V e r b r e n n u n g s m o t o r , insbesondere Ereikolbenmotor V e r b r e n n s g m o t o r, in particular single-piston engine
B e s c h r e i b u n gDescription
Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor, insbescndere einen Freikolbenmotor, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 54.54. The invention relates to an internal combustion engine, in particular a free-piston engine, in accordance with the preamble of patent claims 1 and 54.
Verbrennungsmotoren weisen in Zylindern ceführte Kolben auf, die mit den Zylindern Crennrcume becrenzen, in denen Luft-Brennstoff-Gemische gezündet werden. Die Bewegungsenergie der Kalben wird zum Antreiben beispielsweise mechcnisch, oder im Falle von Freikolbenmotoren besonders mit pneumatischen, vorzugsweise aber hycrculischen Medien übertragen.Internal combustion engines have pistons guided in cylinders which limit crennrcume with the cylinders, in which air-fuel mixtures are ignited. The kinetic energy of the calves is transmitted for driving mechanically, for example, or in the case of free-piston engines especially with pneumatic, but preferably hycrculic media.
Ein Verbrennungsmotor dieser Art ist dus der DE-PS 28 68 06 bekannt. Bei diesem bekennten Verbrennungsmotor befinden sich er. beiden Stirnseiten der Kolbenansätze Vercichtungskarnmern zum Verdichten der Ladeluft für die Verbrennung. In die Verdichtungskamm ern strömt de Luft jeweils durch Racialöffnυngen in der Zylinderwend im Bereich der Kolbenansi tze an beiden Zylinder enden, wobei die radialen Eintrittscffnungen durch eigene Kolbenschieber gesteuert werden müssen. Die vorvercichtete Luft ström t dann über R adielbohrungen in den Kalbenansötzen von diesen gesteuert ins Innere des hohlen Koll ens, über Kanäle zum gegenüberliecenden Kolben ansotz und von dort über die entsprechenden Kolbenansotz- Radiclbchrungen in den zucecreneten Brennrcurr. Beim Rückhub des Kolbens änaert sich cie Luftströmungsrichtung durch, der Kelten. Aus den Brennröumen treten cie Verbrennungsgcse über A uslcßcffnunc en ir. der Symmetrie- R adielebene des Zylinders von der Kolbenstirnseite gesteuert cus. Der bekennte Verbrennungsmotor überträgt seine Leistung mechcnisch mittels Kolbenstange nach cufien und stellt insofern keinen Freikolbenmctor der.An internal combustion engine of this type is known from DE-PS 28 68 06. In this well-known internal combustion engine, there are. on both ends of the piston lugs compression chambers to compress the charge air for combustion. The air flows into the compression chambers through racial openings in the cylinder turn in the area of the piston ends on both cylinders, the radial inlet openings having to be controlled by separate piston slides. The pre-compressed air then flows through radial bores in the calf approaches controlled by these into the interior of the hollow collapse, via channels to the opposite piston and from there via the corresponding piston suction radical openings in the assigned combustion chamber. On the return stroke of the piston, the air flow direction changes, the Celts. Combustion gases emerge from the combustion chambers via the outer end of the cylinder and are controlled from the piston end side via the plane of symmetry. The well-known internal combustion engine transfers its power mechanically by means of a piston rod to cufien and therefore does not provide a free piston actuator.
Dieser bekennte Motor hat u.a. den Nachteil, daβ: zur Einlc-ßsteuerung seperate Kolbenschieber zusätzlich zu den Radialbohrungen in den Kolbencnsötzen notwendig sind. Die Arbeitsweise und Motorsteuerurng dieses M otors ist aufweneig und sehr wenig zuverlässig, die Gosströmung durch den cesemten Kolben ist lang, kompliziert und sehr verlustbehaftet, wobei durch die sterke Expcnsion in den hehlen Kolben euch die relativ hohe, sehr leistunnsverzehrerce Vorkcmpression weitgehend wiecer verloren geht. Die Gaswechsel bei jedem Kolbenhub, die Brennraυm füllune und die Durchmischung, von Kraftstoff und Luft sind wenig effektiv, sind dufwendig und kompliziert.This well-known engine has the disadvantage that: separate piston spools are required for the inlet control in addition to the radial bores in the piston ports. The mode of operation and engine control of this engine is expensive and very unreliable, the gos flow through the cesem piston is long, complicated and very lossy, whereby due to the strong expansion in the hollow pistons the relatively high, very power consuming precompression is largely lost. The gas changes with each piston stroke, the fuel fill and the mixing of fuel and air are ineffective, are complex and complicated.
Demgegenüber liegt der Erfincung cie Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsmotor, insbesondere Freikolbenm otor mit einem selchen Aυfbcu gemäß den Merkmcl cus dem Oberbegriff des Potentcnspruches 1 bzw. 34 so zu verbessern, daß eine einfechere, vielseitigere und wirkungsvoilere, sowie zuverlässigere Steuerungund A rbeitsweise, aber du ch Antri ebsv erbincun g du f b esonders kostengunstigeWeise erreicht wird.
des Patentanspruches 1 bzw. 34 gelöst.In contrast, the invention is based on the task of improving an internal combustion engine, in particular a free-piston engine with a similar exhaust according to the features of the preamble of potential claims 1 and 34, so that a simpler, more versatile and more effective, and more reliable control and working method, but you ch Antri ebsv erbincun g du fb es particularly cost-effective way. of claim 1 and 34 solved.
Durch diese Maßnehmen wird vorallem erreicht, daß die Zufuhr der Luft bzw. Gemisches aus Luft und Kraftstoff in cie Brennräume und das Entfernen der Verbrennungsgese aus den Brennrcumen cuf kurzen, strömungsgünstigen Wegen verl ustarm une leci glich durch die Stellung des Kolbens mit seinen beiden zylindrischen Ansätzen in besonders zuverlässiger cber auch einfacher Weise gesteuert erfolgt. Zu diese Zweck ist der Kolben mit seinen beiden zylindrischen Ansetzen entsprechen emessen, die Kanäle und Bohrungen sind noch Anspruch 1 jeder Kolbenlängenhälfte seperet, nach Anspruch 34 gemeinsam zugeordnet und entsprechend zu den nur zylindermittig engeordneten Eintrittsöffnungen und beidseitig dezu angeordneten Austrittscffnungen des Zylinders zugeordnetThese measures primarily ensure that the supply of the air or mixture of air and fuel into the combustion chambers and the removal of the combustion gas from the combustion chambers are short, streamlined paths with little loss due to the position of the piston with its two cylindrical approaches controlled in a particularly reliable and simple manner. For this purpose, the piston with its two cylindrical attachments is measured, the channels and bores are still separate from each piston length half, assigned according to claim 34 and assigned to the inlet openings, which are only arranged in the center of the cylinder, and to the outlet openings of the cylinder, which are arranged on both sides
Je nach der Kolbenstellυng stehen die Eintrittsöffnungen mit den Bohrungen und Kenölen gemäß Anspruch 34 in ständig offener Verbindung bzw. gemeß Anspruch 1 mit jeweils einer Kolbenhälfte und deren Ansotz in Verbindung bzw. sine sie da gesperrt und die zugeordneten Austrittsöffnungen dieser Kolbenhölfte sine freigegeben bzw. gesperrt. Die Luft oder des Luft- Kraftstoff- Gemisch strömt so duf kurzem Weg verlusicrm durch die Kanäle und die Bohrungen in die Brennräume und hier cuf kurzem Weg an der Wancυng der Brennräume entlcng. Dabei werden die Verbrennungsgcse praktisch vollständig cus den Verbrennungsräumen herausgeschoben, so dcß ein rascher, optimaler Lecungswechsel in den Brennrcumen erfolgt. Zum Zweck ein möglichst homogenes Srennstcff-Lufigemisch in den
erreichen und einen guten und rcschen Lecungswechsel zu erholten, sine in bevorzugter Weiterbüdung der Erfincung die Kcnäle erfindungsgemöß in den zylindrischen A nsetzen so cusgebilcet, daß ihre Müneuncen cuf den Mantelflöcher diese zylindrischen Ansetze krenzartig engeorenet sind, wobei die Einspritzcüser bzw. Züncelektroden ebenfalls in krenzerticer Anordnung in toroieertice, zu den zylicrischen Ansetzen kooxicle Ausnehmυngen in Stirnflechen der Brennräυm e münden. Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß die in die Brennräume eintretende Luft bzw. des Gem isch cie Brennräume optimcl van den Verbrennungsgcsen freispült und eine gute Ladung, Durchmischung und Verbrennung erfolgt, deren Wirkung beson günstig und effektiv cuf die Kolbenbewegυng und damit duf die erzielbcre Leistung des Motors beim Antrieb wirkt.Depending on the piston position, the inlet openings with the bores and oils are in permanently open connection or in accordance with claim 1, each with a piston half and its intake, or they are locked there and the assigned outlet openings of this piston halves are released or locked . The air or the air / fuel mixture thus flows lossily through the channels and the bores into the combustion chambers and here at a short distance along the wall of the combustion chambers. The combustion gases are pushed out practically completely out of the combustion chambers, so that a quick, optimal change of lecen takes place in the combustion chambers. For the purpose, a homogeneous air / air mixture in the to achieve and recover a good and quick change of lungs, in a preferred further development of the invention the channels are so cusgebilcet according to the invention in the cylindrical attachments that their munitions on the jacket holes have these cylindrical attachments in a narrow manner, the injection nozzles and / or ignition electrodes also in a critical arrangement in toroieertice, to the cyclic attachments of the kooxicle recesses in the frontal surface of the firing chamber. These measures ensure that the air entering the combustion chamber or the combustion chamber is optimally flushed out of the combustion gases and that there is good charging, mixing and combustion, the effect of which is particularly favorable and effective on the piston movement and thus on the performance which can be achieved of the motor acts on the drive.
Gleichzeitig ist es curch die toroidortige Ausbildung der Brennräume möglich, des kleinste Volumen der Brennräume (Tetpunktvolumen) und damit duch die maximale Vercichtung des Luft- Brennstoff- Gemisches sowie den Verbrennurgsobl duf des Gemisches und dessen nutzbare Wirkung konstruktiv geneuer vorzugeben. Erfindungsgemäß sine 'weiterhin in der YJondung des Zylinders vVeccufnehmer für die geneue Stellung des Kolbens zur Bestimmung und Steuerung des optimalen Einspritzzeitpunktes für den Brennstoff und/oder des Zeitpunktes für das Zünden an gecrenet. Diese Verbindung zwischen Kolbenstellungserfcssung, insbesondere beim Freikolbenmotor, und der Einleitun des Verbrennun svor cn es stellt cie beson
Die Wegaufnehmer sind beispielsweise Magnetfeldsonden, die nach dem Induktionsprinzip arbeiten und die durch die Bewegung des Kolbens eine von seiner Stellung abhängige Induktionsspannung erzeugen.At the same time, the toroid-specific design of the combustion chambers makes it possible to specify the smallest volume of the combustion chambers (tetpoint volume) and thus the maximum compression of the air / fuel mixture as well as the combustion objective of the mixture and its usable effect. According to the invention, in the y-bonding of the cylinder, the receiver for the new position of the piston for determining and controlling the optimum injection time for the fuel and / or the time for the ignition is crenetated. This connection between the detection of the piston position, particularly in the case of the free-piston engine, and the initiation of the combustion process, is particularly important The displacement transducers are, for example, magnetic field probes which operate on the induction principle and which generate an induction voltage which is dependent on their position due to the movement of the piston.
Aus der DE-AS 14 80 100 ist ein Freikolben- Verbrennungsmotor bekannt. Dieser weist keinerlei Kanäle im Kolben auf und auch die Einlaßöffnungen liegen außerhalb Symmetrie- Radialebene des Zylinders und müssen wie cie A usicßkanäle von den Kolbenstirnseiten gesteuert werden.A free-piston internal combustion engine is known from DE-AS 14 80 100. This has no channels in the piston and the inlet openings are outside the radial symmetry plane of the cylinder and, like the external channels, must be controlled from the piston ends.
Da in diesem bekennten Felle die Ein- und A usströmung der Gcse in den jeweiligen Brennrcum nicht konzentrisch von der A chse cus rediel nech eußen erfolgt, sondern die Einströmung zur Zylinderachse und die Ausströmung entgegengesetzt erfolgen muß und eußerdem die Ein- und Ausströmung gegenüberliegend, endseitig des Brennrcumes in der gleichen Rodiclebene stattfindet, entstehen sehr schlechte Strömungsverhältnisse, sehr schlechte Gcswechsel und Brennrcum füllungen mit der Folge von unzuverlässiger, verlustbehafteter und daher uneffektiver A rbeitsweise.Since in this known skin the inflow and outflow of the cast into the respective combustion chamber does not take place concentrically from the axis cus rediel neuss, but the inflow to the cylinder axis and the outflow must take place in the opposite direction and the inflow and outflow opposite at the end If the firing chamber takes place in the same rodicle level, very bad flow conditions, very bad gas changes and firing chamber fillings result, resulting in an unreliable, lossy and therefore ineffective way of working.
Auch cie Steuerung von Ein- und A uslcß mit r-ur einer cemeinsemen Kolbenkante führt bei dieser A nordnung der Ein- und A uslcßöffnungen zu einer wenig zuverlässigen Steuerung und Motorarbeitsweise.The control of inlet and outlet with only one common piston edge also leads to less reliable control and engine operation with this arrangement of the inlet and outlet openings.
Bei Ger DE-A S 14 80 100 wirc cie Bewegungsenergie vom Kolben des Freikolben-Verbrennungsmotors cuf ein hydraulisches Mecium zum Antreiben von Hydromotoren, beispielsweise in Fahrzeugen übertragen, wobei nach diesem Prinzip auch Pumpen für beliebige Druckmittel oder Fördermittel ausgebildet sein können.In Ger DE-A S 14 80 100, the kinetic energy from the piston of the free-piston internal combustion engine is transferred to a hydraulic mecium for driving hydraulic motors, for example in vehicles, whereby pumps for any pressure medium or conveying means can also be designed according to this principle.
A us der DE-OS 20 29 287 ist es bekennt, cuf den Stirnflächen einer Kolbenstenge jeweils einen Kolben und in der Mitte zwischen diesen beiden Kolben cuf der Kolbenstange einen dritten Kolben enzuorenen. Die beiden äußeren Kolben begrenzen mit dem Zylinder jeweils einen Brennraum, währenä der mittlere Kolben mit dem. Zylinder zwei Räume zum Vorvercichten eines Luft- Brennstoff- Gemisches begrenzt, des über Überströmkancle cbwechselnd in die Brennräume eingespeist und gezündet wird.From DE-OS 20 29 287 it is known to enzenoren a piston on the end faces of a piston web and in the middle between these two pistons on the piston rod. The two outer pistons each delimit a combustion chamber with the cylinder, while the middle piston with the. Cylinder delimits two spaces for precompaction of an air-fuel mixture, which is alternately fed into the combustion chambers and ignited via an overflow valve.
Es ist euch bekannt ( US 44 49 488, DE-OS 28 16 660 ), in einem mit dem Zylinder cie Brennräume begrenzenden Kolben einen zweiten Kolben zur A usbildung von Kcmmern zum Vorverdichten der Luft enzuorenen.It is known to you (US 44 49 488, DE-OS 28 16 660), in a piston with the cylinder delimiting the combustion chambers, to include a second piston for developing chambers for precompressing the air.
Generell kann den Brennräumen Luft oder ein Luft- Brennstoff- Gemisch zugeführt werden. Im ersten Fell wird denn nech Brennstoff in die Brennräume eingespritzt.
Generell können in den Brennrcumen: Zündelektcoden angeordnet sein oder die Verdichtung kann in den Brennräumen so hoch gewählt werden, daß eine Zündung des Kraftstoff- Luftgemisches von selbst erfolgt.In general, air or an air / fuel mixture can be supplied to the combustion chambers. In the first skin, fuel is injected into the combustion chambers. In general, ignition electrical codes can be arranged in the combustion chambers or the compression in the combustion chambers can be chosen to be high enough that the fuel / air mixture ignites automatically.
Als Brennstoffe können flüssige, gasförmige oder auch feste Brennstoffe zumLiquid, gaseous or solid fuels can be used as fuels
Einsatz kommen, wie zum Beispiel Benzin, Dieselöl, Schweröl, Leichtöl, Kohlenstaub usw.Used, such as gasoline, diesel oil, heavy oil, light oil, coal dust, etc.
Es sind weiterhin Freikojbenrnotoren bekannt ( US 42 C5 528 ) mit einem in einem Zylinder geführten Kolben, wobei der Zylinder mit den Stirnseiten des Kolbens Brennräume begrenzt, die Stirnseiten Ansetze und die Brennräume Düsen zum Einspritzen eines Brennstoffes aufweisen und die Wandung des Zyiinaers Eintrittsöffnungen für Luft und Austrittsöffnungen für die Verbrennungsgcse hat und wobei der Kolben je nech seiner Stellung die Eintrittsöffnungen und die A ustrittsöffnungen freigibt beziehungsweise sperrt. Die Ansätze auf den Stirnseiten des Kolbens sind kegelstumpfförmig und leiten die in die Brennräume eingespeiste Luft in der Weise, deß die Brennräume zu Beginn des Verdichtungshubes von den Verbrennungsgcsen freigespült wercen.Freikojbenrnotoren are also known (US 42 C5 528) with a piston guided in a cylinder, the cylinder delimiting combustion chambers with the end faces of the piston, the end faces attaching and the combustion chambers having nozzles for injecting a fuel, and the wall of the cylinder inlet openings for air and has outlet openings for the combustion gases and the piston opens or blocks the inlet openings and the outlet openings depending on its position. The projections on the end faces of the piston are frustoconical and guide the air fed into the combustion chambers in such a way that the combustion chambers are flushed free of the combustion gases at the beginning of the compression stroke.
Bei den erwöhnten Motoren, insbesondere den Freikolbenmotoren ist jedoch jeweils ein erheblicher konstruktiver Aufwand erforderlich, um in Abhängigkeit von der Kolbenstellung das Einleiten der Luft und des Brennstoffes in die Brennräume zu, steuern. Dobei sind diese bekannten Steuerungen o ft nicht zuverlässig genug. Die Ström ungswege zu den Brennräumen hin und von dort weg sind oft lang, strömungsungünstig und verlustbehcftet. Deshalb sind cie bekannten Motoren in der Praxis trotz ihres Bcucufwcndes störcnfällig und stellen an die Wertung erhebliche Anforderungen. Schließlich befriedigt euch der Mirkungsgred dieser Motoren in der Praxis oft nicht.In the case of the used engines, in particular the free-piston engines, however, considerable design effort is required in order to control the introduction of air and fuel into the combustion chambers depending on the piston position. These known controls are often not reliable enough. The flow paths to and from the combustion chambers are often long, unfavorable and lossy. Therefore, the known engines are prone to malfunction in practice, despite their configuration, and place considerable demands on the rating. After all, the Mirkungsgred these engines often do not satisfy you in practice.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Einspritzcüsen für den Brennstoff und / oder cie Züncelektraden krenzertig in der den Kolbenstirn flächen gegenüberliegenden, zugewandten stirnseitigen Zylinäerwcncung der Brennräume engeordnet. Auch curch diese Maßnahme wird erreicht, deß ein möglichst homogenes Gemisch dus Brennstoff und Luft in den Brennräumen gebildet wird und dies möglichst günstig und effektiv gezüncet wird und verbrennt.In a further development of the invention, the injection nozzles for the fuel and / or the ignition electrodes are arranged ready for use in the facing cylinder end facing the cylinder end facing the piston end faces of the combustion chambers. This measure also ensures that the most homogeneous possible mixture of fuel and air is formed in the combustion chambers and that this is ignited and burned as cheaply and effectively as possible.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der erfinöungsgemöße Motor mit einer Vorrichtung zum Verdichten der Luft bzw. des Luft- Kroftstoff- Gemisches ausgestattet, die entweder im Zylinder selbst engeorenet oder ober extern eingeordnet ist. Im letztgenannten Falle gehört zu der Verdichtungsvorrichtung euch ein Lcdeluftdruckspeicher.
Das externe Verdichten der Luft kann dabei nach dem Prinzip, des Turboladers e rfolgen, es kennen aber auch übliche Pυmoen zum V eraichten eingesetzt werden.In a further embodiment of the invention, the engine according to the invention is equipped with a device for compressing the air or the air / pulp mixture, which is arranged in the cylinder itself, or is externally arranged. In the latter case, an air pressure accumulator belongs to the compression device. The external compression of the air can be based on the principle of the turbocharger, but it is also known to be used for standardization.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors in einem auf Motor- und Pumpenbetrieb umschcltbaren druc kmittelbetriebenen System, beispielsweise einem Hydraulikaggregat vorgesehen, gekoppelt m it einer Lichtmaschine, die beim Starten des Verbrennungsmotors als Motor gescheitet ist.In one embodiment of the invention, the use of the internal combustion engine according to the invention is provided in a medium-powered system, for example a hydraulic unit, which can be switched over to motor and pump operation, coupled to an alternator which failed when the internal combustion engine was started as a motor.
Durch diese Maßnahme ist eine Starteinrichtung für den Verbrennungsmotor geschaffen. Wehrend des Stcrtens wird die Lichtmcschine von einem A kkumulator speist, der das im Pumpenbetrieb arbeitende druckmittelbetriebene A ggregat, be spielsweise Hyerculikcggregct entreibt, so deß dadurch der Verbrennungsmotor,druckmittelbecufschlagt an seinen Stirnflächen der Kolbenansätze, gestertet wird. Sobald der Verbrennungsmotor gestartet ist, arbeitet das druckmittelbetriebene System beispielsweise m it Hydraulikaggregot im Motorbetrieb, wobei denn unter enderem euch cie Lichtm aschine engetrieben wird, die ihrerseits die Batterie läat. Daneben enthält des drυckmittelbetriebene System einen vom Druckmittel angetriebenen Motor, der die A ntriebsleistung des Verbrennungsmotors über das Druckm ittel aufnim mt und Nutzcrbeit verrichtet. ln einer weiteren A usgestaltung der Erfindung sin d die A chsen der Eintrittseffnuncen des Verbrennungsm otors für die Luft cder des Luft- Kroftstoff- Gemisch in der Zylinäerwandung so angeordnet, daß der achsiclen Bewegung des Kolbens eine Ratationsbewegung des Kolbens um seine Längsachse überlegen ist. Durch diese Vofnahme wird u.a. ein Einlcυfen des Kolbens verhindert.This measure creates a starting device for the internal combustion engine. During the stamping process, the light machine is fed by an accumulator, which drives the pressure medium-operated unit, for example hyerculic aggregate, which works in the pump mode, so that the internal combustion engine, pressurized with pressure medium on its end faces of the piston attachments, is tested. As soon as the internal combustion engine is started, the pressure medium-operated system works, for example, with a hydraulic unit in motor operation, whereby among other things you will be driven by the light machine, which in turn will drain the battery. In addition, the pressure medium-operated system contains a motor driven by the pressure medium, which performs the drive power of the internal combustion engine via the pressure medium and utility work. In a further embodiment of the invention, the axes of the inlet effects of the internal combustion engine for the air or of the air / pulp mixture in the cylinder wall are arranged in such a way that the axial movement of the piston is superior to a ratio movement of the piston about its longitudinal axis. Through this implementation, i.a. prevents the piston from slipping in.
W esentliche, nicht nahegelegte Weiterbildungen des erfindungsgem äßen Verbrennungsmotors betreffen cie geometrische A usbildung der zylincrischen A nsätze des Kalbens ob weichend von der curchgehenc zylindrisch glatten Mantelfläche der Ansatze konstonten, gleichbleibenden Durchmessers.Essential, not suggested further developments of the internal combustion engine according to the invention relate to the geometrical formation of the cylindrical projections of the calving whether departing from the continuous, cylindrical, smooth outer surface of the approaches, constant diameter.
So wirc bearsprucht, daß die A nsätze des Kolbens nebeneinender zylincrisehe Längenabschnitte mit jeweils unterschiedlichen Durchmessern besitzen, die in entsprechende n A xialbohrungen passenden Durchm essers im Zylinder beweglich geführt sine, wobei curch die größere cxicle Länge der Lcngenebschnitte der Zylineeroxialbohrungen im Zylinder R äum e gebildet sind, die durch die Stirnflächen der zylincrischen Längenabschnitte der Kolbenansätze infolge der Kolbenhubbewegungen beim Verbrenrungsvorgcng im Motor zu Räumen veränderlichen Volumens werden, in denen jeweils Fluid druckerhöhend beaufschlogt werden kenn.Thus, it is claimed that the lugs of the piston have adjacent cylindrical longitudinal sections, each with different diameters, which are movably guided in corresponding n axial bores in the cylinder, whereby the larger cxicle length of the longitudinal sections of the cyclo-eroxial bores in the cylinder form spaces are, which by the end faces of the cylindrical longitudinal sections of the piston lugs as a result of the piston stroke movements during the combustion process in the engine become spaces of variable volume, in each of which fluid is pressurized to increase pressure.
So sine z.B. Ausbildungen der zylindrischen Ansätze beansprucht, die einerseits und gem äß eirer enderen Weiterbildung beiderseits eines als Kolbenscheibe wirkenden Längenobschnittes größeren Durchmessers mindestens einen weiteren zylindrischen Längenebschnitt mit gegenüber dem Kolbenäurchmesser kleinerem Durch
Sowohl das stirnseitige freie Ende der Ansätze, eis auch die Stirnseiten der Längenabschnitte der Ansätze mit dem größeren Durchmesser vollziehen in Verbindung mit dem Hub des Kolbens, radial gegenüber den entsprechenden Bohrungen im Zylinder abgedichtet, Hubbewegungen, ohne am jeweils zugeweneten stirnseitigen Ende der jeweiligen Bohrung im Zylinder anzustoßen. Diese Hubbewegungen der Stirnseiten der Ansätze dienen je nach der beanspruchten Ausführungsart und den entsprechenden Anschlüssen für den Ein- und Auslcß cazu, ein Fluic wie Gas oder Hydrculikflüssigkeit eines druckmittelbetriebenen Systems und/oder die Luft bzw. das Luft- Kroftstoff- Gemisch für die Verbrennung im Verbrennungsmotor druckerhöhend zu becufschlagen.Thus, for example, designs of the cylindrical lugs are claimed, which, on the one hand and according to a further development on both sides of a larger diameter diameter section acting as a piston disc, have at least one further cylindrical length section with a smaller diameter than the piston diameter Both the front free end of the lugs and the front sides of the longitudinal sections of the lugs with the larger diameter are made in connection with the stroke of the piston, sealed radially with respect to the corresponding bores in the cylinder, lifting movements, without at the respectively facing end of the respective bore in the Bump cylinder. Depending on the claimed embodiment and the corresponding connections for the inlet and outlet cazu, these lifting movements of the end faces of the attachments serve a fluid such as gas or a hydraulic fluid of a pressure-operated system and / or the air or the air-fuel mixture for the combustion in the To increase the pressure of the internal combustion engine.
So wird durch die Längenabschnitte der Kolbenansätze ein in den Zylinder integrierter Verdichter beispielsweise doppelter Füllung oder zweistufiger A usbildung für den Verbrennungsmotor geschaffen, der einen seperaten Turbolcäer unnötig macht. Außercem wird zusätzlich dezu eine Druckmittelpumpe als Hubkolbenpumpe (z.B. einstufig mit zwei clternierene becυfschlagten und förderneen Druckkemmern oder zweistufig) für ein cnschließbcres druckmittelbetriebenes System gebildet, für des der Verbrennungsmotor, insbescndere als Freikolbenmotor seine Arbeitsleistung liefert.The longitudinal sections of the piston lugs create a compressor integrated in the cylinder, for example double filling or two-stage training for the internal combustion engine, which makes a separate turbocharger unnecessary. In addition, a pressure medium pump is additionally formed as a reciprocating piston pump (e.g. one-stage with two internal pressurized and pumped pressure cores or two-stage) for a pressure-operated system for which the internal combustion engine, in particular as a free-piston engine, delivers its work.
In den Ein- und Auslcßleitungen der Räume veränderlichen Volumens sind jeweils geeignete Steuerventile, beispielsweise als Rückschlagventile oder als druckcbh öngig gesteuerte Schieberventile oder eis von dußen angesteuerte Regelventile cusgebilcete Ventile engeorenet um des zuverlässige Arbeiten der Hubräume zu gewährleisten.In the inlet and outlet lines of the rooms of variable volume, there are suitable control valves, for example, as check valves or pressure-controlled, spool valves or ice valves controlled by outside valves, which are closely matched to ensure the reliable working of the displacements.
Zwischen den Verdichterkemmern für die Verbrennungsluft bzw. das Luft- Brenn-stoff- Gemisch und den Einlcßkcnälen des Verbrennungsmotors in der rcdiclen Sym metrieebene des Zylinders kennen Ventile zur Steuerung bzw. Regelung der Brenn¬raumfülluncsmcnge vorgesehen sein.Valves for controlling or regulating the combustion chamber fillings are provided between the compression chambers for the combustion air or the air / fuel mixture and the inlet ducts of the combustion engine in the radial symmetry plane of the cylinder.
Das Druckmittel des druckmittelbetriebenen Systems wird gemäß einer nicht nahegelegten Weiterbildung der Erfindung cazu verwencet, beim Zulauf durch die Saugleitung zum als Pumpe wirkenden Raum veränderlichen Volumens im Zylinder den Zylinder zu kühlen, vorzugsweise im Bereich des Verbrennungsmotors. Schließlich ist der Verbrennungsmotor als Freikolbenmotor vorgesehen o der aber mit einem mechanisch encelenkten Abtrieb am Kolben bzw. dessen Ansätzen. Bei der Lesung gemäß Anspruch 54 steht das verzugsweise vorvercichtete Frischgas für die Verbrennung bereits ständig im hohlen Kolben gespeichert und leufend ncchgefüllt bereit, um bei Öffnung der Bohrungen in den Mantelflächen der Ansätze unmittelbar in die Brennräume einströmen zu können.The pressure medium of the pressure medium-operated system is used according to a non-suggested further development of the invention to cool the cylinder, preferably in the area of the internal combustion engine, as it flows through the suction line to the volume in the cylinder which acts as a pump. Finally, the internal combustion engine is provided as a free-piston engine or with a mechanically controlled output on the piston or its attachments. In the reading according to claim 54, the fresh gas, which is pre-compressed for combustion, is already constantly stored in the hollow piston and is filled with air so that it can flow directly into the combustion chambers when the bores in the lateral surfaces of the projections are opened.
Zwei Ausführungsbeispiele des Erfincungsgegenstandes sowie ein Elockschcltbilc eines erfineungsgemeßen Systems sind in den Zeichnungen corgestellt und werden enhanc der Zeichnuncen erläutert.
Figur 1 einen Schnitt durch ein Ausführύngsbelspiel des erfindungsgem äßenTwo exemplary embodiments of the subject of the invention as well as an elock circuit of a system according to the invention are shown in the drawings and are explained in detail in the drawings. 1 shows a section through an exemplary embodiment of the invention
Verbrennungsmotors als Freikalbenmotor ohne Integrierten Verdicht mit endseitig integrierter Druckmittel pumpe für hydraulisches Druckmittel, das saugseitlg auch zur Zylinderkühlung verwendet wlrd.Internal combustion engine as a free-caliber engine without integrated compression with integrated pressure medium pump for hydraulic pressure medium, which is also used on the suction side for cylinder cooling.
Figur 2 einen Querschnitt des Motors nach Figur 1 mit der Anordnung der zur Zytinderkühlung verwendeten Druckmittel- Scugkanäle.FIG. 2 shows a cross section of the motor according to FIG. 1 with the arrangement of the pressure medium scug channels used for cytinder cooling.
Figur 3 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgem äßen Verbrennungsmotors als Freikolbenmotor mit integriertem Verdichter doppelten Füllvolumens und endseitig integrierter Druckmittelpumpe für hydraulisches Druckmittel zur Übertragung der Motorleistung.3 shows a section through a further exemplary embodiment of the internal combustion engine according to the invention as a free-piston engine with an integrated compressor having a double filling volume and a pressure medium pump for hydraulic pressure medium integrated at the end for transmitting the engine power.
Figur 4 des Blockschaltbild für die Verwendung des erfineungsgemeßen Motors in einem druckmittelbetriebenen System mit Startereinrichtung für den Verbrennungsmotor.Figure 4 of the block diagram for the use of the engine according to the invention in a pressure medium operated system with a starter device for the internal combustion engine.
Der Verbrennungsmotor gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Figur 1 besteht aus einem Zylinder 1, in dem ein Kolben 4 axial mit der Länge des Kolbenhubes hin und her beweglich und radial gegenüber der ihn aufnehmenden axial verlcufenden Zylinderbohrung abgedlchtet geführt ist. Die Zylinderbohrung bildet mit ihren endseitigen Stirnflächen 26,27 den Zyllnderraum 9. Der Kolben besitzt endseitig je eine Stirnfläche 5,6. Axial beiderseits des Kolbens 4 erstrecken sich cus den Stirnflächen 5,6 heraus koaxial zum Kolben 4 zylindrische Ansetze 1,8 mit gegenüber dem Kolben 4 kleinerem, gleichbleibendem Durchmesser. Die Ansätze 7,8 sind endseitig beweglich und radial abgedichtet geführt in weiteren axialen Zyllnderbahrungen 12, 12, die sich In Verlängerung des Zylinderrcumes 9 mit dem Durchmesser etvvc gleich dem der Ansetze 1,8 im Zylinder 1 erstreck stirnseitig vom Zytlnderrcum 9 ebgewendt verschlossen sind durch je eine Stirnflache 81,88. In der Symmetrie- Radial ebene 2 des Zylinders befinden sich Ein trittsöffnungen 2 in der Zyllnderlcngswcnd 100, die radiel In den Zylinderrcum münden und zur Zufuhr der Luft bzw. des Luft- Kraftstoff- Gemisches für die brennung In den Brennrcumen 10, 11 des Motors dienen. Beicseitig der Eintrittsöffnungen 2 sind im Abstand b ebenfalls in je einer Radial ebene Z1.Z2 des Zyli ders 1 radial die Zylinderiängswand 100 durchdringende Austrittsöffnungen 2 an geordnet. Die Achse der Eintrlttsöffnungen 2 kann, so Im Abstand zur ZylinderLängsachse A-A vorgesehen sein, daß der Kolben 4 durch die Gaseinströmung i Rotation um seine Längsachse A-A versetzt wird. Der Kolben 4 besitzt in seine zylindrischen Umfangsflcche 80 (=Mantelfläche) radiale Öffnungen 90,91, die im Kolben 4 in Kanäle 18,19 münden, wobei die Öffnungen 90,91 in Radlclebenen des Kolbens 4 angeordnet sind, die im Abstand α beiderseits der Symmetrie-Radial ebene K des Kolbens 4 liegen.
Die Kanäle 18,19 im Kolben führen vorzugsweise mit nahezυ konstantem Strömυngsquerschnltt jeweils als Einzelkanal den Kolben 4 aushöhlend, oder als Kanalbundel von den Öffnungen 90,91 in die Ansätze 7,8 des Kolbens 4 um hier wiederum in Bohrungen 20,21 zu münden, die vorzugsweise kranzförmig um den Umfang des j weillgen Ansatzes 7,8 verteilt In jeweils einer Radialebene angeordnet durch die zylindrischen Mantel flächen 101, 102 der Ansätze 7,8 beispielsweise radial in die Ansätze 7,8 eingebracht sind. Auf diese Weise ist jeder der beide Kolbenlängenhälften 401, 402 eine jeweilige Strömungsverbindung van den Öffnungen 90,91, die vorzugsweise ebenfalls kranzartig am Umfang des Kolbens 4 in der Kalbenmantelfläche angeordnet sind, durch die jeder Kolbenlängenhälfte 401, 402 und jedem der Ansätze 7,8 getrennt zugeordneten Kanäle 18, 19 im Kolben 4 und seinen Ansätzen 7,8 bis in die Bohrungen 20,21 zugeordnet für die Durchführung und Durchströmung von Luft oder eines Luft- Brennstoff- Gemisches für die Verbrennungj von den Eintrittsöffnungen 2 In der Zylinderlängswand 100 kommend bis in die Brennräume 10, 11 axial zu beiden Selten des Kolbens 4 In dem Zylinderraum 9.The internal combustion engine according to the embodiment of the invention according to FIG. 1 consists of a cylinder 1, in which a piston 4 is guided axially back and forth with the length of the piston stroke and radially sealed against the axially extending cylinder bore receiving it. With its end faces 26, 27, the cylinder bore forms the cylinder space 9. The piston has an end face 5, 6 on each end. Axially on both sides of the piston 4, the end faces 5,6 extend coaxially to the piston 4, cylindrical attachments 1,8 with a smaller, smaller diameter than the piston 4. The lugs 7, 8 are movable at the end and are radially sealed and are guided in further axial cylinder passages 12, 12, which are extended by the extension of the cylinder rumen 9 with the diameter etvvc equal to that of the extensions 1.8 in the cylinder 1, and are closed by the end of the cylinder lumen 9 one end face each 81.88. In the symmetry-radial plane 2 of the cylinder there are inlet openings 2 in the cylinder wall 100, which open radially into the cylinder space and serve to supply the air or the air / fuel mixture for combustion in the combustion chambers 10, 11 of the engine . On both sides of the inlet openings 2 are arranged at a distance b in a radial plane Z1.Z2 of the cylinder 1 radially through the cylinder longitudinal wall 100 penetrating outlet openings 2 at. The axis of the inlet openings 2 can be provided at a distance from the cylinder longitudinal axis AA such that the piston 4 is displaced about its longitudinal axis AA by the gas inflow i rotation. The piston 4 has radial openings 90, 91 in its cylindrical circumferential surface 80 (= lateral surface) which open into channels 18, 19 in the piston 4, the openings 90, 91 being arranged in wheel planes of the piston 4, which are at a distance α on both sides of the Radial symmetry plane K of the piston 4 lie. The channels 18, 19 in the piston preferably lead with an almost constant flow cross-section, each hollowing out the piston 4 as a single channel, or as a bundle of channels from the openings 90, 91 into the lugs 7, 8 of the piston 4, in order here again to open into bores 20, 21. which are preferably ring-shaped around the circumference of the respective shoulder 7, 8, arranged in a radial plane through the cylindrical jacket surfaces 101, 102 of the shoulder 7, 8, for example, introduced radially into the shoulder 7, 8. In this way, each of the two piston length halves 401, 402 is a respective flow connection from the openings 90, 91, which are preferably likewise arranged in a ring-like manner on the circumference of the piston 4 in the calf jacket surface, through which each piston length half 401, 402 and each of the lugs 7, 8 Separately assigned channels 18, 19 in the piston 4 and its lugs 7, 8 assigned to the bores 20, 21 for the passage and flow of air or an air / fuel mixture for the combustionj coming from the inlet openings 2 in the cylinder longitudinal wall 100 to into the combustion chambers 10, 11 axially to both seldom of the piston 4 in the cylinder chamber 9.
Der Kolben 4 kann In seiner Miantelfläche In den Radialebenen K1 und K2 und/ode die Zylinderlängswand 100 kann In Ihrer inneren Mcntelfläche des Zylinderraumes 9 In der Symmetrie- Radlaiebene Z jeweils In Umfangsrlchtung einen Strömungskanal aufweisen, beispielsweise in Art einer, beispielsweise umlaufenden Vertiefung als Nut, um über den Umfang verteilt eine Ström ungsverbindung zwischen den einzelnen kranzartig verteilten Eintrittsöffnungen 2 und/oder kranzartig angeordneten Öffnungen 90,91 am Kolbenmantel herstellen zu können, was besonders bei um seine Achse A-A rotierendem Kolben 4, zumal als Freiko'ben wichtig und notwendig sein kann.The piston 4 can have a flow channel in its circumferential direction in its circumferential direction in its radial surface K1 and K2 and / or the cylinder longitudinal wall 100 can have a flow channel in its inner surface of the cylinder space 9, for example in the manner of a circumferential depression as a groove In order to be able to produce a flow connection distributed over the circumference between the individual wreath-like inlet openings 2 and / or wreath-like openings 90, 91 on the piston skirt, which is particularly important and necessary as a free piston, especially with piston 4 rotating about its axis AA can be.
Der Kolben 4 ist radial zwischen seiner Umfangsf lache, d.h. seinem Mantel und der den Zylinderraum 9 bildenden axialen Zylinderbohrung vorzugsweise endseitig, gegebenenfalls aber auch zwischen den Ebenen K 1 und K2 mittels abdichtenden Mit teln wie z.B. Kolbenringen und/oder Dichtungsringen abgedichtet. Auch die zylindrischen Ansätze 7,8 sind jeweils endseitig, d.h. zwischen der jeweiligen Radialebene, in der die Bohrungen 20,21 liegen und ihrem freien, stirnseitigen Ende in den Zylinderbohrungen 12, 13 über abdichtende Mitte! 14, 15 wie Dichtungsringe gegenüber dem Zylinder 1 abgedichtet um eine axiale Strömungsverbindung zwischen dem jeweiligen freien, stirnseitigen Ende der Ansätze 7,8 und den Brennräumen 10, 1 1 zu unterbinden. In den, dem Kolben 4 zugewandten stirnseltlgen Enden des Zylinder räum es 9, d.h. In den Innenliegenden Stirnflächen 26,27 des Zylinders 1 sind vorzugsweise jeweils koaxial um die Zylinderachse A-A toroIdartige Ausnehmungen 83,84 um die Ansätze 7,8 bzw. die Zylinderbohrungen 12, 13 vorgesehen, In welche toroidartigen Ausnehmungen 83,84 die vorzugsweise kranzförmig auf einem. Umfang im Zylinder 1 angeordneten Einspritzdüsen 28,29 und/oder Zündelektroden 128, 129 reichen und/oder wirken, wobei dann die toroidartigen Ausnehmungen 83,84 näherungsweise das Todvolumen der Brennräume 10, 1 1 bei maxi maler Verdichtung bestimmen können.
Die Abmessungen und Zuordnungen der Längen und A befände sind so festgelegt, daβ dann, wenn sich der Kolben 4 mit seinir Stirnfläche 6 seiner einen Kolbenhälfte 401 nahe der ihr zugew'ndten Stirnfläche 27 des Zylinders 1 befindet, die Radialebenen 2 und K 1 etwa zusammenfallen, so daß eine offene Verbindung zwischen den Eintrittsöffnungen und den Öffnungen 90 der anderen Kolbenhälfte 401 entsteht, wodurch die Eintrittsöffnungen 2 in offener Strömungsverbindung stehen mit dem dieser anderen Kolbenlängenhälfte 401 zugeordneten Kanal 18 und über die Bohrungen 20 im Ansatz 7 bis in den Brennraum 10 hinein, für die Einströmung des Gases für die Verbrennung. Dazu sind die Bohrungen 20 in einem solchen Abstand von der Stirnfläche 5 des Kolbens (wie auch die Bohrungen 21 von der Stirnfläche 6) angeordnet und ist die axiale Länge des Zylinderraumes 9, des Kolbens 4, der Brennräume 10, 11 und der Ansätze 7,8 sowie der maximale Abstand zwischen den Stirnflächen 5 und 26 bzw. 6 und 27 so festgelegt, daß die Bohrungen 20,21 dann offen innerhalb des Zylinderraumes 9 bzw. der Brennräume 10, 11 liegen, wenn sich der Kolben 4 nahe, seiner entgegengesetzten Hubendlage, sich also nahe der Stirnfläche 27,26 befindet. Wegen der In Bezug auf die Symmetrie-Radialebene 2 des Zylinders 1 und die Symmetrie- Radialebene K des Kolbens 4 weitgehend symmetrischen Anordnung der Flächen, Räume, Kanäle, Bohrungen, Abstände usw. gilt diese Festlegung dür die Abmessungen für beide Hubrfchtungen des Kolbens 4 gleichermaßen.The piston 4 is radially between its circumferential surface, ie its jacket and the axial cylinder bore forming the cylinder chamber 9, preferably at the ends, but possibly also between the planes K 1 and K2 by means of sealing means such as piston rings and / or sealing rings. The cylindrical lugs 7, 8 are also at the ends, ie between the respective radial plane in which the bores 20, 21 lie and their free, front end in the cylinder bores 12, 13 via a sealing center! 14, 15 sealed like sealing rings with respect to the cylinder 1 in order to prevent an axial flow connection between the respective free, front end of the lugs 7, 8 and the combustion chambers 10, 1 1. In the end faces of the cylinder facing the piston 4 there is space 9, ie in the inner end faces 26, 27 of the cylinder 1 there are preferably toroidal recesses 83, 84 around the cylinder axis AA around the shoulders 7, 8 or the cylinder bores 12 , 13 provided, into which toroidal recesses 83, 84 which are preferably ring-shaped on a. Injection nozzles 28, 29 and / or ignition electrodes 128, 129 arranged in the cylinder 1 range and / or act, whereby the toroid-like recesses 83, 84 can approximately determine the dead volume of the combustion chambers 10, 11 with maximum compression. The dimensions and assignments of the lengths and A would be determined such that when the piston 4 with its end face 6 of its one piston half 401 is close to the end face 27 of the cylinder 1 facing it, the radial planes 2 and K 1 coincide approximately , so that there is an open connection between the inlet openings and the openings 90 of the other piston half 401, as a result of which the inlet openings 2 are in open flow connection with the channel 18 assigned to this other piston length half 401 and via the bores 20 in the extension 7 into the combustion chamber 10 , for the inflow of gas for combustion. For this purpose, the bores 20 are arranged at such a distance from the end face 5 of the piston (as are the bores 21 from the end face 6) and the axial length of the cylinder chamber 9, the piston 4, the combustion chambers 10, 11 and the lugs 7, 8 and the maximum distance between the end faces 5 and 26 or 6 and 27 so that the bores 20, 21 are then open within the cylinder chamber 9 or the combustion chambers 10, 11 when the piston 4 is close, its opposite stroke end position , is located near the end face 27, 26. Because of the largely symmetrical arrangement of the surfaces, spaces, channels, bores, spacings etc. with respect to the symmetry radial plane 2 of the cylinder 1 and the symmetry radial plane K of the piston 4, this definition applies equally to the dimensions for both strokes of the piston 4 .
Ebenfalls Im Bereich nahe der Hubendlage des Kolbens 4 ist neben der offenen Strömungsveerbindung zwischen den Eintrittsöffnungen 2 und dem jeweiligen Brennraum 10 bzw. 11 und den in einer gemeinsamen Radialebene Z 1 bzw. Z2 angeordneten Austrittsöffnungen 3. Dabei werden die Austrittsöffnungen 3 der jeweiligen Rcdlalebene 21 bzw.22 In dieser Kolbenstellung nahe seiner Hubendlage bzw. Totpunktlage durch die jeweilige Stirnfläche 5 bzw. 6 des Kolbens 4 freigegeben gegenüber dem zugeordneten Brennraum 10 bzw. 1 1, damit die Verbrennungsgase aus dem jeweiligen Brennraum 10 bzw. 11 custreten Können, im Brennraum 10 bz 11 jeweils verdrängt durch die nachströmenden, von den Eintritisöffnungen 2 kommenden frischen Gasen.Also in the area near the stroke end position of the piston 4 is in addition to the open flow connection between the inlet openings 2 and the respective combustion chamber 10 or 11 and the outlet openings 3 arranged in a common radial plane Z 1 or Z2. The outlet openings 3 of the respective radial plane 21 or 22 in this piston position near its stroke end position or dead center position through the respective end face 5 or 6 of the piston 4 released relative to the associated combustion chamber 10 or 11 so that the combustion gases can escape from the respective combustion chamber 10 or 11 in the combustion chamber 10 and 11 respectively displaced by the inflowing fresh gases coming from the inlet openings 2.
In der Wand des Zylinders 1 sind zur Motorsteuerung, besonders notwendig im Falle der Ausbildung des Kolbens 4 als Freikolben, beispielsweise In den Endbereichen des Zylinderraumes 9, Wegaufnehmer 30,31 angeordnet zur Erfassung de Stellung des Kolbens 4 während seines Hubes, wobei das jeweilige Kolbenstellungssignal dazu verwendet werden kenn und dazu dient, im richtigen Moment und Zeitpunkt die Einspritzdüsen 28,29 bzw. Zündelektroden 128, 129 zu aktivleren.In the wall of the cylinder 1 for engine control, particularly necessary in the case of the piston 4 being designed as a free piston, for example in the end regions of the cylinder chamber 9, displacement sensors 30, 31 are arranged for detecting the position of the piston 4 during its stroke, the respective piston position signal can be used and serves to activate the injection nozzles 28, 29 or ignition electrodes 128, 129 at the right moment and time.
Weiter außerhalb der beiden Hubendlagen des Kolbens In Richtung auf die Kolben mittellage zu, d.h. In Richtung auf kleiner werdenden Abstand zwischen den Symmetrie- Radialebenen 2 und K zu, ist die Stömungsverbindung zwischen den Eintrittsöffnungen 2 und den Öffnungen 90,91 durch den Kolben 4 selbst ebenso ges errt, wie die Strömungsverbindung von den Bohrun en 20,21 zu den Brennräumen
10, 11 durch die abgedichteten Mantelflächen der Ansätze 78 einerseits und die Zylinderbohrungen 12, 13 andererseits und ebenso wiz dier Strömungsverbindung zwischen den Brennräumen 10, 11 und den Austrittsöffnungen 3 durch die Stirnflächen 5,6 und abgedichteten Mantelflächen des Kolbens 4.Further outside the two stroke end positions of the piston towards the piston towards the center position, i.e. towards the decreasing distance between the radial symmetry planes 2 and K, the flow connection between the inlet openings 2 and the openings 90, 91 is through the piston 4 itself just as wrong as the flow connection from holes 20,21 to the combustion chambers 10, 11 through the sealed outer surfaces of the lugs 78 on the one hand and the cylinder bores 12, 13 on the other hand and also wiz dier flow connection between the combustion chambers 10, 11 and the outlet openings 3 through the end faces 5,6 and sealed outer surfaces of the piston 4th
Die Zylinderendseiten weisen jeweils Stirnflächen 87,88 auf, welche die axialen Zylinderbohrungen 12, 13 in denen sich die freien Enden der Ansätze 7,8 mit dem Hub des Kolbens 4 hin und her bewegen, endseitig durch eine Stirnwand ver schließen, so daß Innerhalb der Zylinderbohrungen 12, 13 zwischen der vom Zylinder 1 gebildeten Stirnfläche 87,88 und der Stirnfläche des freien Endes des Ansatzes 7,8 jeweils ein Raum veränderlichen Volumens als Pumpraum für ein Druckmittel (Gas oder Flüssigkeit) gebildet Ist, wobei der Raum veränderlichen Volumens während seiner Volumenverringerung im Zuge des Kolbenhubes druckerhöhend cuf das Druckmittel im Raum veränderlichen Volumens einwirkt. In den Stirnflächen 87,88 sind jeweils stirnseitig axial zu den Zylinderbohrungen 12, 13 führende Druckmittelleitungen 81,82,85,86 als saugseltiger Einlaß und druckseitiger Auslaß, in denen und zu deren Steuerung jeweils Steuerventile 22,23,24,25 vorgesehen sind, beispielsweise als Rückschlagventile oder druckgesteuerte Schieberventile oder als Steuer- bzw. Regelventlle, die von außen , beispielsweise elektrisch angesteuert werden.The cylinder end sides each have end faces 87, 88, which close the axial cylinder bores 12, 13 in which the free ends of the lugs 7, 8 reciprocate with the stroke of the piston 4, ver by an end wall, so that within the Cylinder bores 12, 13 between the end face 87.88 formed by the cylinder 1 and the end face of the free end of the extension 7.8 each have a space of variable volume as a pump space for a pressure medium (gas or liquid), the space having a variable volume during its Volume reduction in the course of the piston stroke increases the pressure on the pressure medium in the room of variable volume. In each of the end faces 87, 88 there are pressure medium lines 81, 82, 85, 86 leading axially to the cylinder bores 12, 13 as suction-sensitive inlet and outlet on the pressure side, in which and for the control thereof control valves 22, 23, 24, 25 are provided, for example as check valves or pressure-controlled slide valves or as control or regulating valves which are controlled externally, for example electrically.
Schließlich führt die jeweils saugseitlge Druckmlttelleltung 81,82 jeweils von dem entgegengesetzten Zylinderenee von der dortigen Stirnfläche 87,88 aus über In der Zylinderlängswand 100 vorgesehene Druckmlttelleltungen 81,82 mit gegenüber der Zyllndenvcndung möglichst großer Oberfläche (großem Querschnlttsumfeng), beispielsweise auch in parallelen, getrennten Kanälen der scugseltieen Druckmittelleitungen 81,82 zur jeweils anderen Stirnfläche am 'anderen Zylinderende und von hier über das seugseitige Steuerventil (=Einlaßventil) stirnseitig axial in die Zyiinderbchrung 12, 13. Auf diese Weise soll durch das seugseitig zugeführte Druckmittel der Zylinder 1, bevorzugt im Bereich der Zyllnderlcngswand 100 0uf dem Lengenabschnitt um den Zyllnderrcum 9 und damit der Verbrennungsmotor gekühlt werden.Finally, the respective suction-side pressure medium lines 81, 82 each lead from the opposite cylinder lake from the end face 87, 88 there via pressure medium lines 81, 82 provided in the cylinder wall 100 with a surface that is as large as possible (large cross-sectional area) compared to the cylinder opening, for example also in parallel, separate ones Channels of the scugseltieen pressure medium lines 81, 82 to the other end face at the 'other cylinder end and from here via the control valve on the suction side (= inlet valve) at the end axially into the cylinder bore 12, 13. In this way, the pressure medium supplied to the cylinder 1, preferably in Area of the Zyllnderlcngswand 100 0 on the Lengen section around the Zyllnderrcum 9 and thus the internal combustion engine to be cooled.
Kurz zusammengefaßt zeigt Figur 1 also das Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Freikolbenmotors . Der Zylinder 1 weist In seiner Wandung Eintritts-Öffnungen 2 für Luft und Austrittscffnυngen 3 für Verbrennungsgase auf und führ den axial beweglichen Kolben 4. Die Eintrittsöffnungen 2 sind dabei in einer Ringzone und die Austrittsöffnungen in zwei Ringzonen angeordnet. Der Kolben 4 weist auf seinen Stirnflächen 5,6 jeweils einen zylindrischen Ansatz 7,8 mit gegenüber dem Kolben 4 kleinerem Durchmesser auf. Der Kolben Ist In einem Zylinderraum 9 geführt, den er In die Brennräume 10, 11 unterteilt. Die zylindrischen Ansätze 7,8 tauchen in allen ihren Stellungen in die Zylinderbohrungen 12, 13 ein, die, wie aus dem Blockschaltbild der Figur 4 ersichtlich ist, beispielswei
Die zylindrischen Ansätze 7,8 stehen mit ihren Stirnfläche n gegen das hydraulisehe Medium in den Leitungen an. Zum Abdichten gegen das hydraulische Medium weisen die zylindrischen Ansätze 7,8 Dichtungen 14, 15 auf. Der Kolben 4 kann zum Abdichten der Brennräume 10, 11 ebenfalls Dichtungen 16, 17 aufweisen. Der Kolben 4 hat weiterhin Kanäle 18, 19, die von seiner Mantelfläche ausgehen und in Bohrungen 20,21 der zylindrischen Ansätze 7,8 übergehen. Die Kanäle sind je nach Art des Motors (Anspruch 1 oder Anspruch 34) getrennt gegeneinander oder offen zueinender. Die Bohrungen 20,21 laufen in die Mantelflächen der zylindrischen Ansätze 7,8 aus. Die Mündungen der Kanäle 18, 19 cuf der Mantelfläche des Kolbens 4 In Form der Öffnungen 90,91 sind gemäß der einen Lösung (Anspruch 1) in zwei Zonen K 1,K2, gemäß der anderen Lösung (Anspruch 34) in einer Zone im exial mittleren Bereich des Kolbens 4, jeweils äquidistent, d.h. kranzartig angeordnet. Diese kranzartige Anordnung ist euch für die Mündungen der Bohrungen 20,21 getroffen, die In Ringzonen der zylindrischen Ansätze 7,8 angeordnet sind.Briefly summarized, Figure 1 shows the embodiment of a free-piston engine according to the invention. The cylinder 1 has in its wall inlet openings 2 for air and outlet openings 3 for combustion gases and guide the axially movable piston 4. The inlet openings 2 are arranged in one ring zone and the outlet openings in two ring zones. The piston 4 has on its end faces 5, 6 each a cylindrical extension 7, 8 with a smaller diameter than the piston 4. The piston is guided in a cylinder chamber 9, which it divides into the combustion chambers 10, 11. The cylindrical lugs 7, 8 immerse in all their positions in the cylinder bores 12, 13 which, as can be seen from the block diagram in FIG. 4, for example The cylindrical lugs 7, 8 are in contact with the hydraulic medium in the lines with their end faces n. For sealing against the hydraulic medium, the cylindrical lugs 7, 8 have seals 14, 15. The piston 4 can also have seals 16, 17 for sealing the combustion chambers 10, 11. The piston 4 also has channels 18, 19 which start from its outer surface and merge into bores 20, 21 of the cylindrical lugs 7, 8. Depending on the type of engine (claim 1 or claim 34), the channels are separate from one another or open to one another. The bores 20, 21 run into the lateral surfaces of the cylindrical lugs 7, 8. The mouths of the channels 18, 19 cuf on the outer surface of the piston 4 in the form of the openings 90,91 according to one solution (claim 1) in two zones K 1, K2, according to the other solution (claim 34) in one zone in the exial middle region of the piston 4, each equidistant, that is arranged in a ring-like manner. This wreath-like arrangement is made for the mouths of the bores 20, 21, which are arranged in ring zones of the cylindrical lugs 7, 8.
Die Brennräume 10, 1 1 weisen kooxiel zu den zylindrischen Ansetzen 1,8 gegenüberliegend zu den Stirnflächen 5,6' des Kolbens 4 jeweils eine toroiäartige Ausnehmung in der Stirnfläche 26,21 des Zylinderroumes 9 cuf, in der ebenfalls krenzertig die Einspritzdüsen 28,29 des Brennstoffes engeorenet sind. In der Wandung des Zylinders 1 sind im Bereich der Brennräume 10, 1 1 Magnetfeldsonden eis Wecaufnehmer 30,31 angeordnet, die zur Steuerung der Einspritzdüsen 28,29 bzw. der zusätzlichen oder alternativen Zündeinrichtungen (Zündelektroden 128, 129) in Abhängigkeit von der Stellung des Kolbens 4 dienen.Combustion chambers 10, 1 1 have a toroidal recess in the end face 26, 21 of the cylinder space 9 cuf, in which the injection nozzles 28, 29 are also cross-sectional to the cylindrical attachments 1,8 opposite the end faces 5,6 'of the piston 4 of the fuel are tight. In the wall of the cylinder 1 in the area of the combustion chambers 10, 1 1 magnetic field probes ice wecaufnehmer 30,31 are arranged, which control the injection nozzles 28,29 or the additional or alternative ignition devices (ignition electrodes 128, 129) depending on the position of the Piston 4 serve.
Die Funktionsvi/eise des erfindungsgemeßen Verbrennungsmotors, insbesondere des Freikolbenmotors nach Figur 1 ist folgende:The function of the internal combustion engine according to the invention, in particular the free-piston engine according to FIG. 1, is as follows:
Den Brennrcumen 10, 1 1 wird über die Kanäle 18, 19 und die Bohrungen 20,21 des Kolbens 4 und seiner zylindrischen Ansätze 1,8 entweder Luft oder Gemisch zugeführt. Im ersten Fall wird über die Düsen 28,29 Brennstoff eingespritzt, wobei eine Selbstzündung eintritt oder es erfolgt eine Zündung durch Zündelektroden. In der in Figur 1 gezeigten Stellung des Kolbens 4 ist im Brennreum 1 1 die Luft bzw. des Gemisch cus Luft und Brennstoff prektisch cuf das Volumen der toroieförmigen Ausnehmung 84 in der Stirnfläche 21 veraichtet. In dem ender en Brennreum 10 befinden sich die Verbrennungsgcse, die über die Austrittsöffnungen 3 in der Wandung des Zylinders 1 nech außen treten. Die Kanäle 18 des Kolbens 4 stehen mit den Eintrittsöffnungen 2 des Zylinders in offener Strömungsverbindung, so deß z.B. vorvercichtete Luft bzw. ein verdichtetes Gemisch über die Kanäle 18 und die Bohrungen 20 in den Brennreum 10 strömen kenn und die Verbrennuncsgase aus dem Brennraum IG verdrängt. In der in Figur 1 dargestellten rechten Stellung des' Kolbens 4 wird dieser nech der Zündung nach links getrieben.
Durch diese Bewegung des Kolbens 4 werden die Austrittsöffnungen 3 und nach der Lösung des Patentanspruches 1 auch die Eintrlttsöffnungen 2 in der Wandung des Zylinders 1 durch die Kolbenmantelfläche gesperrt und die verdichtete Luft bzw. das Gemisch im Brennraum 10 wird weiter verdichtet. Die Mündung der Kanäle 18 und Bohrungen 20 werden durch die Kolbenbewegung ebenfalls gesperrt. Sobald der Kolben dann eine vorgewählte Hubstellung erreicht hat, gibt die Magnetfeldsonde 30 ein Steuersignal an die Steuerung der Einspritzdüsen 28 zum Einspritzen des Brennstoffes bzw. an die Zxndeinrichtung 128 zum Zünden des Brenstoff- Luft- Gemisches.Either air or mixture is supplied to the combustion chamber 10, 1 1 via the channels 18, 19 and the bores 20, 21 of the piston 4 and its cylindrical attachments 1,8. In the first case, fuel is injected via the nozzles 28, 29, auto-ignition occurring or ignition by ignition electrodes. In the position of the piston 4 shown in FIG. 1, the air or the mixture of air and fuel in the combustion chamber 11 is practically the volume of the toroidal recess 84 in the end face 21. In the final combustion chamber 10 there are the combustion gases which come out through the outlet openings 3 in the wall of the cylinder 1. The channels 18 of the piston 4 are in open flow connection with the inlet openings 2 of the cylinder, so that, for example, pre-compressed air or a compressed mixture flows through the channels 18 and the bores 20 into the combustion chamber 10 and displaces the combustion gases from the combustion chamber IG. In the right position of the piston 4 shown in FIG. 1, the latter is driven to the left after the ignition. As a result of this movement of the piston 4, the outlet openings 3 and, according to the solution of patent claim 1, the inlet openings 2 in the wall of the cylinder 1 are blocked by the piston surface and the compressed air or the mixture in the combustion chamber 10 is further compressed. The mouth of the channels 18 and bores 20 are also blocked by the piston movement. As soon as the piston has reached a preselected stroke position, the magnetic field probe 30 sends a control signal to the control of the injection nozzles 28 for injecting the fuel or to the ignition device 128 for igniting the fuel / air mixture.
Sobald der Kolben 4 seine in der Zeichnung linke Endstellung erreicht hat, entspricht der Zustand In dem Brennraum 10 dem aus Figur 1 ersichtlichen Zustand im Brennraum 11. Der Kolben macht somit eine hin- und hergehende Bewegung, die sich auf das hydraulische Medium in den Räumen veränderlichen Volumens der Zylinderbohrungen 12, 13 überträgt, wodurch ein Hydromotor bzw. eine Turbine angetrieben werden kann.As soon as the piston 4 has reached its end position on the left in the drawing, the state in the combustion chamber 10 corresponds to the state in the combustion chamber 11 shown in FIG. 1. The piston therefore makes a reciprocating movement which affects the hydraulic medium in the rooms variable volume of the cylinder bores 12, 13 transmits, whereby a hydraulic motor or a turbine can be driven.
Figur 4 zeigt ein Blockschaltbild eines druckmittelbetriebenen Systems für die Verwendung und Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor, vorzugsweise als Freikolbenmotor. Dieser ist in Figur 4 mit 33 bezeichnet. Von ihm führen die Hydreulikleitungen 34 und 35 zu dem Hydromotor 36. in den Hydraullkleitungen 34,35 ist ein Kühler 31 angeordnet. Der Hydraulikmotor 36 arbeitet auf die. Welle 39 eines Antriebs zum Beispiel eines Fahrzeuges wie z.B. eines Kroftfehrzeuges. Dem Hydromotor 36 ist ein aufschaltbcrer Druckspeicher 40 nachgeschaltet bzw. nachgeor^net. Von der Hydraullkleltung 34 führt von einem Abzweig 41 eine Hydraulikleitung 42 zu einem Startaggregat 43, das über eine Hydraullkleltung mit dem Abzweig 44 mit der Hydraullkleltung 35 verbunden ist Das Sterteggregat 43 besteht aus dem auf Motor- und Pumpenbetrieb umschaltbaren Hydraulikaggregat 46 und der Lichtmaschine 47, die auch als Generator umschaltbar ist bzw. als generator arbeiten kenn, sowie dem Akkumulator 48.FIG. 4 shows a block diagram of a pressure-medium-operated system for use and connection with the internal combustion engine according to the invention, preferably as a free-piston engine. This is designated by 33 in FIG. The hydraulic lines 34 and 35 lead from it to the hydraulic motor 36. A cooler 31 is arranged in the hydraulic lines 34, 35. The hydraulic motor 36 works on the. Shaft 39 of a drive for example of a vehicle such as e.g. a Kroft vehicle. The hydraulic motor 36 is followed by a pressure accumulator 40, which can be switched on or switched off. A hydraulic line 42 leads from the hydraulic roller valve 34 from a branch 41 to a starter unit 43, which is connected to the hydraulic roller valve 35 via a hydraulic roller valve with the branch 44. which can also be switched over as a generator or works as a generator, and the accumulator 48.
Beim Starten des Verbrennungsmotors 33 arbeitet die Lichtmaschine 47 als Motor, wird von dem Akkumulator 48 gespeist und treibt dos auf Pumpenbetrieb geschaltete Hydraullkaggregat 46 an, das den Verbrennungsmotor anwirft.When starting the internal combustion engine 33, the alternator 47 operates as a motor, is fed by the accumulator 48 and drives the hydraulic power unit 46 which is switched to pump operation and which starts the internal combustion engine.
Nach dem Starten des Verbrennungsmotors 33, vorzugsweise als Freikolbenmotor, schaltet das Hydraulikaggregat 46 auf Motorbetrieb um, treibt die Lichtmaschine 47 an, die als Generator den Akkumulator 48 lädt. Beispielswelse beim Abbremsen beispielsweise eines Fahrzeuges wie z.B. eines Kraftfahrzeuges arbeitet der Hydromotor 36 als Pumpe und fördert hydraulisches Medium in den Druckspeicher 40, dessen Energie beim Beschleunigen dem Hydromotor 36 wieder zugeführt werden kann. Der Verbrennungsmotor 33 weist weiterhin einen Verdichter 50 für die Verbrennungsfrischluft und einen Speicher 51 für die vorverdichtete Frischluft auf, die den Brennräumen 10, 11 zugeführt werden kann.
Figur 2 zeigt einen Schnitt durch den Verbrennungsmotor, vorzugsweiseAfter starting the internal combustion engine 33, preferably as a free-piston engine, the hydraulic unit 46 switches over to engine operation, drives the alternator 47, which charges the accumulator 48 as a generator. For example, when braking a vehicle such as a motor vehicle, the hydraulic motor 36 works as a pump and conveys hydraulic medium into the pressure accumulator 40, the energy of which can be fed back to the hydraulic motor 36 when accelerating. The internal combustion engine 33 also has a compressor 50 for the fresh combustion air and a storage 51 for the pre-compressed fresh air, which can be supplied to the combustion chambers 10, 11. Figure 2 shows a section through the internal combustion engine, preferably
Freikolbenmotor nach Figur 1, in dem eine mögliche Anordnung und Ausbildung der saugseitigen Druckmittelleitungen 81,82 mit möglichst großer Oberfläche durch die Zylinderlängswand 100 dargestellt ist.Free-piston engine according to FIG. 1, in which a possible arrangement and design of the suction-side pressure medium lines 81, 82 with the largest possible surface area through the cylinder longitudinal wall 100 is shown.
Aus Figur 3 geht eine andere Ausbildung des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors hervor, wobei hier wiederum ein Frelkolbenmotor dargestellt ist, der hinsichtlich des Verbrennungsmotors im mittleren Bereich des Zylinders 1. und hinsichtlich der Druckmittel pumpe an den Zylinderendbereichen übereinstimmt mit der Ausbildung nach Figur 1, so daß die diesbezügliche Beschreibung der Ausbildung und Funktion nach Figur 1 In gleicher Weise auch für den Teil des Verbrennungsmotors im Zylinderraum 9, dessen begrenzender Umgebung und der Druckmittelpumpe in den Zylinderendbereichen in den Zylinderbohrungen 135 und 136 anstatt 12 und 13 nach der Figur 3 gilt. Lediglich hinsichtlich der Dichtungen 14, 15 und 16, 11 sind kleine Unterschiede dahingehend dargestellt, daß die Ansätze 7,8 nebeneinander zwei Dichtringe tragen und der Kolben 4 zwischen den Bohrungen 90,91 ebenfalls mindestens einen dichtenden Ring in der Radialebene K.From Figure 3 shows another embodiment of the internal combustion engine according to the invention, here again a Frelkolbenmotor is shown, which corresponds to the internal combustion engine in the central region of the cylinder 1. and with regard to the pressure medium pump at the cylinder end regions with the design according to Figure 1, so that the related description of the design and function according to Figure 1 In the same way for the part of the internal combustion engine in the cylinder chamber 9, its surrounding environment and the pressure medium pump in the cylinder end areas in the cylinder bores 135 and 136 instead of 12 and 13 according to Figure 3 applies. Only with regard to the seals 14, 15 and 16, 11 are there small differences in that the lugs 7, 8 carry two sealing rings next to one another and the piston 4 between the bores 90, 91 also has at least one sealing ring in the radial plane K.
Zwischen dem Verbrennungsmotor im mittleren Bereich des Zylinders 1 mit Kolbe und der Druckmittel pumpe In den Endbereichen des Zylinders 1 mit den Zylinderbohrungen 135 und 136, den freien Enden der dritten Längenabschnitte 125, 126 der Ansätze 7,8, den Stirnflächen 87,88 und Ventilen 22 bis 25, die in Aufbau, Anordnung und Funktion dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 entsprechen, besitzt das Ausführungsbeispiel nach Figur 3 beiderseits des Verbrennungsmotors im Zylinderraum 9 noch einen in den Zylinder 1 integrierten Verdichter zum Vorverdichten des Frischgases wie Luft für den Verbrennungsmotor, das von diesem integrierten Verdichter aus den Eintrittsöffnungen 2 zugeleitet wird. Der Verdichter wird gebildet durch symmetrisch beiderseits zu der Symmetrie- Radialebene Z des Zylinders und der Symmetrie- Radialebene K des Kolbens angeordnete Verdichterstufen. Jede dieser Verdichterstufen ist gebildet durch eine axiale Zylinderbohrung 133, 134 mit einem gegenüber dem Durchmesser der Zylinderbohrungen 12, 13 und 135, 136 größerem Durchmesser und einer axialen Länge, die größer als die Hublänge des Kolbens 4 Ist. In jeder der axialen Zylinderbohrungen 133, 134 Ist eine Kolbenscheibe axial beweglich geführt und gegenüber der Bohrungswand über abdichtende Mittel 14, 15 abgedichtet, zusammen mit dem Hub des Kolbens 4 hin- und herbewegbar. Diese Kolbenscheibe ist jeweils gebildet aus einem zweiten axial kurzem Längenabschnitt 123,124 der Ansätze 7,8 mit gegenüber den ersten und dritten Längenabschnitten 121, 122 und 125, 126 größerem Durchmesser, der dem Durchmesser der Zylinderbohrung 133, 134 entspricht und beispielsweise gleich dem Durchmesser des Kolbens 4 oder des Zylinderraumes 9 Ist.
Dieser zweite Längenabschnitt 123, 124 der Ansätze 7,8 als ffbuie Kolbenscheibe bewegt sich nun zwangsläufig beim Hub des Kolbens 4 m il diesem in gleicher Richtung und Strecke, ohne in der Hubendlage an den Enden der Zylinderbohrung 133, 134 dnzuschlagen. Die dem zweiten Längenabschnitt 123, 124 axiel benachbarten ersten und dritten Längenebschnitte 121, 122 und 125, 126 sind jeweils in ihren Zylinderbohrungen 12, 13, 135, 136 abgedichtet. Jeweils cn beiden Enden der Zylinderbohrung 133, 134 münden radial curch die Zylinderwcnd führence, vorzugsweise ventilgesteuerte Einlcßbohrungen 152, 154, 156, 158 und Auslaßbohrungen 151, 155, 155, 157 für die Zuführung von drucklosem Frischgas wie Luft für die Verbrennung in den Verdichter und Ableitung von vorvercichtetem Frischgas wie Luft aus dem Verdichter zu den Eintrittsöffnungen 2. Dabei können beispielswelse beim Ausführungsbeispiel nach Figur 5 jeweils für die Frischgaszuführung die Einlaßbohrungen 132, 158 und 154, 156 zusammengeschaltet sein, ebenso wie die Auslaßbohrungen 151, 157 und 153, 155, über die des vorverdichtete Frischgos dann u.U. ventilgesteuert gemeinsam zu de Eintrittsöffnungen 2 geleitet und geführt wird.Between the internal combustion engine in the central region of the cylinder 1 with piston and the pressure medium pump In the end regions of the cylinder 1 with the cylinder bores 135 and 136, the free ends of the third longitudinal sections 125, 126 of the lugs 7, 8, the end faces 87, 88 and valves 22 to 25, which correspond in structure, arrangement and function to the exemplary embodiment according to FIG. 1, the exemplary embodiment according to FIG. 3 on both sides of the internal combustion engine in the cylinder space 9 also has a compressor integrated in the cylinder 1 for precompressing the fresh gas, such as air for the internal combustion engine, which from this integrated compressor is fed from the inlet openings 2. The compressor is formed by compressor stages arranged symmetrically on both sides to the symmetry radial plane Z of the cylinder and the symmetry radial plane K of the piston. Each of these compressor stages is formed by an axial cylinder bore 133, 134 with a larger diameter than the diameter of the cylinder bores 12, 13 and 135, 136 and an axial length that is greater than the stroke length of the piston 4. In each of the axial cylinder bores 133, 134, a piston disk is axially movably guided and sealed against the bore wall by means of sealing means 14, 15, and can be moved back and forth together with the stroke of the piston 4. This piston disk is each formed from a second axially short length section 123, 124 of the lugs 7, 8 with a larger diameter than the first and third length sections 121, 122 and 125, 126, which corresponds to the diameter of the cylinder bore 133, 134 and, for example, is equal to the diameter of the piston 4 or the cylinder space 9 is. This second longitudinal section 123, 124 of the lugs 7, 8 as ffbuie piston disc now inevitably moves when the piston 4 is lifted in the same direction and distance, without striking the ends of the cylinder bore 133, 134 in the stroke end position. The first and third length sections 121, 122 and 125, 126 adjacent to the second length section 123, 124 axiel are each sealed in their cylinder bores 12, 13, 135, 136. At both ends of the cylinder bore 133, 134 open radially through the cylinder wall guide, preferably valve-controlled inlet bores 152, 154, 156, 158 and outlet bores 151, 155, 155, 157 for the supply of pressureless fresh gas such as air for the combustion in the compressor and Derivation of pre-compressed fresh gas such as air from the compressor to the inlet openings 2. In the exemplary embodiment according to FIG. 5, the inlet bores 132, 158 and 154, 156 can be connected together for the fresh gas supply, as can the outlet bores 151, 157 and 153, 155, Via which the precompressed fresh goo may then be valve-controlled and led jointly to the inlet openings 2.
Die Funktion der Verdichtungseinrichtung ist folgende:The function of the compression device is as follows:
In den sich während des Hubes des Kolbens 4 vergrößernden Raum in der Zylinc bohrung 135, 134 wird Frischgas wie Luft angesaugt über die gegebenenfells ventilgesteuerten. Einlaßbohrungen 152, 158 bis zum Hubende des Kolbens 4, vjähre gleichzeitig in dem sich verkleinernden Raum der Zylinderbohrung 155, 154 des beim Hub davor angeseugte Frischgas komprimiert und über die eventuell ventilgesteuerten Auslaßbohrungen 153, 155 zu den Eintrittsöffnungen 2 geleitet wird. Nech Erreichen des Hubendes des Kolbens 4 wird der Kolben 4 infolge der Verbrennung im Motor in entgegengesetzter Hubrichtung bewegt und euch bei der Verdichtungseinrichtung wechseln nun zwangsläufig die sich verkleinernden und die sich vergrößernden Räume miteinander ab, ebenso wie dabei dann auch die Einlaßbohrungen 152, 154, 156, 158 und die Auslaßbohrungen 153, 153, 155, 157 gegebenenfalls mit den ihnen zugeordneten Ventilen entsprechend umgekehrt aktiviert werden.In the increasing in the stroke of the piston 4 space in the cylinder bore 135, 134 fresh gas is sucked in like air via the valve-controlled given fur. Inlet bores 152, 158 up to the stroke end of the piston 4, vjähre at the same time compressed in the shrinking space of the cylinder bore 155, 154 of the fresh gas sucked in before the stroke and passed through the possibly valve-controlled outlet bores 153, 155 to the inlet openings 2. After reaching the stroke end of the piston 4, the piston 4 is moved in the opposite stroke direction as a result of the combustion in the engine, and the compression and contraction of the enlarging spaces inevitably alternate with each other, as does the inlet bores 152, 154, 156, 158 and the outlet bores 153, 153, 155, 157, if appropriate, can be activated in a corresponding manner in reverse with the valves assigned to them.
Bei der Lösung nach Anspruch 34 wird die vorverdichtete Luft bzw. das vorverdichtete Luft- Kraftstoff- Gemisch vom Verdichter über die Eintrittsöffnungen 2 und die während des gesamten Kolbenhubes hierzu in offener Verbindung stehenden, vorzugsweise eis in Axialrichtung verlaufende Lenglöcher ausgebildete Öffnungen 90,91 unmittelbar und ständig bis In den hohlen Kolben 4 geleitet um dort mit Vorspanndruck gespeichert und laufend nachgefüllt bereit zu stehen, um bei Öffnung bzw. Freigabe der Bohrungen 20,21 unmittelbar und vorverdichtet ohne unnötige Entspannung in die Brennräume 10, 11 strömen zu können.
In the solution according to claim 34, the pre-compressed air or the pre-compressed air-fuel mixture from the compressor via the inlet openings 2 and the openings 90, 91 formed directly and preferably in the axial direction through the opening openings formed during the entire piston stroke, for this purpose constantly up to the hollow piston 4 in order to be stored there with pre-tensioning pressure and to be constantly refilled so that it can flow directly and pre-compressed into the combustion chambers 10, 11 without unnecessary relaxation when the bores 20, 21 are opened or released.