Kolben 3 und dem Zylinder hat im wesentlichen die gleiche Wirkung wie die Drehung der bekannten drehbaren Kolben. Es wird dadurch einer Gefahr von Fressen des Kolbens im Zylinder entgegengewirkt und ein sauberes Laufbild der Laufflächen erhalten. Zusätzlich wird durch die gegenseitige Drehung der Kolbenringe 7. {,.9 verhindert, daß während eines längeren Zcitrauir.es mehrere Schlitze der Kolbenringe 7, 8, 9 übereinander laufen können, was sich bekanntlich für den Kolben 3 und cieti Zylinder nachteilig auswirkt.

In den Fig. 2 und 3 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei welcher die Drehbewegung der div!.-baren Zylinderlaufbuchse in Schritten erfolgt und vom Kolben 3' abgeleitet ist. Die der F i g. 1 entsprechenden Teile sind dabei mit gleichen Be/ugszeichen, jedoch mit einem Strich bezeichnet.

Bei der Ausführung nach den F i g. 2 und 3 ist die drehbare Zylinderlaufbuchse 10' an ihrem unteren Ende mit einer sägeartigen Verzahnung 13' versehen, in welche eine Klinke 20 eingreift. Die Klinke 20. die durch eine nicht dargestellte Feder in die Verzahnung 13' gedruckt wird, ist in einem Teil 21 gelagert, welcher auf einem drehbaren Ring 22 befestigt ist. Der drehbare Ring 22 enthält einen inneren Flansch 23, welcher in einer L'mfangsnut im feststehenden Ring 12' geführt ist. Außerdem ist der Ring 22 mit einer Rolle 24 versehen, die auf einem mit dem Ring 22 fest verbundenen Teil 25 drehbar gelagert ist. Der Teil 25 ist mit einem nach unten gerichteten Vorsprung 26 versehen, welcher zwischen zwei im ZyI inderblockausgebildeten Anschlägen 27,28 beweglich ^;st. Zwischen dem Vorsprung 26 und dem Anschlag 28 befindet sich eine Schraubenfeder 29, welche den Teil 25 zusammen mit der Rt)IIe 24 in der F i g. 2 nach links drückt und eine entsprechende Drehung des Ringes 22 bewirkt.

W ie aus der F i g. 2 ersichtlich ist, ist der Kolben 3' in seinem unteren Teil mit einem Einschnitt versehen, der durch eine Nockenfläche 30 begrenzt ist, die mit der Rolle 24 zusammenwirkt.

Wenn der Kolben 3' bei seiner Bewegung nach unten in die Nähe seines unteren Totpunktes gelangt, so stößt seine Nockenlläche 30 gegen die Rolle 24 und bewegt sie unter entsprechender Drehung des Ringes 22 in der Fig. 2 nach rechts. Dadurch wird gleichzeitig durch Jen Ring 22 auch die Klinke 20 in der

F i g. 3 nach rechts bewegt und mit ihr die drehbare Zylinderlaufbuchse 10'. Bei einer Bewegung des Kolbens 3' nach oben folgt die Rolle 24 unter dem Einfluß der Schraubenfeder 29 der Nockenfläche 30, was zu einer Drehung des Ringes 22 in entgegengesetzter Richtung führt. Dabei gleitet die Klinke 20 über die Verzahnung 13' der Zvlinderlaufbuchse 10'. so daß sich die Zylinderlaufbuchse nicht dreht. Erst b/!i der nächsten Bewegung des Kolbens 3' nach unten folgt eine weitere Drehung der Zylinderlauibuchse 10'.

Bei der Ausführung nach den F i g. 2 und 3 ist es möglich, eine zusätzliche, im Zylinderblock befestigte Klinke vorzusehen, welche in die Verzahnung \y eingreift und eine C:;hbewcgung der Zvlinderlaulbuchse 10' während de. Rückwärtsbewegung des Ringes 22 verhindert. Es ist auch möglich, eine zweite Antriebsvorrichtung nach -'er Art der Teile 22 bis 30 vorzusehen, die bei der Aufwürtsbewegung des Kolbens 3' wirksam ist und während dieser eine weitere Drehung der Zylinderlaufbuchse 10' bewirkt.

Es versteht sich, daß bei der Ausführung nach den

Fig. 2 und 3 das Klinkengetriebe (Teile 13'. 20) durch ein anderes F.inweggetriebe. z. B. einen Rollenfreilauf. ersetzt werden kann.

Beide dargestellten Ausführungsfoimen enthalten Sicherungen geuen L berlast. welche verhindern, daß Teile der Maschine beschädigt werden, sobald das zur Drehung der Zvlinderlaufbuchse 10 bzw. 10' erforderliche Drehmoment über einen zulässigen Grenzwert ansteigt.

Bei der Ausführung nach 'er Fig. 1 wird in einem solchen Fall der Elektromotor 16 überlastet und kann stromseitig durch an sich bekannte Überlastungssicherungen abgeschaltet werden. Bei den Ausführungsformen nach den F i g. 2 und 3 kann es vorkommen, daß die Schraubenfeder 29 nicht mehr den Widerstund gegen eine Drehung der Zylinderlaufbuchse 10' überwinden kann. Die Zylinderlaufbuchse 10 bleibt in einem solchen Fall in der Endstellung stehen, in welcher die Schraubenfeder 29 zusammengedrückt ist.

Es ist jedoch auch möglich, besondere Sicherhcitselementc. wie z. B. Sollbruchstellen, vorzusehen, an denen im Falle eines übermäßigen Widerstandes gegen Drehung die kraftschlüssige Verbindung zwischen der Zylinderlaufbuchse 10, 10' und dem Antrieb unterbrochen wird.

Es versteht sich auch, daß für solche Fälle Alarmvorrichtungen vorgesehen sein können, welche in Betrieb gesetzt werden, sobald die Drehung der Zylinderlaufbuchse 10 bzw. 10' unterbleibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Hiibkolbenbrennkraftmaschin«.. welche mit einer Zylinderlaufbuchse \ersehen ist. die um die Zylinderachse drehbar und mit einem Antrieb versehen ist. durch welchen sie im Betrieb in Drehung versetzt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die drehbare Zylinderlaufbuchse (10. 10') auf einen Bereich beschränkt ist, in welchem sich die Kolbenringe (7. 8. 9) im unteren Totpunkt befinden.