EP2639426B1 - Inline-Doppelkolbenmotor - Google Patents

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EP2639426B1
EP2639426B1 EP20130159222 EP13159222A EP2639426B1 EP 2639426 B1 EP2639426 B1 EP 2639426B1 EP 20130159222 EP20130159222 EP 20130159222 EP 13159222 A EP13159222 A EP 13159222A EP 2639426 B1 EP2639426 B1 EP 2639426B1
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EP
European Patent Office
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piston
sleeve
cylinder
sleeve piston
crankshaft
Prior art date
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Not-in-force
Application number
EP20130159222
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English (en)
French (fr)
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EP2639426A1 (de
Inventor
Andreas Ross
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Fachhochschule Luebeck
Original Assignee
Fachhochschule Luebeck
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Filing date
Publication date
Application filed by Fachhochschule Luebeck filed Critical Fachhochschule Luebeck
Publication of EP2639426A1 publication Critical patent/EP2639426A1/de
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Publication of EP2639426B1 publication Critical patent/EP2639426B1/de
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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
    • F02B41/00—Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • F02B41/02—Engines with prolonged expansion
    • F02B41/04—Engines with prolonged expansion in main cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B7/00—Machines or engines with two or more pistons reciprocating within same cylinder or within essentially coaxial cylinders
    • F01B7/20—Machines or engines with two or more pistons reciprocating within same cylinder or within essentially coaxial cylinders with two or more pistons reciprocating one within another, e.g. one piston forming cylinder of the other
    • 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
    • F02B75/28—Engines with two or more pistons reciprocating within same cylinder or within essentially coaxial cylinders
    • F02B75/30—Engines with two or more pistons reciprocating within same cylinder or within essentially coaxial cylinders with one working piston sliding inside another

Definitions

  • the invention relates to an inline double piston engine with a cylinder, a guided inside the cylinder sleeve piston, wherein the sleeve piston has an inner recess for receiving an inner piston and an upper recess with a smaller diameter than the inner recess, wherein a shoulder edge forms, a inside the inner recess of the sleeve piston arranged inner piston with an upper side, wherein the inner piston is connected via a connecting rod with a crankshaft.
  • the invention relates to a sleeve piston for an inline double piston engine according to the invention.
  • In-line dual piston engines are four-stroke combustion engines in which two reciprocating pistons, an outer and an inner piston, move in a working cylinder.
  • four-stroke engines in which the residual pressure is not utilized during the power stroke, but is lost even with very elaborate exhaust systems about this, offer double piston engines, realize the suction and compression with a different volume than the working and exhaust step, some advantages.
  • the entire piston consists of the two nested pistons, namely inner and outer pistons, also referred to as sleeve piston, wherein in the intake stroke of the inner, smaller piston sucks the fuel mixture, while the outer, large piston is to remain at top dead center. The compression is also done by the small piston.
  • the outer piston is to be held by a lock, so that the piston pair can be used with the entire enlarged in this way piston surface for converting the pressure energy into kinetic energy.
  • the outer piston of the inner piston is to be pushed according to the invention in its original starting position.
  • the object of the invention is to provide a specific embodiment of the in-line double-piston engine, the inner and the outer piston actuated according to the invention, so that in the known four-stroke sucking, compressing, working and ejecting the first two strokes are performed by the inner piston and the two subsequent cycles of both pistons, wherein the outer piston is held at the top dead center during the first two strokes at the second two bars of the piston provided with the inner piston forcibly entrains the outer sleeve piston, so in the explosion process, the power stroke, the outer piston is supported on the inner piston and pushes him down.
  • the connecting rod is attached to the inner piston with the crankshaft in accordance with the invention.
  • the cylinder is formed in two parts, the sleeve piston has an axial guide rail for axial positive guidance in the lateral wall and the cylinder on a stationary guide roller, wherein the guide roller is arranged in the axial guide track, so that the sleeve piston is non-rotatably movable in the horizontal direction, the sleeve piston has a arranged on the lateral wall with varying distance to the combustion chamber encircling closed slide track and a cam roller, wherein the cam roller is guided guided in the slide track of the sleeve piston, and the cam roller on a rotatable between the cylinder sections, namely the first and the second cylinder section, arranged sprocket is arranged, wherein the sprocket with the cam roller arranged thereon is in communication with the crankshaft, so that in accordance with the rotation of the crankshaft rotation of the sprocket with the curvature arranged thereon e takes place in the cylinder wall, whereby the sleeve piston in
  • connection between the crankshaft and the ring gear is a pinion on the ring gear, which are in operative connection with each other, wherein the pinion is rotatably mounted via a transmission means with the crankshaft and a Rotational movement of the crankshaft converted into a rotational movement of the ring gear.
  • the transmission means is a toothed belt or a timing chain.
  • the sprocket is closer to the combustion chamber in the cylinder wall, as the guide roller for the axial guidance.
  • the toothing of pinion with the ring gear to rotate the ring gear is carried out at half the crankshaft speed.
  • the slide track is formed over half of the sprocket rotation straight perpendicular to the piston axis without inclination as a locking path, while the other half for a certain up and down movement, in particular the clocks working and expelling the sleeve piston to the provided in the sleeve piston peripheral surface axis-parallel extending guideway is curved with axial direction components.
  • the power transmission of the sleeve piston on the inner piston during movement of the sleeve piston takes place in the upper region by the edge formed from the difference in diameter between the inner recess and the upper recess.
  • the sleeve piston according to the invention for an inline double-piston engine according to the invention has an inner recess for receiving an inner piston and an upper through the piston top continuous recess in the piston top with a smaller diameter than the inner Recess on, wherein a shoulder edge forms, and an axial guide track for axial positive guidance, and arranged on the side wall with a varying distance to the combustion chamber surrounding closed slide track.
  • An inventively designed cylinder 11, 12 with positive control for two pistons, the outer sleeve piston 2 and the inner piston 3, has a positive guidance as in FIG. 1 shown on.
  • the sleeve piston 2 has left on the circumference extending in the axial direction of the piston axial guide track 23 for axial positive guidance in the vertical direction, so that the sleeve piston 2 does not rotate.
  • Only the inner piston 3 is connected via a connecting rod 91 (not shown) with the crankshaft 9 (not shown). It will open Fig. 6 directed.
  • the sleeve piston 2 has a circumferentially varying distance to the combustion chamber slide track 24, and a standing with the crankshaft 9 in connection ring gear 4, which is rotatably mounted in the cylinder wall 11, 12 between the cylinders 11 and 12.
  • This ring gear 4 is rotatably disposed about the sleeve piston 2, wherein it supports a bearing in the slide track 24 in engagement cam roller 7 or carries.
  • the slide track 24 is formed just in a plane parallel to the piston surface, so as to hold the sleeve piston 2 substantially at its top dead center or to prevent movement of the sleeve piston 2.
  • the slide track 24 formed over half of a crazy from the ring gear 4 rotation straight perpendicular to the axis without inclination as a locking path, while the other half for the up and down movement of the sleeve piston 2 provided for in the wall of the sleeve piston 2 axial Guideway 23 is curved with axial direction components. This axial deflection from the locking plane corresponds to the stroke of the sleeve piston 2.
  • the axial guidance of the sleeve piston 2 so that it does not rotate, can be realized by a formed along the outer wall of the sleeve piston 2 guide track 23, which is in engagement with a cam roller 6 mounted in the cylinder 11, 12.
  • An effective reversal is generally possible, however, a weakening of the cylinder surface is not preferred by a longer path, so it is advisable to support the cam roller 6 on the cylinder wall of the cylinder 11,12 and provide the guide track 23 in the sleeve piston 2.
  • This cam roller 6 then engages in the formed on the sleeve piston jacket surface groove, the guideway 23, a.
  • the axial guidance can also be realized differently, for example via such trained pins or the like.
  • the rotating ring gear 4 is disposed in the wall of the cylinder 11, 12 and closer to the combustion chamber, as the cam roller 6.
  • the ring gear 4 is driven by a pinion 5 and carries on its inside another guide roller, the cam roller 7, the is moved through the slide track 24 therethrough, whereby it stops the lifting movement of the sleeve piston 2 in the flat portion and moves in the inclined portions closer to the piston end face.
  • the crankshaft 9 For the drive of the pinion 5 provides a mechanically coupled to the crankshaft 9 means so that the crankshaft 9 and ring gear 4 are coupled together for rotation. It is particularly advantageous that the teeth of pinion 5 is carried out with the ring gear 4 for rotating the ring gear 4 at half crankshaft speed.
  • the ring gear 4 thus rotates at half the crankshaft speed, so as to make one half of the sleeve piston circumference with its cam roller 7 in the slide track 24 to a locking path.
  • the sleeve piston 2 is supported on the inner piston 3, while during the operation of the sleeve piston 2 in the expansion of the fuel gases also acts on the inner piston, ie on both pistons 2, 3 together.
  • the Fig. 2 shows a side sectional view of the cylinder 11, 12 with the ring gear 4, which is rotatably formed between the cylinder sections, and the pinion 5, which drives the ring gear 4.
  • Fig. 3 is a further lateral sectional view of the cylinder 11, 12 shown with the ring gear 4 and the pinion 5.
  • Fig. 4 shows a spatial sectional view of the cylinder 11, 12 with the ring gear 4 and the pinion. 5
  • Fig. 5 is a sectional view of the cylinder 11, 12 shown with the ring gear 4 and the pinion 5 in a plan view, in which case the cam roller 7 is shown.
  • Fig. 6 shows a sectional view of the side-cut cylinder shown 11, 12 with sleeve piston 2, a recessed in the cylinder wall rotating ring gear 4 with its cam roller 7 and an axial guide track 23 with its guide roller. 6
  • crankshaft 9 With the connecting rod 91 and the timing belt 8 can be seen with the pinion.
  • the upper shoulder edge 22 of the sleeve piston 2 as an abutment to the inner piston 3 can also be designed as an alternative tapering, crucial for the function is the possibility of entrainment of the sleeve piston to the inner piston.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Inline-Doppelkolbenmotor mit einem Zylinder, einem innerhalb des Zylinders geführten Hülsenkolben, wobei der Hülsenkolben eine innere Aussparung zur Aufnahme eines inneren Kolbens und eine obere Aussparung mit einem geringeren Durchmesser als die innere Aussparung aufweist, wobei sich eine Absatzkante ausbildet, einem innerhalb der inneren Aussparung des Hülsenkolbens angeordneten inneren Kolben mit einer Oberseite, wobei der innere Kolben über ein Pleuel mit einer Kurbelwelle verbunden ist.
  • Ferner betrifft die Erfindung einen Hülsenkolben für einen erfindungsgemäßen Inline-Doppelkolbenmotor.
  • Derartige Inline-Doppelkolbenmotoren, bei dem ein in einem äußeren Kolben, dem Hülsenkolben, geführter kleiner oder auch innerer Kolben zumindest zeitweise eine Einheit bilden und gemeinsam bewegt werden, jedoch eben zeitweise nur einzeln bewegt werden, sind seitens der Anmelderin bereits in der Druckschrift DE 10 2009 031 860 A1 beschrieben worden.
  • Inline-Doppelkolbenmotoren sind Viertakt-Verbrennungs-Kraftmotoren, bei denen sich in einem Arbeitszylinder zwei ineinandergleitende Kolben, einem äußeren und einem inneren Kolben bewegen. Gegenüber herkömmlichen Viertakt-Motoren, bei denen der Restdruck beim Arbeitstakt nicht ausgenutzt wird, sondern auch bei sehr aufwändig gestalteten Abgassystemen über dieses verloren geht, bieten Doppelkolbenmotore, die Ansaugen und Verdichten mit einem anderen Volumen als beim Arbeits- und Auspuffschritt realisieren, einige Vorteile.
  • Bei herkömmlichen Viertakt-Verbrennungsmotoren wird ein Kreisprozess im bekannten Viererrhythmus durchfahren. Bedingt durch die konstante Oberfläche des Kolbens und das erforderliche Öffnen des Auslassventiles vor dem unteren Totpunkt des Kolbenhubs im Arbeitstakt verlassen dabei noch unter Druck stehende Arbeitsgase für die Drehmomenterzeugung ungenutzt den Zylinderraum.
  • Bei einem Doppelkolbenmotor, der das Restvolumen im Arbeitstakt zur Drehmomenterhöhung ausnutzt, sind nun die beiden Kolben in ihrer Stellung zueinander in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel zu steuern.
  • Hierbei stellt sich das Problem, dass auch die dynamischen Zusatzkräfte beherrscht werden müssen, die aufgrund von Bremsung zumindest eines Kolbens, insbesondere des äußeren Kolbens auf eine Geschwindigkeit von Null im unteren und oberen Totpunkt entstehen. Dabei müssen nicht definierte Stellungen der Bauteile zueinander vermieden werden.
  • Der gesamte Kolben besteht dabei aus den zwei ineinander liegenden Kolben, nämlich innerer und äußerer Kolben, auch als Hülsenkolben bezeichnet, wobei im Ansaugtakt der innere, kleinere Kolben das Kraftstoffluftgemisch ansaugt, während der äußere, große Kolben im oberen Totpunkt verharren soll. Die Verdichtung erfolgt ebenfalls durch den kleinen Kolben. Beim Arbeitstakt soll der äußere Kolben durch eine Verriegelung gehalten werden, so dass das Kolbenpaar mit der gesamten auf diese Weise vergrößerten Kolbenfläche zur Umwandlung der Druckenergie in Bewegungsenergie genutzt werden kann. Beim Arbeitsgang des Ausstoßens soll erfindungsgemäß der äußere Kolben von dem inneren Kolben in seine ursprüngliche Ausgangslage geschoben werden.
  • Problematisch am bisher bekannten Stand der Technik ist die konkrete Umsetzbarkeit des erfindungsgemäßen Inline-Doppelkolbensystems, wobei dies derzeit nicht effizient genug bzw. zu aufwendig ausgeführt ist.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine konkrete Ausgestaltung des Inline-Doppelkolbenmotors anzugeben, die den inneren und den äußeren Kolben erfindungsgemäß ansteuert, so dass im bekannten Viererrhythmus Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen die beiden ersten Takte von dem inneren Kolben und die beiden nachfolgenden Takte von beiden Kolben durchgeführt werden, wobei der äußere Kolben während der ersten beiden Takte am oberen Totpunkt gehalten wird, bei den zweiten beiden Takten der mit dem Pleuel versehene innere Kolben den äußeren Hülsenkolben zwangsweise mitnimmt, also beim Explosionsprozess, dem Arbeitstakt, sich der äußere Kolben auf den inneren Kolben abstützt und ihn mit hinunter drückt. Das Pleuel ist am inneren Kolben mit der Kurbelwelle in erfindungsgemäßer Weise befestigt.
  • Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Anordnung gemäß der Merkmalskombination des unabhängigen Anspruchs.
  • Der Zylinder ist zweigeteilt ausgebildet, der Hülsenkolben weist eine axiale Führungsbahn zur axialen Zwangsführung in dessen seitlicher Wandung und der Zylinder eine ortsfeste Führungsrolle auf, wobei die Führungsrolle in der axialen Führungsbahn angeordnet ist, so dass der Hülsenkolben unverdrehbar in horizontaler Richtung bewegbar ist, der Hülsenkolben weist eine auf dessen seitlicher Wandung angeordnete mit variierender Distanz zum Verbrennungsraum umlaufende geschlossene Kulissenbahn auf und eine Kurvenrolle, wobei die Kurvenrolle in der Kulissenbahn des Hülsenkolbens geführt angeordnet ist, und die Kurvenrolle auf einem drehbar zwischen den Zylinderabschnitten, nämlich dem ersten und dem zweiten Zylinderabschnitt, angeordneten Zahnkranz angeordnet ist, wobei der Zahnkranz mit der darauf angeordneten Kurvenrolle mit der Kurbelwelle in Verbindung steht, so dass entsprechend der Drehung der Kurbelwelle eine Verdrehung des Zahnkranzes mit der darauf angeordneten Kurvenrolle in der Zylinderwandung erfolgt, wodurch der Hülsenkolben in dessen horizontaler Position durch Abfahren der Kulissenbahn zumindest abschnittsweise verfahren bzw. verfahrbar / freigegeben wird.
  • Die Verbindung zwischen der Kurbelwelle und dem Zahnkranz ist ein Ritzel am Zahnkranz, die miteinander in Wirkverbindung stehen, wobei das Ritzel über ein Übertragungsmittel mit der Kurbelwelle drehverbunden angeordnet ist und eine Drehbewegung der Kurbelwelle in eine Drehbewegung des Zahnkranzes überführt.
  • Das Übertragungsmittel ist ein Zahnriemen oder eine Steuerkette.
  • Der Zahnkranz ist in der Zylinderwandung zum Brennraum hin näher angeordnet, als die Führungsrolle für die Axialführung.
  • Die Verzahnung von Ritzel mit dem Zahnkranz zur Verdrehung des Zahnkranzes ist auf halber Kurbelwellendrehzahl ausgeführt.
  • Die Kulissenbahn ist über die Hälfte der Zahnkranzumdrehung gerade senkrecht zur Kolbenachse ohne Neigung als Verriegelungsstrecke ausgebildet, während die andere Hälfte für eine bestimmte Auf- und Ab-Bewegung, insbesondere die Takte Arbeiten und Ausstoßen, des Hülsenkolbens um die in der Hülsenkolben-Umfangsfläche vorgesehene achsparallel verlaufende Führungsbahn mit axialen Richtungsanteilen geschwungen ist.
  • Die axiale Höhenänderung der Kulissenbahn des Hülsenkolbens folgt der Formel S = R * 1 + R / 4 ⁢ L - cosϕ - R / 4 ⁢ L * cos 2 ⁢ ϕ
    Figure imgb0001
     wobei S der zurückgelegte Hubweg ist und L die Pleuellänge, R die Kurbelwellenkröpfung (=Maximalhub/2) und ϕ den Kurbelwinkel darstellen.
  • Die Kraftübertragung des Hülsenkolbens auf den inneren Kolben bei Bewegung des Hülsenkolbens erfolgt im oberen Bereich durch die aus dem Durchmesserunterschied zwischen innerer Aussparung und oberer Aussparung gebildete Absatzkante.
  • Der erfindungsgemäße Hülsenkolben für einen erfindungsgemäßen Inline-Doppelkolbenmotor weist eine innere Aussparung zur Aufnahme eines inneren Kolbens und eine obere durch die Kolbenoberseite durchgängige Aussparung in der Kolbenoberseite mit einem geringeren Durchmesser als die innere Aussparung auf, wobei sich eine Absatzkante ausbildet, sowie eine axiale Führungsbahn zur axialen Zwangsführung, und eine auf dessen seitlicher Wandung angeordnete mit variierender Distanz zum Verbrennungsraum umlaufende geschlossene Kulissenbahn.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels. Dabei zeigt:
    • Fig.1
    eine perspektivische Darstellung des seitlich geschnitten dargestellten Zylinders als mit Hülsenkolben, einem in der Zylinderwandung eingelassenen rotierenden Zahnkranz mit seiner Kurvenrolle und eine Axialführung mit ihrer Kurvenrolle;
    Fig. 2
    eine seitliche Schnittdarstellung des Zylinders mit dem Zahnkranz und dem Ritzel;
    Fig. 3
    eine weitere seitliche Schnittdarstellung des Zylinders mit dem Zahnkranz und dem Ritzel;
    Fig. 4
    eine räumliche Schnittdarstellung des Zylinders mit dem Zahnkranz und dem Ritzel;
    Fig. 5
    eine Schnittdarstellung des Zylinders mit dem Zahnkranz und dem Ritzel in einer Draufsicht und
    Fig. 6
    eine Schnittdarstellung des seitlich aufgeschnitten dargestellten Zylinders als mit Hülsenkolben, einem in der Zylinderwandung eingelassenen rotierenden Zahnkranz mit seiner Kurvenrolle und eine Axialführung mit ihrer Kurvenrolle.
  • Gleiche Elemente der Erfindung sind mit gleichen Bezugszeichen versehen worden.
  • Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Zylinder 11, 12 mit Zwangssteuerung für zwei Kolben, den äußeren Hülsenkolben 2 und den inneren Kolben 3, weist eine Zwangsführung wie in der Figur 1 dargestellt auf. Der Hülsenkolben 2 weist links am Umfang eine in axialer Richtung des Kolbens verlaufende axiale Führungsbahn 23 zur axialen Zwangsführung in vertikaler Richtung auf, so dass der Hülsenkolben 2 nicht rotiert. Nur der innere Kolben 3 ist über ein Pleuel 91 (nicht dargestellt) mit der Kurbelwelle 9 (nicht dargestellt) verbunden. Es wird auf Fig. 6 verwiesen.
  • Weiter weist der Hülsenkolben 2 eine am Umfang mit variierender Distanz zum Verbrennungsraum umlaufende Kulissenbahn 24 auf, und ein mit der Kurbelwelle 9 in Verbindung stehender Zahnkranz 4, der in der Zylinderwandung 11, 12 zwischen den Zylindern 11 und 12 drehbar angebracht ist. Dieser Zahnkranz 4 ist verdrehlich um den Hülsenkolben 2 angeordnet, wobei er eine in der Kulissenbahn 24 in Eingriff stehende Kurvenrolle 7 lagert bzw. trägt. Über die Hälfte eines Umlaufs des Zahnkranzes 4 um den Hülsenkolben 2 ist die Kulissenbahn 24 eben in einer Parallelebene zur Kolbenfläche ausgebildet, um also den Hülsenkolben 2 im Wesentlichen an seinem oberen Totpunkt zu halten bzw. eine Bewegung des Hülsenkolbens 2 zu verhindern.
  • Nach Entzündung des Arbeitsgases im Brennraum soll allerdings eine gleichzeitige Axialbewegung der beiden Kolben 2, 3 ermöglicht werden und daher ist die Kulissenbahn 24 im übrigen Verlauf so geschwungen, dass sich beide Kolben 2, 3 im Wesentlichen synchron bewegen können.
  • Wie in der Figur 1 dargestellt ist also die Kulissenbahn 24 über die Hälfte einer vom Zahnkranz 4 abgefahrenen Umdrehung gerade senkrecht zur Achse ohne Neigung als Verriegelungsstrecke ausgebildet, während die andere Hälfte für die Auf- und Ab-Bewegung des Hülsenkolbens 2 um die in der Wandung des Hülsenkolbens 2 vorgesehene axiale Führungsbahn 23 mit axialen Richtungsanteilen geschwungen ist. Diese axiale Auslenkung aus der Verriegelungsebene entspricht dem Hub des Hülsenkolbens 2.
  • Die axiale Führung des Hülsenkolbens 2, damit dieser nicht mitrotiert, kann durch eine entlang des Außenwandung des Hülsenkolbens 2 ausgebildete Führungsbahn 23 realisiert werden, die mit einer im Zylinder 11, 12 befestigten Kurvenrolle 6 in Eingriff steht. Eine Wirkumkehr ist generell möglich, allerdings wird eine Schwächung der Zylinderlauffläche durch eine längere Bahn nicht bevorzugt, so dass es sich anbietet, die Kurvenrolle 6 an der Zylinderwandung des Zylinders 11,12 zu haltern und die Führungsbahn 23 im Hülsenkolben 2 vorzusehen. Diese Kurvenrolle 6 greift dann in die auf der Hülsenkolben-Manteltläche ausgebildete Nut, die Führungsbahn 23, ein.
  • Die axiale Führung kann aber auch anders realisiert werden, beispielsweise über derart ausgebildete Stifte oder dgl.
  • Andererseits wird der rotierende Zahnkranz 4 in der Wandung des Zylinders 11, 12 angeordnet und zwar zum Brennraum hin näher, als die Kurvenrolle 6. Der Zahnkranz 4 wird von einem Ritzel 5 angetrieben und trägt an seiner Innenseite eine weitere Führungsrolle, die Kurvenrolle 7, die durch die Kulissenbahn 24 hindurch bewegt wird, wodurch sie die Hubbewegung des Hülsenkolbens 2 im ebenen Abschnitt stoppt und in den geneigten Abschnitten dichter an der Kolbenstirnfläche bewegt.
  • Für den Antrieb des Ritzels 5 sorgt eine mit der Kurbelwelle 9 mechanisch gekoppelte Einrichtung, so dass Kurbelwelle 9 und Zahnkranz 4 miteinander zur Verdrehung gekoppelt sind. Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass die Verzahnung von Ritzel 5 mit dem Zahnkranz 4 zur Verdrehung des Zahnkranzes 4 auf halber Kurbelwellendrehzahl ausgeführt ist.
  • Der Zahnkranz 4 läuft also mit halber Kurbelwellendrehzahl um, um so eine Hälfte des Hülsenkolbenumfangs mit seiner Kurvenrolle 7 in der Kulissenbahn 24 zu einer Verriegelungstrecke zu machen. Die andere Hälfte der Kulissenbahn 24 erlaubt die Auf- und Ab-Bewegung des Hülsenkolbens 2, wobei die axiale Höhenänderung der Kulissenbahn 24 des Hülsenkolbens 2 der Formel S = R * 1 + R / 4 ⁢ L - cosϕ - R / 4 ⁢ L * cos 2 ⁢ ϕ
    Figure imgb0002
     folgt, wobei S der zurückgelegte Hubweg ist, und L die Pleuellänge, R die Kurbelwellenkröpfung (= Maximalhub / 2) und ϕ den Kurbelwinkel darstellen, so dass im Arbeits- und Auslasstakt die Kurvenrolle 7 unbelastet in der Kurvenbahn, der Kulissenbahn 24 läuft, die in einer entsprechenden Breite vorgesehen ist.
  • Beim Auslasstakt stützt sich der Hülsenkolben 2 auf den inneren Kolben 3 ab, während beim Arbeitsschritt der Hülsenkolben 2 bei der Expansion der Brenngase auch auf den inneren Kolben wirkt, also auf beide Kolben 2, 3 gemeinsam.
  • Die Fig. 2 zeigt eine seitliche Schnittdarstellung des Zylinders 11, 12 mit dem Zahnkranz 4, der zwischen den Zylinderabschnitten drehbar ausgebildet ist, und dem Ritzel 5, welches den Zahnkranz 4 antreibt.
  • Der etwas größere Punkt auf dem Zahnkranz 4 in der linken Hälfte symbolisiert die aufgenommene Welle der Kurvenrolle 7.
  • In Fig. 3 ist eine weitere seitliche Schnittdarstellung des Zylinders 11, 12 mit dem Zahnkranz 4 und dem Ritzel 5 dargestellt.
  • Fig. 4 zeigt eine räumliche Schnittdarstellung des Zylinders 11, 12 mit dem Zahnkranz 4 und dem Ritzel 5.
  • In Fig. 5 ist eine Schnittdarstellung des Zylinders 11, 12 mit dem Zahnkranz 4 und dem Ritzel 5 in einer Draufsicht gezeigt, wobei hier die Kurvenrolle 7 dargestellt ist.
  • Fig. 6 zeigt eine Schnittdarstellung des seitlich aufgeschnitten dargestellten Zylinders 11, 12 mit Hülsenkolben 2, einem in der Zylinderwandung eingelassenen rotierenden Zahnkranz 4 mit seiner Kurvenrolle 7 und eine axiale Führungsbahn 23 mit ihrer Führungsrolle 6.
  • Hier sind ferner die Zusammenschaltung der Kurbelwelle 9 mit dem Pleuel 91 sowie des Zahnriemens 8 mit dem Ritzel zu erkennen.
  • Die obere Absatzkante 22 des Hülsenkolbens 2 als Gegenlager zum inneren Kolben 3 kann auch alternativ verjüngend ausgestaltet werden, entscheidend für die Funktion ist die Mitnahmemöglichkeit des Hülsenkolbens zum inneren Kolben.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Motorgehäuse
    11
    erster Zylinderabschnitt / Zylinder
    12
    zweiter Zylinderabschnitt / Zylinder
    2
    Hülsenkolben
    21
    obere Aussparung
    22
    Absatzkante
    23
    axiale Führungsbahn
    24
    Kulissenbahn
    25
    innere Aussparung
    3
    kleiner / innerer Kolben
    31
    Oberseite des kleinen Kolbens
    4
    Zahnkranz
    5
    Ritzel
    6
    Führungsrolle
    7
    Kurvenrolle
    8
    Zahnriemen
    9
    Kurbelwelle
    91
    Pleuel (in Ansicht gedreht)

Claims (9)

  1. Inline-Doppelkolbenmotor mit einem Zylinder (11, 12), einem innerhalb des Zylinders (11, 12) geführten Hülsenkolben (2), wobei der Hülsenkolben (2) eine innere Aussparung (25) zur Aufnahme eines inneren Kolbens (3) und eine obere Aussparung (21) in der Kolbenoberseite mit einem geringeren Durchmesser als die innere Aussparung (25) aufweist, wobei sich eine Absatzkante (22) ausbildet, und einem innerhalb der inneren Aussparung (25) angeordneten und vertikal beweglichen inneren Kolben (3) mit einer Oberseite (31), wobei der innere Kolben (3) über ein Pleuel (91) mit einer Kurbelwelle (9) verbunden ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - der Zylinder zweigeteilt (11, 12) ausgebildet ist,
    - der Hülsenkolben (2) eine axiale Führungsbahn (23) zur axialen Zwangsführung in dessen seitlicher Wandung aufweist und der Zylinder (12) eine ortsfeste Führungsrolle (6) aufweist, wobei die Führungsrolle (6) in der axialen Führungsbahn (23) angeordnet ist, so dass der Hülsenkolben (2) unverdrehbar in horizontaler Richtung bewegbar ist,
    - der Hülsenkolben (2) eine auf dessen seitlicher Wandung angeordnete mit variierender Distanz zum Verbrennungsraum umlaufende geschlossene Kulissenbahn (24) aufweist und
    eine Kurvenrolle (7) vorgesehen ist, wobei die Kurvenrolle (7) in der Kulissenbahn (24) des Hülsenkolbens (2) geführt angeordnet ist, und
    - die Kurvenrolle (7) auf einem drehbar zwischen den übereinander angeordneten Zylinderabschnitten, nämlich dem ersten (11) und dem zweiten Zylinderabschnitt (12), angeordneten Zahnkranz (4) angeordnet ist, wobei der Zahnkranz (4) mit der darauf angeordneten Kurvenrolle (7) mit der Kurbelwelle (9) in Verbindung steht, so dass entsprechend der Drehung der Kurbelwelle (9) eine Verdrehung des Zahnkranzes (4) mit der darauf angeordneten Kurvenrolle (7) in der Zylinderwandung (11, 12) erfolgt, wodurch der Hülsenkolben (2) in dessen horizontaler Position durch Abfahren der Kulissenbahn (24) zumindest abschnittsweise verfahren bzw. verfahrbar / freigegeben wird.
  2. Inline-Doppelkolbenmotor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Verbindung zwischen der Kurbelwelle (9) und dem Zahnkranz (4) ein Ritzel (5) am Zahnkranz (4) ist, die miteinander in Wirkverbindung stehen, wobei das Ritzel (5) über ein Übertragungsmittel mit der Kurbelwelle (9) drehverbunden angeordnet ist und eine Drehbewegung der Kurbelwelle (9) in eine Drehbewegung des Zahnkranzes (4) überführt.
  3. Inline-Doppelkolbenmotor nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Übertragungsmittel ein Zahnriemen (8) oder eine Steuerkette ist.
  4. Inline-Doppelkolbenmotor nach Anspruch 1, 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Zahnkranz (4) in der Zylinderwandung (11) zum Brennraum hin näher angeordnet ist, als die Führungsrolle (6) für die Axialführung.
  5. Inline-Doppelkolbenmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Verzahnung von Ritzel (5) mit dem Zahnkranz (4) zur Verdrehung des Zahnkranzes (4) auf halber Kurbelwellendrehzahl ausgeführt ist.
  6. Inline-Doppelkolbenmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Kulissenbahn (24) über die Hälfte der Zahnkranzumdrehung (4) gerade senkrecht zur Kolbenachse ohne Neigung als Verriegelungsstrecke ausgebildet ist, während die andere Hälfte für eine bestimmte Auf- und Ab-Bewegung des Hülsenkolbens (2) um die in der Hülsenkolben-Umfangsfläche vorgesehene achsparallel verlaufende Führungsbahn (23) mit axialen Richtungsanteilen geschwungen ist.
  7. Inline-Doppelkolbenmotor nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die axiale Höhenänderung der Kulissenbahn (24) des Hülsenkolbens (2) der Formel S = R * 1 + R / 4 ⁢ L - cosϕ - R / 4 ⁢ L * cos 2 ⁢ ϕ
    Figure imgb0003
    folgt, wobei S der zurückgelegte Hubweg ist und L die Pleuellänge, R die Kurbelwellenkröpfung, entsprechend dem Maximalhub dividiert durch 2, und ϕ den Kurbelwinkel darstellen.
  8. Inline-Doppelkolbenmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Kraftübertragung des Hülsenkolbens (2) auf den inneren Kolben (3) bei Bewegung des Hülsenkolbens (2) im oberen Bereich durch die aus dem Durchmesserunterschied zwischen innerer Aussparung (25) und oberer Aussparung (21) gebildete Absatzkante (22) erfolgt.
  9. Hülsenkolben (2) für einen Inline-Doppelkolbenmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Hülsenkolben (2) eine innere Aussparung (25) zur Aufnahme eines inneren Kolbens (3) und eine obere durch die Kolbenoberseite durchgängige Aussparung (21) in der Kolbenoberseite mit einem geringeren Durchmesser als die innere Aussparung (25) aufweist, wobei sich eine Absatzkante (22) ausbildet, eine axiale Führungsbahn (23) zur axialen Zwangsführung, und eine auf dessen seitlicher Wandung angeordnete mit variierender Distanz zum Verbrennungsraum umlaufende geschlossene Kulissenbahn aufweist.
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