Hubkolben-Brennkraftmaschine

Beschreibung

Hubkolben-Brennkraftmaschine

[0001] 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 und bei welcher in dem im wesentlichen einen kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Kurbelgehäuse eine Pleuelstange vorgesehen ist, welche einschließlich einem großen Lagerauge gleichbleibende Abmessungen in Richtung der Kurbel­wellenachse aufweist, und mit ihren parallelen Stirnflächen an planen Gegenflächen im Kurbelgehäuse abdichtet und dort zwei abgetrennte Räume bildet, welche mittels Steuerorganen eine Pleuelpumpe bilden.

[0002] Eine Zweitakt-Brennkraftmaschine dieser Art ist in der DE-PS 710 288 beschrieben, bei der beim Ansaugen durch die Kurbelgehäusepumpe 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 der beiden Räume durch dichte Führung der Pleuelstange an ihren Seitenflächen und ih­rer Kurbelstange an den planen und kreisrunden Innenflächen der Kurbelwangen erfolgt. Zur Abdichtung des kolbenseitigen Endes der Pleuelstange ist an dieser ein seitlicher Ansatz an­gebracht, der mit seinen Seitenteilen 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.

[0003] 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 großem baulichen Aufwand. Kolben- und Pleuelpumpe sind dabei über den Kurbelge­häuseraum als gemeinsamen Ansaug- und Druckraum verbunden, so­daß die Anwendungsmöglichkeit auf Zweitaktmaschinen beschränkt ist.

[0004] 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 Vorver­dichtungwsirkungsgrad des Motorkolbens durch den großen vom Kurbelgehäuse gebildeten Schadraum von besonderem Nachteil. Zur Erzielung hoher Luftfördermengen, z.B. für Dieselmotoren, ist es aus der DE-OS 36 37 811 bekannt, einen zusätzlichen von der Kurbelwelle gegenläufig zum Arbeitskolben antreibbaren Hilfskolben 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.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und außerdem eine vielseitig einsetzbare Kurbelge­häusepumpe zu schaffen.

[0006] Die Erfindung besteht darin, daß im Kurbelgehäuse ein Ring­schieber verdrehbar gelagert ist, den die Pleuelstange mit ge­ringem 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 daß die Pleuelstange über Spalte ei­nerseits mit der Kurbelwange und andererseits mit dem Ab­schlußdeckel des Kurbelgehäuses dichtet und so im Ringschieber eine Ansaug- und eine Druckkammer einer separierten Pleuel­pumpe bilden, 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.

[0007] Das Schadvolumen der Kolbenpumpe ist dabei sehr klein und die Drucksteigerungen in dieser Pumpe sind daher entsprechend groß. Die Pleuelstange teilt die vom Ringschieber umschlossene Kammer in zwei sich kontinuierlich 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 gleichbleibendem Hub durch Ändern der Pleu­elstangenbreite variiert und so an verschiedene Aufgaben ange­paßt werden. Der durch diese Anordnung entstehende kleine Schadraum erhöht den Vorverdichtungswirkungsgrad erheblich. Das dabei geförderte Luftvolumen dient einem Zweitaktmotor zur Spülung, einem Viertaktmotor als vorverdichtete Ladeluft.

[0008] Diese Erfindung stellt somit eine Auflademöglichkeit ohne ex­ternes Spül- oder Ladegebläse für Zwei- und Viertakt-Diesel-­oder Ottomotoren sowie für Brennkraftmaschinen, die mit ande­ren Treibstoffen z.B. Gas, betrieben werden, dar. Trotz des hohen Gewinns an Förderleistung des Motorkolbens tritt prak­tisch keine Vergrößerung des Bauvolumens gegenüber Brennkraft­maschinen mit konventioneller Kurbelkastenspülung ein.

[0009] 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 Pleuelstange etwa konstant ist.

[0010] 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.

[0011] Durch dynamisch dichtende Spalte können Reibverluste gering gehalten werden.

[0012] Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher er­läutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine im Schnitt nach der Linie I-I in Fig. 2 und

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1, die

Fig. 3 bis 6 schematische Darstellungen derselben Maschi­ne zur Erläuterung deren Wirkungsweise.

[0013] 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 3ʹ ist. Die Pleuelstange 5, die mit dem Kol­ben 4 über den Kolbenbolzen 10 antriebsverbunden ist, weist zwei parallele Stirnflächen 5ʹ und 5" auf, von welchen die Stirnfläche 5ʹ mit der Kurbelwange 7 und die Stirnfläche 5" mit dem Abschlußdeckel 11 des Kurbelgehäuses 1 dichtet.

[0014] Im unteren Teil des Kurbelgehäuses ist ein Ringschieber 12 mittels Nadeln 13 drehbar gelagert. Anstelle der Nadellagerung 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.

[0015] Die Pleuelstange 5 durchsetzt den Ringschieber 12, der an dem Absatz 7ʹ der Kurbelwange 7 mit Hilfe des Ansatzes 12ʹ 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.

[0016] 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.

[0017] 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 Tot­punktlage 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.

[0018] 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 Membrane 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 Auslaßschlitz 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.

[0019] Einsatzgebiete der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine sind sowohl Otto- als auch Dieselmotoren und Gasmotoren 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. Segelflugzeuge. Aber auch für größere und große Motoren sowohl im Einzylinder- als auch im Mehrzylinderbauart bei ent­sprechender konstruktiver Gestaltung des Kurbelkastenraumes, ist die erfindungsgemäße Ausführung anwendbar.

Ansprüche

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 und bei welcher in dem im we­sentlichen einen kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Kurbelgehäuse eine Pleuelstange vorgesehen ist, welche einschließlich einem großen Lagerauge (9) gleichbleibende Abmessungen in Rich­tung der Kurbelwellenachse (3ʹ) aufweist, und mit ihren parallelen Stirnflächen (5, 5ʹ) an planen Gegenflächen im Kurbelgehäuse abdichtet und dort zwei abgetrennte Räume bildet, welche mittels Steuerorganen eine Pleuelpumpe bil­den, dadurch gekennzeichnet, daß im Kurbelgehäuse (1) ein Ringschieber (12) verdrehbar gelagert ist, den die Pleuel­stange (5) mit geringem 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 Auslaßka­nal (23) aufweist, und daß die Pleuelstange (5) über Spalte einerseits mit der Kurbelwange (7) und andererseits mit dem Abschlußdeckel (11) des Kurbelgehäuses (1) dichtet und so im Ringschieber (12) eine Ansaug- (A) und eine Druckkammer (B) einer separierten Pleuelpumpe (P) bilden, die über je 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. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnung (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. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Pleuelpumpe (P) Luft ansaugt, ver­dichtet und gemeinsam mit der Kolbenpumpe (K) in ein saug­seitig angeordnetes Sammelrohr (32) fördert.

4. Hubkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß die Pleuelpumpe (P) als eigenständige Pumpe zur Förderung von Fremdgasen und die Kolbenpumpe (K) der Motoraufladung dient.

Claims

1. A reciprocating-piston internal-combustion engine with a piston which, in travelling to its upper dead center sucks fresh gas via a controlled opening into the space beneath its base and, during the return stroke, sends the then compressed gas via a connecting passage and another controlled opening to the cylinder of said internal­combustion engine, and in the crankcase, the cross-section of the latter being of mainly circular form, with a connecting rod which has unchanging dimensions in the direction of the axis 3ʹ of the crankshaft 3, including the ones of the crank eye 9, and which along its parallel front and back surface 5ʹ, 5" fits closely the mating even faces in said crankcase and thereby forms two separate spaces there, which by means of control devices form a connecting-rod pump, characterized in that the crankcase 1 of said engine is equipped with a rotatable annular slide 12, which is carried on bearings and into which, with a small amount of play, the connecting rod extends, to the effect that the piston 4, the cylinder liner 2 and said annular slide 12 form the pump space of a piston pump K with one inlet pasage 21 and one outlet passage 23, both of them controlled by valves; and that said connecting rod 5 seals across gaps with the crank cheek 7, on the one side, and the cover 11 of said crankcase 1, on the other, to the effect that within said annular slide 12 one suction chamber A and one pressure chamber B of a separated connecting-rod pump are formed, each of which connects via respective recesses 16 and 17 each embedded in said cover 11 of the crankcase 1 and located at about mirror-symmetric distance to said connecting rod when in bottom dead center position with respective valve-controlled inlet 18, or outlet 19, passages.

2. A reciprocating-piston internal-combustion engine according to claim 1, wherein the width of the opening 12" through which the connecting rod 5 extends into the annular slide 12 remains constant and the breadths of said connecting rod, along its length, are such dimensioned that, given any angular position said connecting rod 5 arrives at, the distance between said connecting rod and the edges of said opening 12", i.e. the play, remains about constant.

3. A reciprocating-piston internal-combustion engine according to claim 1, wherein the connecting-rod pump P sucks in and compresses air and delivers the charge, together with the piston pump K into a manifold 32, located at the intake side of the cylinder of said engine.

4. A reciprocating-piston internal-combustion engine according to claim 1, wherein said connecting-rod pump P is used as a separated pump providing for the transport of extraneous gases whereas the piston pump K serves the charging of said engine.

Revendications

1. Machine à combustion interne à piston alternatif, dans laquelle le piston, sur son trajet vers le point mort haut, aspire à son côté inférieur du gaz frais par l'intermédiaire d'un orifice comman­dé, et précomprime ce gaz lors de son mouvement de re­tour et l'amène, par l'intermédiaire d'une canalisa­tion de liaison et d'un autre orifice commandé, au cy­lindre du moteur à combustion interne, tandis qu'il est prévu dans le carter de vilebrequin, de section transversale essentiellement circulaire, de cette ma­chine, une bielle motrice, qui comporte des dimensions constantes, même pour le gros oeil de palier (9), en direction de l'axe (3ʹ) de l'arbre de vilebrequin et qui par ses faces frontales parallèles (5, 5ʹ) assure l'étanchéité sur les surfaces planes opposées du car­ter de vilebrequin où elle délimite deux espaces sépa­rés, lesquels grâce à des organes de commande, consti­tuent une pompe de bielle, machine caractérisée en ce que, dans le carter de vilebrequin (1) est monté, de façon à pouvoir tourner, un tiroir annulaire (12), que traverse avec un jeu réduit la bielle motrice (5), de sorte que par le piston (4), la chemise (2), et le ti­roir annulaire (12) est formée la chambre de travail d'une pompe à piston (A), qui comporte un canal d'as­piration (21) et un canal d'évacuation (23) chacun commandé par une soupape, tandis que la bielle motrice (5) assure l'étanchéité par des interstices, d'une part avec le flasque de vilebrequin (7) et, d'autre part, avec le couvercle de fermeture (11) du carter de vilebrequin (1), et délimite ainsi dans le tiroir an­nulaire (12) une chambre d'aspiration (A) et une cham­bre de refoulement (B) d'une pompe de bielle (P) sépa­rée, ces chambres, chacune par l'intermédiaire d'un évidement (16, 17) dans le couvercle de fermeture (11) du carter de vilebrequin (1), évidements à peu près symétriques par rapport à la bielle se trouvant au point mort bas, étant en communication avec des canaux d'admission (18) et d'échappement (19) se raccordant à ces évidements.

2. Machine à combustion interne à piston alternatif selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'orifice de passage (12") de la bielle (5) dans le tiroir annulaire (12) est constant et les lar­geurs de la bielle (5) sur sa longueur étant dimen­sionnées de façon que le jeu de la bielle par rapport à l'orifice de passage (12ʹ) est à peu près constant pour toutes les positions angulaires de cette bielle (5).

3. Machine à combustion interne à piston alternatif selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pompe de bielle (P) aspire de l'air, le com­prime et conjointement avec la pompe à piston (K) le refoule dans un tube collecteur (32) disposé côté as­piration.

4. Machine à combustion interne à piston alternatif selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pompe de bielle (P) en tant que pompe indé­pendante, sert à refouler des gaz en provenance de l'extérieur, tandis que la pompe à piston (K) sert à suralimenter le moteur.

Zeichnung