DE3347859A1

DE3347859A1 - Zweitakt-kolben-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3347859A1
Application number: DE19833347859
Authority: DE
Inventors: Rabbe Dr.med. 8022 Grünwald Nordström
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-09-01
Filing date: 1983-09-01
Publication date: 1985-06-13

Description

Zweitakt-Kolben-Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Zweitakt-Kolben-Brennkraftmaschine gemäß dem Merkmal des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 .

Eine Zweitakt-Kolben-Brennkraftmaschine dieser Art ist aus der DE-OS 30 29 287 bekannt. Die Brennkraftmaschine weist drei gleichachsig angeordnete, gegeneinander abgedichtete Zylinderkammern auf, in welchen je einer von drei über eine Kolbenstange in Verschieberichtung fest miteinander verbundenen Kolben verschiebbar angeordnet ist. Die mittlere Zylinderkammer ist durch den mittleren Kolben in zwei Räume unterteilt. Die Kolben steuern jeweils Ventilschlitze ihrer Zylinderkammern und, gegebenenfalls in Verbindung mit der Kolbenstange, überströmkanäle zwischen benachbarten Zylinderkammern. Bei der bekannten Brennkraftmaschine bilden die beiden äußeren Zylinderkammern die Brennräume, während die mittlere Zylinderkammer durch den mittleren Kolben in zwei Vorverdichterräume unterteilt ist. Bei dieser Anordnungsweise muß die Kraftabnahme auf der Seite der "heißen" Brennräume erfolgen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Wärmeführung der bekannten Brennkraftmaschine zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Brennkraftmaschine kann direkt mit dem Kolben einer Kolbenpumpe oder sonstigen Arbeitsmaschine, die die hin- und hergehende Bewegung der drei Kolben ausnutzen kann, gekuppelt sein, wobei sie bevorzugt fest mit der Arbeitsmaschine verbunden ist.

In bevorzugten Ausfuhrungsformen wird die Hubbewegung der Kolben mit Hilfe eines Getriebes gemäß den Ansprüchen 3 bis 6 in eine Drehbewegung überführt. Das Getriebe sitzt in Verschieberichtung der Kolben seitlich der Brennkraftmaschine fest an den Zylinderkammern und unterscheidet sich damit von dem Getriebe der aus der DE-PS 736 050 bekannten Zweitakt-Brennkraftmaschine, bei welcher das Getriebe zwischen gegenläufigen Hubkolben sitzt und die Kraftabnahme über rotierende Zylinderkammern erfolgt.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Getriebes ist das erste Getriebeteil als in dem Gehäuse drehbar, aber axial fest gelagertes Zahnrad ausgebildet. Das zweite Getriebeteil umfaßt eine in Verschieberichtung langgestreckte Stange mit Polygonquerschnitt, vorzugsweise Drexecksquerschnitt, die eine den Polygonquerschnitt formschlüssig angepaßte öffnung des Zahnrads verschiebbar durchsetzt. Die Stange kann in einem Gleitlager des Zahnrads gelagert sein. Vorzugsweise ist in der öffnung des Zahnrads jedoch ein die Stange drehfest aber axial verschiebbar führendes Linearwälzlager angeordnet. Die Wälzkörper sind exzentrisch zur Symmetrielängsebene der Polygonflächen angeordnet, um das Drehmoment übertragen zu können. Bei den Wälzkörpern kann es sich um

achsfrei in Käfigen, beispielsweise Käfigen für Endlos-Wälzkörperreihen/ geführte Kugeln oder Zylinder handeln;
die Wälzkörper können aber auch jeweils für sich an Achsen des Wälzlagers gelagert oder geführt sein.
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Die Kurvenbahn weist zweckmäßigerweise wenigstens einen um die Drehachse herum sich erstreckenden, in Verschieberichtung ansteigenden Schubflächenabschnitt und wenigstens einen um die Drehachse herum sich erstreckenden, in Verschieberichtung abfallenden Schubflächenabschnitt auf. Die ansteigenden und die abfallenden Schubflächenabschnitte sind jeweils paarweise vorgesehen und wechseln sich in ümfangsrichtung ab. Die Zahl der Paare ansteigender und abfallender Schubflächenabschnitte bestimmt die Zahl der Hubbewegungen des Kurvenfolgers pro Umdrehung des sich drehenden Getriebeteils. Zweckmäßigerweise sind wenigstens zwei Paare ansteigender und abfallender Schubflächenabschnitte vorgesehen.
Die ansteigenden und abfallenden Schubflächenabschnitte
weisen bevorzugt in entgegengesetzte Richtungen, so daß

sowohl die Hin- als auch die Herbewegung des Kurvenfolgers kraftschlüssig von den Schubflächenabschnitten geführt wird. Die Form der Schubflächenabschnitte kann herkömmlich, insbesondere unter Berücksichtigung der Beschleunigungsverhältnisse des Kurvenfolgers, beispielsweise in Sinoidenform,

gewählt sein.

Im folgenden sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein Getriebe für eine Zweitakt-Brennkraftmaschine gemäß
der Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Getriebe der Fig. 1
gesehen entlang einer Linie II-II;

Fig. 3 eine Abwicklung des Innenmantels eines mit einer Kurvenbahn versehenen zylindrischen Gehäuseteils des Getriebes der Fig. 1 und

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine Zweitakt-Brennkraftmaschine , insbesondere zur Verwendung mit einem Getriebe gemäß Fig. 1.

Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Getriebe 1 dient der Umsetzung der Hubbewegung der Zweitakt-Brennkraftmaschine der Fig. 4 in eine Rotationsbewegung und soll zunächst erläutert werden. In einem Gehäuse 5 des Getriebes 1 ist drehbar eine Eingangswelle 7 gelagert, auf der drehfest ein Ritzel 9 sitzt. Das Ritzel 9 kämmt mit einem Zahnrad 11, welches axial beiderseits an Kugellagern 13 um eine Drehachse 15 drehbar in dem Gehäuse 5 gelagert ist. Eine langgestreckte Stange 17 mit dreieckförmigem Querschnitt und ebenflächigen Polygonflächen 19 durchsetzt, wie am besten Fig. 2 zeigt, eine zentrische öffnung 21 des Zahnrads 11. Wälzkörper 23 eines Linearwälzlagers führen die Stange 17 drehfest, aber axial verschiebbar in dem Zahnrad 11. Die Wälzkörper 23 sind hierzu exzentrisch zur Längssymmetrieebene jeder Polygonfläche 19 angeordnet, um die Drehmomentübertragung sicherzustellen. Bei dem Linear-Wälzlager kann es sich um ein Wälzlager nach Art einer Kugelbüchse mit endlosen Wälzkörperreihen handeln. Die Wälzkörper 2 3 können aber auch als achsgelagerte Rollen oder dergleichen ausgebildet sein. Die Stange 17 ist mit einem Kurvenfolger 25 eines Kurvengetriebes 27 drehfest verbunden. Der Kurvenfolger 25 verfolgt kraftschlüssig eine am Innenmantel eines hohlzylindrischen Gehäuseteils 29 als Nut vorgesehene Kurvenbahn 31. Die Kurvenbahn 31 umschließt gleichachsig die Drehachse 15 des Zahnrads 11 und damit der Stange 17 sowie des Kurvenfolgers 25. Wie am besten die Abwicklung des Innenmantels des Gehäuseteils 29 in Fig. 3 zeigt, besteht die Kurvenbahn 31 aus in Umfangsrichtung abwechselnd paarweise auf-

einanderfolgenden/ ansteigenden Schubflächenabschnitten 33 und abfallenden Schubflächenabschnitten 35. Die Anzahl der Schubflächenabschnittspaare bestimmt die Zahl der Hin- und Herbewegungen des Kurvenfolgers 25 und damit der Stange 17 pro Umdrehung des Zahnrads 11. Die ansteigenden Schubflächenabschnitte 33 und die abfallenden Schubflächenabschnitte 35 weisen in Richtung der Drehachse 15 gegeneinander, so daß sowohl die Hinbewegung als auch die Herbewegung des Kurvenfolgers 25 kraftschlüssig erfolgt. Die Kurvenbahn 31 kann beispielsweise Sinoidenform haben. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Schubflächenabschnittspaare vorgesehen. Andere Paarzahlen sind möglich. Desgleichen weist der Kurvenfolger 25, wie Fig. 1 zeigt, zwei diametral gegenüberliegende Folgerarme 37 auf, die an ihren radial äußeren Enden um radiale Drehachsen drehbare, in die Kurvenbahn 31 eingreifende Rollen 39 tragen. Wenngleich ein einziger dieser Folgerarme 37 ausreicht, so sind doch zur besseren Kraftübertragung soviele Folgerarme vorgesehen, wie Schubflächenabschnittspaare vorhanden sind.

Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt.durch eine Zweitakt-Brennkraftmaschine 201, deren Kolbenhubbewegung vorzugsweise über ein Getriebe der in Fig. 1 dargestellten Art in die Drehbewegung einer Abtriebswelle umgesetzt wird. Die KoI-benhubbewegung der Brennkraftmaschine 201 kann aber auch durch andere Getriebekonstruktionen in eine Drehbewegung umgesetzt werden, oder aber direkt zum Antrieb einer Arbeitsmaschine, insbesondere einer Kolbenpumpe eingesetzt werden.

Die Brennkraftmaschine 201 weist drei gleichachsig nebeneinander angeordnete Zylinderkammern 203, 2 05 und 2 07 auf, in denen je ein Kolben 209, 211 bzw. 213 abgedichtet verschiebbar ist. Die Zylinderkammern sind fest mit dem Gehäuse 5 des Getriebes 1 verbunden. Die Kolben 209, 211, 213 sind axial fest mit einer gemeinsamen, drehfest oder drehbar mit der Stange 17 des Getriebes 1 (Fig. 1)

gekuppelten Kolbenstange 215 verbunden. Der mittlere Kolben 211 unterteilt die mittlere Zylinderkammer in zwei Brennräume 217, 219 und steuert eine, gegebenenfalls mehrere axial mittig angeordnete Auspufföffnungen 221. Die beiden äußeren Zylinderkammern 203, 207 umgrenzen zusammen mit den darin angeordneten Kolben 2 09, 213 einerseits und zur Kolbenstange 215 abgedichteten Zylinderkammer-Trennwänden 223 bzw. 225 jeweils Vorverdichter-.räume 227 bzw. 229. Die beiden äußeren Kolben 209, 213 steuern in die Zylinderkammern 203, 207 führende Einlaßschlitze 231, 233. In der Kolbenstange 215 sind darüber hinaus zwischen dem mittleren Kolben 211 und jedem der beiden äußeren Kolben 209 bzw. 213 Überströmkanäle 235 bzw. 237 vorgesehen, über die vorverdichtete Luft oder vorverdichtetes Gemisch aus den Vorverdichterräumen 227 bzw. 229 in die jeweils benachbarten Brennräume 217 bzw. 219 einströmen kann. Zur Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in den Brennräumen 217, 219 sind Zündkerzen 239, 241 vorgesehen.

Die Brennräume 217, 219 werden wechselweise geladen und gespült und wechselweise gezündet. Fig. 4 zeigt den Brennraum 217 im Augenblick der Zündung. Der Einlaßschlitz 231 ist offen, so daß der Vorverdichterraum 227 mit Frischgemisch geladen wird. Der Arbeitstakt treibt die Kolben in Fig. 4 nach rechts, wobei der Einlaßschlitz 231 geschlossen und die Frischladung komprimiert wird. Der Vorverdichtungsdruck steigt solange an, bis der Überströmkanal 235 unter der Zylinderkammer-Trennwand 223 hindurchgewandert ist und den Vorverdichterraum 227 zum Brennraum 217 öffnet. Dieser Zustand ist in Fig. 4 für den überströmkanal 237 dargestellt. Das vorverdichtete Frischgemisch strömt aus dem Vorverdichterraum 22 9 über e'en überströmkanal 2 37 in den Brennraum 219, während die Abgase über den Auspuffschlitz 221 abströmen. Der Spülvorgang dauert an, bis die Umkehrbewegung des mittleren Kolbens 211 den Auspuffschlitz 221 schließt und die Frischladung erneut in dem Brennraum

verdichtet. Die Brennräume 217, 219 werden abwechselnd gezündet. Weiterhin wird während der Verdichtung der Frisehladung in einem der Brennräume die Frischladung des jeweils anderen Brennraums im zugehörigen Vorverdichterraum vorverdichtet. Die Vorverdichterräume sind auf den Außenseiten der Brennräume angeordnet. Damit können den Brennräumen trotz Vorverdichtung relativ kühle Frischladungen zugeführt werden, selbst wenn die Arbeitstemperaturen der Brennräume zur Verbrennung schwer entzündlicher Kraftstoffe höher gewählt werden. Die Kraftabtriebselemente, hier die Kolbenstange 215, sind auf der "kühleren" Außenseite aus dem Gehäuse der Brennkraftmaschine 201 herausgeführt.

Die Brennkraftmaschine kann nach dem Otto-Prinzip oder Diesel-Prinzip arbeiten. Die Vorverdichtungsdrücke und Kompressionsdrücke können durch geeignete Durchmesserverhältnisse des mittleren Kolbens 211 zu den äußeren Kolben

209, 213 gewählt werden. Die Vorverdichtung kann sich auf die Frischluft allein beschränken, während der Kraftstoff direkt in die Brennräume 217, 219 eingespritzt wird; es kann aber auch Gemisch vorverdichtet werden.

- Leerseite

Claims

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Patentanwälte DiPL.-lTiGriir^EinorAjin,^:Öipl.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr.-Ing. H. LisKA, D1PL.-PHYS. Dr. J. Prechtel

8000 MÜNCHEN 86 2 4. AUg. 1984

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22

TELEFON (0 89) 98 03 52

TELEX 522621

TELEGRAMM PATENTWEICKMANN MÖNCHEN

Ausscheidung aus P 33 31 636.8-12
Dr. med. Rabbe Nordström

Zweitakt-Kolben-Brennkraftmaschine

Patentansprüche

Zweitakt-Brennkraftmaschine, mit drei gleichachsig angeordneten, gegeneinander abgedichteten Zylinderkammern (203, 205, 207), in welchen je einer von drei über eine Kolbenstange (215) in Verschieberichtung fest miteinander verbundenen Kolben (209, 211, 213) verschiebbar angeordnet sind, wobei die mittlere Zylinderkammer (205) durch den mittleren Kolben (211) in zwei Räume (217, 219) unterteilt ist, und die Kolben (209, 211, 213) jeweils Ventilschlitze (221, 231, 233) ihrer Zylinderkammern (203, 205, 207) und, gegebenenfalls in Verbindung mit der Kolbenstange (215) Überströmkanäle (235, 237) zwischen benachbarten Zylinderkammern (203, 205 bzw. 205, 207) steuern, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Kolben (211) die mittlere Zylinderkammer

(205) in zwei Brennräume (217, 219) unterteilt und wenigstens einen beiden Brennräumen gemeinsamen Auslaßventilschlitz (221) oder mehrere gesonderte Auslaßventilschlitze steuert und daß die beiden außenliegenden Zylinderkammern (203, 207) mit Einlaßventilschlitzen (231, 233) versehene Vorverdichterräume (227, 229) bilden, die die Brennräume (217, 219) wechselweise beschicken.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das maximale Volumen der Vorverdichterräume (227, 229) jeweils größer ist als das maximale Volumen des jeweils axial benachbarten Brennraums (217, 219) .
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderkammern (203, 205, 207) fest mit einem Gehäuse (5) eines Getriebes (1) verbunden sind, daß in dem Gehäuse (5) um eine zur Kolbenverschieberichtung parallele Drehachse (15) drehbar ein erstes Getriebeteil (11) und sowohl linear verschiebbar als auch gleichachsig zum ersten Getriebeteil (11) drehbar ein zweites Getriebeteil (17) gelagert ist, daß das zweite Getriebeteil (17) mit der durch eine Stirnwand einer der beiden äußeren Zylinderkammern (227) abgedichtet herausgeführten Kolbenstange (215) und drehfest aber in Richtung der Drehachse (15) verschiebbar mit dem ersten Getriebeteil

(11) gekuppelt ist, daß feststehend an dem Gehäuse (5) ein Kurvengetriebe (27) angeordnet ist, dessen die Drehachse (15) des ersten Getriebeteils (11) umschließende Kurvenbahn (31) in Richtung der Drehachse (15) ansteigende bzw. abfallende Schubflächen (33, 35) hat und dessen Kurvenfolger'(25) bezüglich der Drehachse (15) des zweiten Getriebeteils (17) drehfest mit diesem verbunden ist, derart, daß das zweite Getriebeteil (17) bei mit gleichbleibender Drehrichtung rotierendem ersten Getriebeteil (11) eine hin- und hergehende Verschiebebewegung ausführt.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Getriebeteil als in dem Gehäuse drehbar aber axial fest gelagertes Zahnrad (11) ausgebildet ist, daß das zweite Getriebeteil eine in Verschieberichtung langgestreckte Stange (17) mit Polygonquerschnitt umfaßt, die eine dem Polygonquerschnitt

formschlüssig angepaßte öffnung des Zahnrads (11) verschiebbar durchsetzt.
5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der öffnung des Zahnrads (11) ein die Stange (17) drehfest, aber axial verschiebbar führendes Linearwälzlager (23) angeordnet ist.
6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurvenbahn (31) um die Drehachse herum sich erstreckende, in Verschieberichtung ansteigende Schubflächenabschnitte (33) und um die Drehachse (15) herum sich erstreckende, in Verschieberichtung abfallende Schubflächenabschnitte (35) aufweist, daß die ansteigenden und die abfallenden Schubflächenabschnitte (33, 35) in wenigstens zwei Paaren paarweise vorgesehen sind und sich in Umfangsrichtung abwechseln und daß die ansteigenden und die abfallenden Schubflächenabschnitte (33, 35) in entgegengesetzte Richtungen weisen.