CH421610A - Freikolbenmaschine - Google Patents

Description

      Freikolbenmaschine       Die Erfindung bezieht sich auf eine Freikolben  maschine, die als kombinierte Kraft- und Arbeits  maschine ausgebildet ist.  



  Die Erfindung besteht darin, dass in einem     ab-          gestuften    Zylinderraum einem einzigen freifliegenden,       mehrstufigen    Kolben,     der    den     Zylinderraum    in     zu-          mindest    zwei     Vorverdichterräume    und zwei Ver  brennungsräume unterteilt, eine     Hin-    und     Herbewe-          gung    erteilt wird und dass mittels des gleichen Kolbens  zugleich Arbeit geleistet wird.  



       Vorteilhafterweise    besteht die Maschine aus  einem Mittelteil des     Zylinderraumes    mit relativ klei  nem Durchmesser, in dem ein Mittelstück des Kol  bens mit relativ kleinem Durchmesser geführt wird.  Zu beiden Seiten des Mittelteils schliesst sich je ein       Zylinderraum        mit        relativ    grossem     Durchmesser    an.  Diese anschliessenden Zylinderräume werden von je  einem Kolbenstück mit relativ grossem Durchmesser  unterteilt. Zur Mitte hin liegt je ein     Vorverdichter-          raum    und nach aussen je ein Verbrennungsraum.

         Axial    nach aussen     sind    der Zylinderraum und der  Kolben hinter den Verbrennungsräumen bzw. den       Kraftkolbenstücken    wieder zur Achse hin abgestuft.  



  Die     Vorverdichter    und die Verbrennungsräume  bilden mit den zugehörigen Kolbenstücken den Kraft  teil der Maschine. Der Arbeitsteil der Maschine     lässt     sich bevorzugt auf zwei Wegen verwirklichen. Die       axial    aussen liegenden Zylinderräume und die axial  aussen liegenden Kolbenstücke können als Verdichter  zusammenwirken. Die Zylinderräume werden in die  sem Falle mit Ventilen versehen werden. Nach einer  anderen Ausgestaltung lässt sich der Kolben innen  hohl und konisch ausbilden. An den axialen Enden  des Kolbens, die zu beiden Seiten aus der Maschine  herausragen, kann ein durchströmendes Medium vor  gesehen werden, das durch die Kolbenbewegung  durch die Maschine gepresst wird.

      Bei einer Ausführungsform arbeitet der Kraftteil  der Maschine im     Zweitaktprinzip    und im Gegentakt.  Zu diesem Zweck weist jeder     Vorverdichterraum     einen     Einlass-@    und einen     Auslassschlitz    auf. Der Vor  verdichterraum ist mit dem Verbrennungsraum durch       einen        überströmkanal        verbunden,        und    jeder Ver  brennungsraum ist mit einem     Auslassschlitz    versehen.  Der an den Schlitzen     vorbeibewegte    Kolben steuert  den Prozess.

   Gegenüber     herkömmlichen    Zweitakt  motoren ergeben sich die Vorteile, dass keine Pleuel  stangen und     Kurbeln    notwendig sind. Nach der Er  findung arbeitet ein einziger Kolben in zwei Ver  brennungsräumen im Gegentakt. Die bewegte Masse       kann    klein sein und     iäeshalb    kann höher verdichtet  und exakter gesteuert werden als dies bei üblichen  Zweitaktmotoren der Fall ist. Es braucht     .auch     nicht über ein     Kurbelwellengehäuse    angesaugt und  vorverdichtet zu werden.  



  Weitere Vorteile der     Erfindung    ergeben sich aus  der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung. Es  zeigen:       Fig.    1 eine Systemdarstellung im Schnitt,       Fig.    2 im Längsschnitt eine bevorzugte Ausfüh  rungsform und       Fig.    3 eine andere Ausführungsform im Längs  schnitt.  



  Das Prinzip der Maschine ist in     Fig.    1 dargestellt.  In einem stufenförmig abgesetzten Zylinderraum 10,  der durch     eine    Wand 12 begrenzt ist, befindet sich  ein stufenförmig abgesetzter Freikolben 14. Der  Kolben 14 ist axial frei bewegbar und besteht aus       einem        Mittelstück    16 sowie aus     ,zwei        Kraftkolben-          stücken    18 und aus zwei     Arbeitskolbenstücken    20.  Das     Kraftkolbenstück    18 und das Arbeitskolben  stück 20 haben verschiedene Durchmesser.

   Das  Mittelstück 16 ist im Durchmesser     kleiner    als die  angrenzenden     Arbeitskolbenstücke.         Der     Zylinderraum    10 weist     einen        Mittelteil    22  auf,     in    dem das Mittelstück 16 geführt wird. An  beiden Seiten schliesst je ein Raum an, der von dem  in diesem Raum     geführten        Kraftkolbenstück    18 in  je einen     innenliegenden        Vorverdichterraum    24 und  je einen aussenliegenden Verbrennungsraum 26 unter  teilt wird. In äusseren.

   Enden des Zylinderraums 10  befinden sich Arbeitszylinder 28, in die sich die       Arbeitskolbenstücke    20 :hinein- und     herausbewegen.     



  Zum Betrieb der Maschine sind weitere Teile  erforderlich, die in     Fig.    2- eingezeichnet sind. Die  bereits     anhand    der     Fig.    1 erläuterten Teile sind     mit          gleichen    Bezugszahlen belegt. Jeder     Vorverdichter-          raum    24 besitzt einen     Einlassschlitz    30, dessen Zu  führungskanal mit einer nicht dargestellten herkömm  lichen Brennstoffvergaser- oder     Brennstoffeinspritz-          einrichtung    verbunden ist.

   An einem     Auslassschlitz    32       schliesst    sich ein     überströmkanal    34 an, der in einen       Einströmschlitz    36 in der Wand zum Verbrennungs  raum 26 eingelassen ist. Für den Austritt der Ver  brennungsgase ist ein     Auslassschlitz    38 vorgesehen.  Die Steuerung der Schlitze, d. h. das Öffnen und  Schliessen, erfolgt durch     das    Kolbenstück 18.  



       Alle    Kolbenstücke tragen     Kolbenringe    40. Im       Verbrennungsraum    26     sind        Zündhilfen,    wie     Glüh-          kerzen    oder     Zündkerzen    42,     eingeschraubt.     



  Die     Arbeitszylinder    28 sind als Kompressions  kammern. ausgebildet, in denen     ein    beliebiges Medium  wie Luft, Wasser oder Öl     vom-Arbeitskolbenstück    20       im    Gegentakt angesaugt bzw.

       verdichtet        wird.    Jeder       Zylinder    28 ist deshalb mit     einem        Einlassventil    44  und einem     Auslassventil    46     versehen,          Die        Maschine        arbeitet        in        folgender        Wise:

            In    dem     in        Fig.    2     links    liegenden Verbrennungs  raum 26 befindet sich das Kolbenstück 18 in der       Kompressionsstellung    kurz vor -dem     Umkehtpuükt     und vor dem Entzünden des Gases.

   Nach der Ver  brennung des     Gasgemisches,    das beim     Dieselbetrieb     ohne Zündung erfolgt, aber auch beim Betrieb     mit          leichtflüchtigen        Brennstoffen,    wie beispielsweise     Ben=          zin,    wegen der hohen Verdichtung     keine        Zündhilfe     ausser beim     Anlassen    braucht,

   wandert der ganze  Kolben 14 in     Fig.    2 nach     rechts.        Hierbei    presst das       Kolbenstück    18 das     in    den     linken        Vorverdichterranm     24     eingeströmte    Gas in den     überströmkanal    34 und  nach dem     Öffnen    des     Schlitzes    36 in den Verbren  nungsraum 26.

       Während    des gleichen Hubes werden  im rechten     Verbrennungsraum    26 die     Gase    vor dem  rechten     Kolbenstück    18 bis zum Entzünden     kom-          primiert.        Gleichzeitig    strömt über den     Einlassschlitz     30 frisches     Brenngas    in den .rechten     evakuierten          Vorverdichterraum    24 und aus     dein        linken    Verbren  nungsraum 26 entweichen die     verbrannten    Abgase  durch den Schlitz 38.

   Nach     Beendigung    dieses Hubes  wiederholt sich der Ablauf in umgekehrter Richtung.  



  Es     liegt        somit    ein     Zweitakt-Gegentaktverfahren     vor. Das Verfahren arbeitet mit     einer    Querstrom=  Spülung, da im Verbrennungsraum die     Frischgas-          zufuhr-    und die     Abgasabführrichtung    quer zur Kol  benrichtung erfolgt. .    Die gewonnene     Kraft    wird vom selben     einteilige     Kolben durch die     Arbeitskolbenstücke.    20 in Arbeit  umgesetzt. Beim Hub nach rechts (in     Fig.    2) säugt  das Kolbenstück 20 im Arbeitszylinder 28 über das  Ventil 44 ein Medium an..

   Gleichzeitig wird das zuvor  angesaugte Medium im rechten Arbeitsraum 28  durch das Ventil 46     hinausgepresst.     



  Das Medium kann beispielsweise in einem nicht  dargestellten Kreislauf eine oder mehrere -Turbinen  antreiben, die     in    den einzelnen Rädern eines Fahr  zeuges untergebracht sind. Auf diese Weise     wird     ein     vorteilhafter    Fahrzeugantrieb geschaffen. Dar  über     hinaus        .sind    viele andere     Anwendungsmöglich-          keiten    der     Erfindung    denkbar.    In     Fig.    3 ist eine abgewandelte Ausführungsform  gezeigt. Der Kraftteil der Maschine entspricht voll  kommen der vorstehenden Beschreibung.

   Die seit  lichen     Arbeitszylinder    sind     entfallen,    und der     Kolben     14     ragt    mit seinen     axialen    Enden heraus. Der Kolben  ist innenhohl .ausgebildet: Der hohle Innenraum 48  ist konisch gestaltet und dient als     Arbeitszylinder,     in dem das Medium verdichtet wird. Das Medium       wird    am relativ breiten offenen Ende 50 angesaugt  und am relativ engen offenen Ende 52 ausgestossen.  Der     Stromfluss    wird durch die     oszillierende    Bewegung  des Kolbens 14 hervorgerufen. Gegen die Strom  flussrichtung sperrt ein nicht dargestelltes Flatter  ventil.  



  Zum     Anlassen    der Maschine wird der     Arbeits-          prozess    in einen     Kraftprozess    umgekehrt. Ist der       Arbeitsprozess        ein        Verdichterprozess,        wird    ein     ver-          dichtetes        Medium,        wie        Pressluft,        zum        Starten    benutzt.

    Die Pressluft     wird    in     alternierenden    Stössen     in    die       Arbeitsräume    -geleitet und bringt dadurch den Kolben       zum        Schwingen,        bis    die     Verbrennungsgase        in    den       Verbrennungsräumen    zünden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Als -kombinierte Kraft= und Arbeitsmaschine aus gebildete Freikolbenmaschine, dadurch gekennzeich= net; dass in einem abgestuften Zylinderraum einem einzigen freifliegenden;

   mehrstufigen Kolben, der den Zylinderraum in zumindest zwei Vorverdichterräume und zwei Verbrennungsräume unterteilt, eine Hin- und Herbewegung erteilt wird, und dass mittels des gleichen Kolbens zugleich Arbeit geleistet wird. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Maschine nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass in einem Mittelteil des Zylinder raumes finit relativ kleinem Durchmesser ein Mittel stück des Kolbens mit relativ kleinem Durchmesser geführt ist;

   dass sich zu beiden Seiten des Mittelteils je ein Zylinderraum mit relativ grossem Durchmesser anschliesst, der je von einem Kraftkolbenstück mit relativ grossem Durchmesser in einen zur Mitte liegen= den Vorverdichterraum und einen nach aussen liegen den Verbrennungsraum unterteilt ist, und dass der Zylinderraum und der Kolben axial nach aussen hinter den Verbrennungsräumen bzw. den Kraft- kolbenstücken zur Achse hin abgestuft sind. 2.

   Maschine nach Patentanspruch und Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axial aussen liegenden Zylinderräume und die axial aussen liegenden Kolbenstücke als Verdichter zusammen- wirken, wobei die Zylinderräume mit Ein- bzw. Auslassventilen versehen sind. 3. Maschine nach Patentanspruch und Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben innen konisch hohl ausgebildet ist und an den beiden axialen Enden Anschlussmöglichkeiten für ein durch- strömendes Medium aufweist, sowie dass er mit einem Flatterventil versehen ist. 4.

   Maschine nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass jeder Vorverdichterraum einen Einlassschlitz und einen Auslassschlitz aufweist, dass jeder Vorverdichterraum mit dem entsprechenden Verbrennungsraum durch einen überströmkanal ver bunden ist und dass jeder Verbrennungsraum mit einem Auslassschlitz versehen ist. 5. Maschine nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass der Kraftteil der Maschine im Zweitaktprinzip und im Gegentakt arbeitet.