EP0058178B1 - Zweitakt-schwingkolbenmotor - Google Patents

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EP0058178B1
EP0058178B1 EP19810902298 EP81902298A EP0058178B1 EP 0058178 B1 EP0058178 B1 EP 0058178B1 EP 19810902298 EP19810902298 EP 19810902298 EP 81902298 A EP81902298 A EP 81902298A EP 0058178 B1 EP0058178 B1 EP 0058178B1
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radial
fresh
fresh gas
fresh air
piston barrel
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00—Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/02—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps
    • F02B33/06—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps with reciprocating-piston pumps other than simple crankcase pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B71/00—Free-piston engines; Engines without rotary main shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/025—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two

Definitions

  • the invention relates to a two-stroke oscillating-piston engine with at least one piston body that can be moved back and forth and a corresponding number of hollow cylinders designed for the two-stroke function and provided with fresh gas inlet openings, fresh gas transition ducts and exhaust gas outlet openings, the hollow cylinder being provided from parallel joined parts, the piston body having a cylindrical shaft , on which three cylindrical rings acting as pistons are fastened, the hollow cylinder surrounding the piston body being provided in its longitudinal center with a hollow cylinder piece symmetrical to it, the axial bore of which is divided into two fresh gas feed spaces by the middle ring of the piston body, with this hollow cylinder piece Two fresh gas inlet openings are provided symmetrically to its longitudinal center, the feed spaces being connected at their outer ends by a transition groove each to the corresponding fresh gas transition channel are, with the same partition wall being provided on both end faces of the central hollow cylinder piece, and then two mutually symmetrical working cylinder pieces are installed on these two partition walls, the axial bores of which are divided by
  • DE-A-2 607 111 proposes a two-stroke oscillating-piston engine for non-knock-resistant fuels.
  • Three movable, coaxial pistons are firmly connected and each work in a separate part of the cylinder.
  • the middle piston causes suction and a supply of the fresh gas mixture into the combustion displacement.
  • the two outer pistons each divide their cylinder part into the external combustion chamber and an internal displacement, in which hydraulic oil or compressed air is conveyed to transmit the useful power of the engine.
  • FR-A-1 591 575 shows a similar three-piston engine and a crank gear with a cross head for transferring the engine power into a rotary motion.
  • the object of the invention is to burn the fuel of the combustion gas as completely as possible in the expansion space of the engine.
  • a motor with an additional fresh air supply which is characterized in that the outer rings of the piston body divide the bores of the work cylinder pieces into an inner combustion chamber and an outer fresh air feed chamber, that at least in the longitudinal center of these work pieces, two radial openings are arranged next to each other, the inner openings being provided as exhaust gas outlet openings and the outer openings being provided as fresh air inlet openings, that diametrically opposite the exhaust gas outlet openings each have a radial transition opening to the associated fresh gas transition duct and at the outer ends of the fresh air feed spaces a radial fresh air transition groove leads to the corresponding fresh gas transition duct two fresh gas inlet openings in the hollow cylinder piece are arranged side by side symmetrically to its longitudinal center.
  • the two-stroke oscillating-piston engine shown has at least one piston body 1 that can be moved back and forth, which is surrounded by a hollow cylinder 2 consisting of a plurality of parallel, coaxially screwed-together parts. (Fig. 1).
  • the piston body 1 is operatively connected to a special crank gear (not shown in the drawing), the crank pin of which is mounted in a sliding pin which swings at right angles to the longitudinal axis of the piston body 1, the gear part receiving the sliding pin being firmly connected to the piston body 1.
  • the sliding pin should keep the radial force components on the piston body 1 as small as possible by bypassing the connecting rod.
  • the piston body 1 has a cylindrical shaft 3. Three cylindrical rings 4a, 4b, 4c, acting as pistons, are pinned on this.
  • the hollow cylinder 2 is symmetrical with respect to its longitudinal center, as is the middle hollow cylinder piece 5.
  • the axial bore of this hollow cylinder piece 5 is divided into two fresh gas feed spaces 6a, 6b by the middle ring 4b.
  • Symmetrical to its longitudinal center, the hollow cylinder piece 5 has two fresh gas inlet openings 7a, 7b arranged side by side.
  • the outer ends of the feed spaces 6a, 6b of the fl - ohlzylinder Swisses 5 are connected by a respective transition groove 8a, 8b with a left or a right fresh gas transition duct 9a, 9b.
  • At both ends of the middle hollow cylinder piece 5 are the same Zwi partition walls 10a, 10b with a continuous part of the corresponding fresh gas transfer channel 9a, 9b (Fig. 3, 5).
  • two symmetrical working cylinder pieces 11, 12 Adjoining these two intermediate walls 10a, 10b, two symmetrical working cylinder pieces 11, 12 are installed to the longitudinal center of the hollow cylinder 2, the axial bores of which through the two outer rings 4a, 4c of the piston body 1 each in an inner space as the combustion space 13, 14 and one outer space Space as fresh air feed space 15, 16 are divided. At least approximately in the longitudinal center of these work cylinder pieces 11, 12, two radial openings are provided. The outer openings serve as fresh air inlet openings 17a, 18b, the inner openings as exhaust gas outlet openings 17b, 18a.
  • Radial openings 19, 20 are provided diametrically opposite the exhaust gas outlet openings 17b, 18a, which temporarily connect the fresh gas transition channels 9a, 9b to the combustion chambers 13, 14. At their outer ends, the fresh air feed spaces 15, 16 are connected to the fresh gas transition channels 9a, 9b by radial transition grooves 21, 22 (FIGS. 2, 4).
  • the two working cylinder pieces 11, 12 are each closed off in the axial direction by an outer wall 23, 24.
  • the distance between the radial fresh air transition grooves 21, 22 and the radial transition openings 19, 20 is smaller than the distance between the radial fresh gas transition grooves 8a, 8b and the radial transition openings 19, 20.
  • the addition of fresh air results in a more complete combustion of the fuel in the combustion chamber.
  • a plurality of hollow cylinders 2 and piston bodies 1 can be provided to compensate for the torque.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Zweitakt-Schwingkolbenmotor mit wenigstens einem hin und her bewegbaren Kolbenkörper und einer entsprechenden Anzahl für die Zweitaktfunktion ausgebildeten, mit Frischgaseinlassöffnungen, Frischgasüberganskanälen und Abgasauslassöffnungen versehenem Hohlzylinder, wobei der Hohlzylinder aus parallelen zusammengefügten Teilen vorgesehen ist, wobei der Kolbenkörper eine zylindrische Welle aufweist, auf welcher drei als Kolben wirkende, zylinderförmige Ringe befestigt sind, wobei der den Kolbenkörper umgebende Hohlzylinder in seiner Längsmitte mit einem zu dieser symmetrischen Hohlzylinderstück versehen ist, dessen axiale Bohrung durch den mittleren Ring des Kolbenkörpers in zwei Frischgasvorschubräume unterteilt ist, wobei an diesem Hohlzylinderstück symmetrisch zu seiner Längsmitte zwei Frischgaseinlassöffnungen vorgesehen sind, wobei die Vorschubräume an ihren äusseren Enden durch je eine Uebergangsnut mit dem entsprechenden Frischgasübergangskanal verbunden sind, wobei an beiden Stirnseiten des mittleren Hohlzylinderstückes je eine gleiche Zwischenwand vorgesehen ist, und anschliessend an diesen beiden Zwischenwänden zwei zueinander symmetrische Arbeitszylinderstücke eingebaut sind, deren axiale Bohrungen durch die beiden äusseren Ringe des Kolbenkörpers in je einen inneren Verbrennungsraum und je einen äusseren Frischluftvorschubraum unterteilt sind, und wobei der Kolbenkörper in Wirkverbindung mit einem Kurbelgetriebe steht, so dass die radialen Kraftkomponenten auf den Kolbenkörper möglichst klein gehalten werden.
  • Ein Freikolbenmotor ohne Kurbelgetriebe und ohne Frischluftzugabe von Franz Stelzer ist bereits patentrechtlich geschützt.
  • In der DE-A-2 607 111 ist ein Zweitakt-Schwingkolbenmotor für nicht klopffeste Kraftstoffe vorgeschlagen. Drei bewegliche, koaxial liegende Kolben sind fest miteinander verbunden und arbeiten je in einem separaten Teil des Zylinders. Der mittlere Kolben bewirkt ein Ansaugen sowie ein Zuführen des Frischgasgemisches in die Verbrennungshubräume. Die beiden äusseren Kolben unterteilen je ihren Zylinderteil in den aussen liegenden Verbrennungsraum und einen innen liegenden Hubraum, in welchem Hydrauliköl oder Druckluft zur Uebertragung der Nutzleistung des Motors gefördert wird.
  • Die FR-A-1 591 575 zeigt einen ähnlichen Dreikolbenmotor und ein Kurbelgetriebe mit Kreuzkopf zur Uebertragung der Motorleistung in eine Drehbewegung.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den zugeführten Brensstoff des Verbrennungsgases im Expansionsraum des Motors möglichst vollständig zu verbrennen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch einen Motor mit zusätzlicher Frischluftzufuhr, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass die äusseren Ringe des Kolbenkörpers die Bohrungen der Arbeitszylinderstücke in je einen inneren Verbrennungsraum und je einen äusseren Frischluftvorschubraum unterteilen, dass mindestens in der Längsmitte dieser Arbeitsstücke je zwei radiale Oeffnungen nebeneinander angeordnet sind, wobei die inneren Oeffnungen als Abgasauslassöffnungen und die äusseren Oeffnungen als Frischlufteinlassöffnungen vorgesehen sind, dass diametral gegenüber den Abgasauslassöffnungen je eine radiale Uebergangsöffnung zum dazugehörenden Frischgasübergangskanal sowie an den äusseren Enden der Frischluftvorschubräume je eine radiale Frischluftübergangsnut zum entsprechenden Frischgasübergangskanal führt, und dass die beiden Frischgaseinlassöffnungen im Hohlzylinderstück symmetrisch zu seiner Längsmitte nebeneinander angeordnet sind.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigen :
    • Figur 1 einen Längsschnitt durch den'Hohlzylinder,
    • Figur 2 eine Ansicht, in der Richtung der Pfeile 11-11 der Fig. 1, auf das linke Arbeitszylinderstück bei abgehobenem Abschlussdeckel,
    • Figur 3 eine Ansicht, in der Richtung der Pfeile 111-111 der Fig. 1, auf die linke Zwischenwand,
    • Figur 4 einen Grundriss zu Fig. 2 und
    • Figur 5 einen Grundriss zu Fig. 3.
  • Der dargestellte Zweitakt-Schwingkolbenmotor weist wenigstens einen hin und her bewegbaren Kolbenkörper 1 auf, der von einem aus mehreren parallelen, koaxial zusammengeschraubten Teilen bestehenden Hohlzylinder 2 umgeben ist. (Fig. 1). Der Kolbenkörper 1 ist in Wirkverbindung mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten speziellen Kurbelgetriebe, dessen Kurbelbolzen in einem rechtwinklig zur Längsachse des Kolbenkörpers 1 schwingenden Gleitzapfen gelagert ist, wobei das den Gleitzapfen aufnehmende Getriebeteil mit dem Kolbenkörper 1 fest verbunden ist. Der Gleitzapfen soll die radialen Kraftkomponenten auf den Kolbenkörper 1 durch Umgehung der Pleuelstange möglichst klein halten.
  • Der Kolbenkörper 1 weist eine zylindrische Welle 3 auf. Auf dieser sind drei zylinderförmige, als Kolben wirkende Ringe 4a, 4b, 4c verstiftet. Der Hohlzylinder 2 ist inbezug auf seine Längsmitte symmetrisch, ebenso das mittlere Hohlzylinderstück 5. Die axiale Bohrung dieses Hohlzylinderstückes 5 wird durch den mittleren Ring 4b in zwei Frischgasvorschubräume 6a, 6b unterteilt. Symmetrisch zu seiner Längsmitte weist das Hohlzylinderstück 5 zwei nebeneinander angeordnete Frischgaseinlassöffnungen 7a, 7b auf. Die äusseren Enden der Vorschubräume 6a, 6b des fl-ohlzylinderstückes 5 sind durch je eine Uebergangsnut 8a, 8b mit einem linken oder einem rechten Frischgasübergangskanal 9a, 9b verbunden. An beiden Stirnseiten des mittleren Hohlzylinderstückes 5 sind gleiche Zwischenwände 10a, 10b mit einem durchgehenden Teil des entsprechenden Frischgasübergangskanals 9a, 9b vorgesehen (Fig. 3, 5).
  • Anschliessend an diese beiden Zwischenwände 10a, 10b sind zur Längsmitte des Hohlzylinders 2 zwei symmetrische Arbeitszylinderstücke 11, 12 eingebaut, deren axiale Bohrungen durch die beiden äusseren Ringe 4a, 4c des Kolbenkörpers 1 in je einen inneren Raum als Verbrennungsraum 13, 14 und je einen äusseren Raum als Frischluftvorschubraum 15, 16 unterteilt sind. Mindestens annähernd in der Längsmitte dieser Arbeitszylinderstücke 11, 12 sind je zwei radiale Oeffnungen vorgesehen. Die äusseren Oeffnungen dienen als Frischlufteinlassöffnungen 17a, 18b, die inneren Oeffnungen als Abgasauslassöffnungen 17b, 18a.
  • Diametral gegenüber den Abgasauslassöffnungen 17b, 18a sind radiale Oeffnungen 19, 20 vorgesehen, welche die Frischgasübergangskanäle 9a, 9b zeitweise mit den Verbrennungsräumen 13, 14 verbinden. An ihren äusseren Enden sind die Frischluftvorschubräume 15, 16 durch radiale Uebergangsnuten 21, 22 mit den Frischgasübergangskanälen 9a, 9b verbunden (Fig. 2, 4). Die beiden Arbeitszylinderstücke 11, 12 sind in axialer Richtung durch je eine Aussenwand 23, 24 abgeschlossen.
  • Bei jeder Kolbenbewegung nach links expandiert das entzündete Gasgemisch im Verbrennungsraum 13 zwischen der linken Zwischenwand 10a und dem linken äusseren Ring 4a. Anschliessend wird durch diesen linken äusseren Ring 4a Frischluft und durch den mittleren Ring 4b Frischgas zum Ausstossen des verbrannten, expandierten Gases vorgeschoben, während der äussere rechte Ring 4c Frischgas mit Zusatzfrischluft im Verbrennungsraum 14 komprimiert. Bei der Kolbenbewegung nach rechts wiederholen sich die entsprechenden Vorgänge sinngemäss.
  • Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist der Abstand der radialen Frischluftübergangsnuten 21, 22 zu den radialen Uebergangsöffnungen 19, 20 kleiner als der Abstand der radialen Frischgasübergangsnuten 8a, 8b zu den radialen Uebergangsöffnungen 19, 20. Dies hat zur Folge, dass zunächst Frischluft zum Ausstossen des verbrannten Gases verwendet wird, wobei anschliessend Frischgas zusammen mit Zusatzfrischluft den Verbrennungsraum 13 füllen. Dabei wird verhindert, mass mit dem verbrannten Gas auch noch unverbranntes Frischgas ausgestossen wird. Zudem bewirkt die Zugabe von Frischluft eine vollkommenere Verbrennung des Brennstoffes im Verbrennungsraum.
  • Zum Ausgleich des Drehmoments können mehrere Hohlzylinder 2 und Kolbenkörper 1 vorgesehen sein.

Claims (3)

1. Zweitakt-Schwingkolbenmotor mit wenigstens einem hin und her bewegbaren Kolbenkörper (1, 3, 4a, 4b, 4c) und einer entsprechenden Anzahl für die Zweitaktfunktion ausgebildeten, mit Frischgaseinlassöffnungen (7a, 7b), Frischgasübergangskanälen (9a, 9b) und Abgasauslassöffnungen (17b, 18a) versehen Hohlzylinder (2), wobei der Hohlzylinder (2) aus parallelen zusammengefügten Teilen (5a, 10a, 10b, 11, 12, 23, 24) vorgesehen ist, wobei der Kolbenkörper (1) eine zylindrische Welle (3) aufweist, auf welcher drei als Kolben wirkende, zylinderförmige Ringe (4a, 4b, 4c) befestigt sind, wobei der den Kolbenkörper (1) umgebende Hohlzylinder (2) in seiner Längsmitte mit einem zu dieser symmetrischen Hohlzylinderstück (5) versehen ist, dessen axiale Bohrung durch den mittleren Ring (4b) des Kolbenkörpers (1) in zwei Frischgasvorschubräume (6a, 6b) unterteilt ist, wobei an diesem Hohlzylinderstück (5) symmetrisch zu seiner Längsmitte zwei Frischgaseinlassöffnungen (7a, 7b) voyeschen sinol, wobei die Vorschubräume (6a, 6b) an ihren äusseren Enden durch je eine Uebergangsnut (8a, 8b) mit dem entsprechenden Frischgasübergangskanal (9a, 9b) verbunden sind, wobei an beiden Stirnseiten des mittleren Hohlzylinderstückes (5) je eine gleiche Zwischenwand (10a, 10b) vorgesehen ist, und anschliessend an diesen beiden Zwischenwänden (10a, 10b) zwei zueinander symmetrische Arbeitszylinderstücke (11, 12) eingebaut sind, deren axiale Bohrungen durch die beiden äusseren Ringe (4a, 4c) des Kolbenkörpers (1) in je einen inneren Verbrennungsraum (13, 14) und je einen äusseren Frischluftvorschubraum (15, 16) unterteilt sind, und wobei der Kolbenkörper (1) in Wirkverbindung mit einem Kurbelgetriebe steht, so dass die radialen Kraftkomponenten auf den Kolbenkörper (1) möglichst klein gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, dass die äusseren Ringe (4a, 4c) des Kolbenkörpers (1) die Bohrungen der Arbeitszylinderstücke (11, 12) in je einen inneren Verbrennungsraum (13, 14) und in je einen äusseren Frischluftvorschubraum (15, 16) unterteilen, dass mindestens in der Längsmitte dieser Arbeitsstücke (11, 12) je zwei radiale Oeffnungen nebeneinander angeordnet sind, wobei die inneren Oeffnungen als Abgasauslassöffnungen (17b, 18a) und die äusseren Oeffnungen als Frischlufteinlassöffnungen (17a, 18b) vorgesehen sind, dass diametral gegenüber den Abgasauslassöffnungen (17b, 18a) je eine radiale Uebergangsöffnung (19, 20) zum dazugehörenden Frischgasübergangskanal (9a, 9b) sowie an den äusseren Enden der Frischluftvorschubräume (15, 16) je eine radiale Frischluftübergangsnut (21, 22) zum entsprechenden Frischgasübergangskanal (9a, 9b) führt, und dass die beiden Frischgaseinlassöffnungen (7a, 7b) im Hohlzylinderstück (5) symmetrisch zu seiner Längsmitte nebeneinander angeordnet sind.
2. Zweitakt-Schwingkolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der radialen Frischluftübergangsnuten (21, 22) zu den radialen Uebergangsöffnungen (19, 20) kleiner ist, als der Abstand der radialen Frischgasübergangsnuten (8a, 8b) zu den radialen Uebergangsöffnungen (19, 20).
3. Zweitakt-Schwingkolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Arbeitszylinderstükke (11, 12) durch je eine Aussenwand (23, 24) abgeschlossen sind.
EP19810902298 1980-08-26 1981-08-19 Zweitakt-schwingkolbenmotor Expired EP0058178B1 (de)

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CH6403/80A CH648383A5 (de) 1980-08-26 1980-08-26 Zweitakt-kolbenmotor.
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EP0058178A1 EP0058178A1 (de) 1982-08-25
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CH648383A5 (de) 1985-03-15
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WO1982000685A1 (en) 1982-03-04
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