AT399371B - Hubkolben-brennkraftmaschine - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Hubkolben-Brennkraftmaschine, bei welcher der Kolben an seiner Unterseite auf seinem Weg zum oberen Totpunkt über eine gesteuerte Öffnung Frischgas ansaugt und bei seiner Rückbewegung dieses Gas vorverdichtet und über eine Verbindungsleitung und eine weitere gesteuerte Öffnung dem Zylinder der Brennkraftmaschine zuführt, wobei in dem im wesentlichen einen kreisförmigen 5 Querschnitt aufweisenden Kurbelgehäuse eine Pleuelstange angeordnet ist, welche einschließlich dem großen Lagerauge gleichbleibende Abmessungen in Richtung der Kurbelwellenachse aufweist, und mit ihren parallelen Stirnflächen über Spalte einerseits mit der Kurbelwange und andererseits an einer planen Gegenfläche im Kurbelgehäuse abdichtet und dort zwei abgetrennte Räume bildet, welche mittels Steuerorganen eine Pleuelpumpe bilden. io Die DE-PS 710 288 beschreibt eine Zweitakt-Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art, durch deren Pleuelpumpe beim Ansaugen das gesamte Kurbelgehäuse mit den Ansaugöffnungen in Verbindung steht, beim Verdichten der Pumpenladung das Kurbelgehäuse jedoch durch die außer dem Arbeitskolben ebenfalls als Förderkolben dienende Pleuelstange in zwei Räume geteilt ist. Von diesen Räumen dient nur der in Drehrichtung vor der Pleuelstange dienende Raum zur Verdichtung der Ladung, wobei die Trennung 75 der beiden Räume durch direkte Führung der Pleuelstange an ihren Seitenflächen und ihrer Kurbelstange an den planen und kreisrunden Innenflächen der Kurbelwange erfolgt. Zun Abdichtung des kolbenseitigen Endes der Pleuelstange ist an dieser ein seitlicher Ansatz angebracht, der mit seinen Seitentaschen und seinem äußeren Ende an den Innenwänden einer am Übergang des Zylinders zum Kurbelgehäuse angeordneten Ausbuchtung mit einer der Bewegung des Ansatzes entsprechenden Kontur dicht geführt ist. 20 Mit dieser Ausführung der Kurbelgehäusepumpe für eine Zweitakt-Brennkraftmaschine ist deren an sich geringer Wirkungsgrad infolge der großen Schadräume nur geringfügig erhöht worden, und dies mit einem verhältnismäßig großen baulichen Aufwand. Kolben und Pleuelpumpe sind dabei über den Kurbelgehäuseraum als gemeinsamen Ansaug- und Druckraum verbunden, sodaß die Anwendungsmöglichkeit auf Zweitaktmaschinen beschränkt ist. 25 In der US-PS 3 973 532 ist eine Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine beschrieben, deren Kolben auf dem Weg zu seinem oberen Totpunkt Luft oder Kraftstoff-Luftgemisch in das Kurbelgehäuse einsaugt und bei seiner Rückbewegung im Kurbelgehäuse vorverdichtete Luft zu den Ansaugorganen der Brennkraftmaschine fördert. Hiebei ist ein schlechter Vorverdichtungswirkungsgrad des Motorkolbens durch den großen vom Kurbelgehäuse gebildeten Schadraum von besonderem Nachteil. Zur Erzielung hoher Luftfördermen-30 gen z.B. für Dieselmotoren ist es aus der DE-OS 36 37 811 bekannt, einen zusätzlichen von der Kurbelwelle gegenläufig zum Arbeitskolben antreibbaren Hiifskolben anzuordnen. Dieser ergibt einerseits hohe Reibverluste und insgesamt einen schlechten mechanischen Wirkungsgrad. Weiters steigt in jedem Falle die Bauraumabmessung, und es ergibt sich ein beträchtlicher Mehraufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und den Wirkungsgrad mit 35 verhältnismäßig geringem Bauaufwand zu verbessern.

Die Erfindung besteht darin, daß im Kurbelgehäuse in an sich bekannter Weise ein Ringschieber verdrehbar gelagert ist, daß die Pleuelstange den Ringschieber mit geringem, im wesentlichen gleichbleibendem Spiel durchsetzt, sodaß durch den Kolben, die Laufbüchse und den Ringschieber der Arbeitsraum einer Kolbenpumpe gebildet ist, welcher je einen ventilgesteuerten Ansaug- und Auslaßkanal aufweist, und 40 daß die Pleuelstange mit dem Abschlußdeckel des Kurbelgehäuses dichtet und so im Ringschieber eine Ansaug- und eine Druckkammer der separierten Pleuelpumpe bildet, die über je eine Ausnehmung im Abschlußdeckel des Kurbelgehäuses, welche etwa spiegelbildlich zu der in der unteren Totpunktlage stehenden Pleuelstange angeordnet sind, mit je anschließenden, gesteuerten Einlaß- und Auslaßkanälen in Verbindung stehen. Der durch diese Anordnung enststehende kleine Schadraum erhöht den Vorverdich-45 tungswirkungsgrad erheblich. Das hier geförderte Luftvolumen dient einem Zweitaktmotor zur Spülung, einem Viertaktmotor als vorverdichtete Ladeluft. Trotz des hohen Gewinns an Förderleistung des Motorkolbens tritt praktisch keine Vergrößerung des Bauvolumens gegenüber Brennkraftmaschinen mit konventioneller Kurbelkastenspülung ein.

Die Pleuelstange teilt so die vom Ringschieber umschlossene Kammer in zwei sich kontinuierlich so periodisch ändernde Volumina, eine Saug- und eine Druckkammer. Durch die Arbeitsweise mit der Pleuelstange als Verdrängerelement lassen sich, bedingt durch restloses Einsaugen und Ausschieben ohne nennenswerte Schadvolumina, hohe Drucksteigerungen erzielen. Die Fördermenge kann bei gleichbleibenden Hub durch Ändern der Pleuelstangenbreite variiert und so an verschiedene Aufgaben angepaßt werden.

Die zeitliche Beeinflußung des Spülvorganges durch einen Ringschieber ist aus der DE-PS 954 654 55 bekannt. Die Umstellung des Ringschiebers erfolgt dabei von außerhalb des Kurbelgehäuses.

Eine einfache Ausführung gemäß der Erfindung ergibt sich dadurch, daß die Durchtrittsöffnung für die Pleuelstange im Ringschieber gleichbleibend ist und die Breiten der Pleuelstange über deren Länge so bemessen sind, daß das Spiel der Pleuelstange gegenüber der Durchtrittsöffnung bei allen Winkellagen der 2

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Pleuelstange etwa konstant ist.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, daß die Pleuelpumpe Luft ansaugt und verdichtet und gemeinsam mit der Kolbenpumpe in ein saugseitig angeordnetes Sammelrohr fördert. Für gewisse Anwendungsfälle kann die Pleuelpumpe vorteilhaft als eigenständige Pumpe zur Förderung von Fremdgasen und die Kolbenpumpe der Motoraufladung dienen.

Diese Erfindung stellt eine Auflademöglichkeit ohne externes Spül- oder Ladegebläse für Zwei- und Viertakt-Diesel- oder Ottomotoren sowie für Brennkraftmaschinen, die mit anderen Treibstoffen betrieben werden, dar.

Durch dynamisch dichtende Spalte können Reibverluste gering gehalten werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine im Schnitt nach der Linie l-l in Fig. 2 und Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie ll-ll in Fig. 1, die Fig. 3 bis 6 schematische Darstellungen derselben Maschine zur Erläuterung deren Wirkungsweise.

Die Zweitakt-Brennkraftmaschine besteht aus dem Kurbelgehäuse 1 mit eingegossener Laufbüchse 2, der Kurbelwelle 3, dem Kolben 4 und der Pleuelstange 5. Die Kurbelwelle 3 ist im Kurbelgehäuse 1 mittels des Wälzlagers 6 gelagert und weist eine abgestufte Kurbelwange 7 auf.-.welche mit ihrer Umfangsfläche bis knapp an das Kurbelgehäuse 1 bzw. die Laufbüchse 2 heranreicht und den Kurbelzapfen 8 trägt. Dieser Kurbelzapfen 8 wird vom großen Lagerauge 9 der Pleuelstange 5 umfaßt, wobei die Länge des Kurbelzapfens gleich der durchgehend gleichen Abmessung der Pleuelstange 5 in Richtung der Kurbelwellenachse 3' ist. Die Pleuelstange 5, die mit dem Kolben 4 über den Kolbenbolzen 10 antriebsverbunden ist, weist zwei parallele Stirnflächen 5' und 5" auf, von welchen die Stirnfläche 5' mit der Kurbelwange 7 und die Stirnfläche 5" mit dem Abschlußdeckel 11 des Kurbelgehäuses 1 dichtet.

Im unteren Teil des Kurbelgehäuses ist ein Ringschieber 12 mittels Nadeln 13 drehbar gelagert. Anstelle der Nadeliagerung können auch in Richtung der Kurbelwellenachse verlaufende Nuten an einer der Gleitflächen vorgesehen sein. Es ist auch denkbar, den Ringschieber durch einen Plattenschieber zu ersetzen.

Die Pleuelstange 5 durchsetzt den Ringschieber 12, der an dem Absatz T der Kurbelwange 7 mit Hilfe des Ansatzes 12' zentriert ist, in einem Schlitz 12", welcher durch die beiden abgerundeten Endkanten 14 und 15 des Ringschiebers 12 bestimmt ist, mit geringem Spiel. Damit dieses Spiel bei allen Stellungen der Pleuelstange gleich bleibt, ist die Kontur der Pleuelstange 5 entsprechend angepaßt, wie die Fig. 3 bis 6 anschaulich zeigen.

Die Pleuelstange 5 unterteilt den durch den Ringschieber 12 umschlossenen Raum in die Ansaugkammer A und die Druckkammer B, welche je über eine nierenförmige Ausnehmung 16 bzw. 17 im Abschlußdeckel 11 mit dem Einlaßkanal 18 bzw. dem Auslaßkanal in Verbindung stehen. Der Einlaßkanal 18 wird durch die Membranen 20 gesteuert, welche ein Rückströmen verhindern. Entsprechende Membranen sind beim nicht näher dargestellten Auslaßkanal 19 vorgesehen.

In den Fig. 3 bis 6 ist die Wirkungsweise der Pleuelpumpe veranschaulicht. Von der neutralen Stellung gemäß Fig. 3 ausgehend, bei welcher die Pleuelstange 5 sich in der oberen Totpunktiage befindet, wird nach Fig. 4 bereits das Fördermedium in die Ansaugkammer A eingesaugt und aus der Druckkammer B ausgeschoben. Fig. 5 zeigt die Stellung, bei welcher der Kolben bzw. die Pleuelstange 5 ihren unteren Totpunkt erreicht hat, wobei die Ansaugkammer A und die Druckkammer B gleich groß sind. In Fig. 6 ist das Ausschieben des Fördermediums nahezu vollständig und die Ansaugkammer A hat fast ihren Größtwert erreicht. Bei allen Stellungen der Pleuelstange 5 hat das Spiel zwischen Pleuelstange und den Endkanten 14 und 15 des Ringschiebers 12 zufolge der angepaßten Kontur der Pleuelstange den gewünschten gleichen kleinen Wert.

Die Kolbenpumpe hat zufolge des Abschlusses ihres Arbeitsraumes gegenüber dem Kurbelgehäuse durch den Ringschieber 12 einen nur sehr geringen Schadraum, wie aus Fig. 1 ohne weiteres ersichtlich ist. Diese Kolbenpumpe saugt über den Ansaugkanal 21, welcher durch die Membranen 22 gesteuert wird, Luft an und fördert die verdichtete Luft durch den Auslaßkanal 23, welcher durch Membranen 24 gesteuert wird. Die verdichtete Luft strömt über die Einlaßschlitze 25 in der Laufbüchse 2 in den Zylinderraum 26 ein, wie durch die gestrichelte Linie 27 angedeutet ist. Gleichzeitig strömen die verbrannten Gase durch den Ausiaßschlitz 28, wie durch die gestrichelte Linie 29 angedeutet, aus. Die in die Pleuelpumpe einströmende Luft ist durch die gestrichelte Linie 30 und die ausströmende Luft durch die gestrichelte Linie 31 veranschaulicht. Für den Fall, daß es sich um eine Mehrzylindermaschine handelt, kann zweckmäßig ein Sammelrohr 32 vorgesehen sein, in welches sowohl die Pleuelpumpe als auch die Kolbenpumpe fördert.

Einsatzgebiete der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine sind sowohl Otto- als auch Dieselmotoren in Zwei- und Viertaktbauweise, insbesondere Kleinmotoren zur Verwendung z.B. bei Kettensägen, tragbaren Stromaggregaten und Pumpen, Mopedmotoren und Motoren für Motorräder und Flugzeugantrieb z.B. 3

Claims (4)

1. AT 399 371 B Segelflugzeuge. Patentansprüche 1. Hubkolben-Brennkraftmaschine, bei welcher der Kolben an seiner Unterseite auf seinem Weg zum oberen Totpunkt über eine gesteuerte Öffnung Frischgas ansaugt und bei seiner Rückbewegung dieses Gas vorverdichtet und über eine Verbindungsleitung und eine weitere gesteuerte Öffnung dem Zylinder der Brennkraftmaschine zuführt, wobei in dem im wesentlichen einen kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Kurbelgehäuse eine Pleuelstange angeordnet ist, welche einschließlich dem großen io Lagerauge (9) gleichbleibende Abmessungen in Richtung der Kurbelwellenachse (3’) aufweist, und mit ihren parallelen Stirnflächen (5', 5") über Spalte einerseits mit der Kurbelwange und andererseits an einer planen Gegenfläche im Kurbelgehäuse abdichtet und dort zwei abgetrennte Räume bildet, welche mittels Steuerorganen eine Pleuelpumpe bilden, dadurch gekennzeichnet, daß im Kurbelgehäuse (1) in an sich bekannter Weise ein Ringschieber (12) verdrehbar gelagert ist, daß die Pleuelstange (5) den 75 Ringschieber (12) mit geringem, im wesentlichen gleichbleibendem Spiel durchsetzt, sodaß durch den Kolben (4), die Laufbüchse (2) und den Ringschieber (12) der Arbeitsraum einer Kolbenpumpe (K) gebildet ist, welcher je einen ventilgesteuerten Ansaug- (21) und Auslaßkanai (23) aufweist, und daß die Pleuelstange (5) mit dem Abschlußdeckel (11) des Kurbelgehäuses (1) dichtet und so im Ringschieber (12) eine Ansaug- (A) und eine Druckkammer (B) der separierten Pleuelpumpe (P) bildet, die über je 20 eine Ausnehmung (16,17) im Abschlußdeckel (11) des Kurbelgehäuses (1), welche etwa spiegelbildlich zu der in der unteren Totpunktlage stehenden Pleuelstange angeordnet sind, mit je anschließenden, gesteuerten Einlaß- (18) und Auslaßkanälen (19) in Verbindung stehen.
2. 2. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöff-25 nung (12") für die Pleuelstange (5) im Ringschieber (12) gleichbleibend ist und die Breiten der Pleuelstange (5) über deren Länge so bemessen sind, daß das Spiel der Pleuelstange gegenüber der Durchtrittsöffnung (12") bei allen Winkellagen der Pleuelstange (5) etwa konstant ist.
3. 3. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pleuelpumpe (P) 30 Luft ansaugt, verdichtet und gemeinsam mit der Kolbenpumpe (K) in ein saugseitig angeordnetes Sammelrohr (32) fördert.
4. 4. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pleuelpumpe (P) als eigenständige Pumpe zur Förderung von Fremdgasen und die Kolbenpumpe (K) der Motoraufla- 35 düng dient. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen 40 45 50 4 55