Titel

Über einen Dampfkraftprozess antreibbare Kolbenmaschine Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine über einen Dampfkraftprozess antreibbare Kolbenmaschine. Speziell betrifft die Erfindung eine Kolbenmaschine, die über einen Dampfkraftprozess antreibbar ist und zur Nutzung der Abwärme einer Brennkraftmaschine dient.

Brennkraftmaschinen wandeln die Energie des Brennstoffs in mechanische Energie zum Antrieb von Fahrzeugen und dergleichen um. Dadurch wird jedoch ein erheblicher Teil der Energie als Abwärme freigesetzt, die durch das Kühlsystem oder im Abgas von der Brennkraftmaschine weggeleitet wird. Um diese Wärmeenergie zu nutzen, ist es denkbar, dass ein Dampfkraftprozess mit der Brennkraftmaschine gekoppelt wird. Hierdurch kann die Wärmeenergie aus der Brennkraftmaschine zur Erzeugung von Dampf genutzt werden, der in einer Expansionsmaschine entspannt wird und somit weitere Energie bereitstellt, die zum Antrieb des Fahrzeugs oder zur Erzeugung von Hilfsenergien genutzt werden kann. Hierbei ergibt sich allerdings das Problem, dass für einen guten Wirkungsgrad des

Dampfkraftprozesses ein großes Expansionsvolumen der Expansionsmaschine erforderlich ist, während die Bauraumsituation an einer Brennkraftmaschine in der Regel jedoch sehr beengt ist.

Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kolbenmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass bei einer kompakten Bauweise ein guter Wirkungsgrad erzielbar ist. Speziell kann die Kolbenmaschine auch bei einer beengten Bauraumsituation an einer

Brennkraftmaschine oder dergleichen untergebracht werden und zugleich ein

ausreichendes Hubvolumen aufweisen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte

Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Kolbenmaschine möglich. In vorteilhafter Weise kann die Kolbenmaschine mit einer Brennkraftmaschine kombiniert werden, um die Abwärme der Brennkraftmaschine in zusätzliche Antriebsenergie

umzuwandeln. Besonders effizient ist solch eine Kombination zur Abwärmenutzung bei einem Nutzkraftwagen, da hier die Brennkraftmaschine eine große Leistung abgibt und somit auch eine große Wärmemenge zur Dampferzeugung zur Verfügung steht. Hierdurch kann der Brennstoffverbrauch der Brennkraftmaschine reduziert werden.

Gerade für den Einsatz bei Nutzkraftwagen mit einem Dieselmotor oder einem Gasmotor ist dabei eine als Hubkolben-Dampfmotor ausgestaltete Kolbenmaschine mit Scotch-Yoke- Kurbeltrieb von besonderem Vorteil. Hierdurch kann in etwa der gleiche Drehzahlbereich für die Kolbenmaschine wie für die Brennkraftmaschine erzielt werden und somit kann die von der Kolbenmaschine abgegebene mechanische Energie direkt an die Kurbelwelle des Dieselmotors beziehungsweise des Gasmotors abgegeben werden. Einerseits ist hierbei eine kleine Baugröße der Kolbenmaschine besonders wichtig. Andererseits ist aber auch eine möglichst flexible Positionierbarkeit an der Brennkraftmaschine erforderlich, um bei den in der Regel zahlreich vorhandenen Nebenaggregaten an der Brennkraftmaschine noch einen günstigen Anbauplatz zu finden, der keinen großen Änderungsaufwand an der Brennkraftmaschine bedingt. Dies ist speziell bei einem Nutzkraftwagen durch einen Einbau vorne an der Brennkraftmaschine in vorteilhafter Weise möglich, wobei der Einbau zwischen der Brennkraftmaschine und einem Kühler beziehungsweise Lüfter erfolgt. Hierbei kann die Kurbelwelle der Kolbenmaschine genau auf der Kurbelachse der

Brennkraftmaschine liegen, damit kein zusätzlicher Bauraum für eine Kraftübertragung über ein oder mehrere Zahnräder, eine Kette oder einen Riemen benötigt wird. Speziell ist es daher vorteilhaft, dass eine Kurbelachse einer Kurbelwelle der Kolbenmaschine auf einer Kurbelachse der Brennkraftmaschine sitzt.

Ferner ist es vorteilhaft, dass der Zylinder von der Kurbelachse der Kurbelwelle aus in Bezug auf eine Einbaulage der Brennkraftmaschine waagrecht oder nach unten gerichtet ist. Bei einer als Zweikolben-Hubkolbenmotor ausgestalteten Kolbenmaschine mit gegenüberliegenden Zylindern mit Scotch-Yoke-Antrieb kann eine relativ kompakte

Bauform erzielt werden. Durch die beidseitig der Kurbelwelle befindlichen Zylinder weist diese Bauform jedoch keine flexible Orientierung der Zylinder auf, da die möglichen

Anbaulagen eingeschränkt sind. Speziell in diesem Fall kann hier nur der waagrechte Einbau sinnvoll sein, wobei die restlichen Nebenaggregate anzupassen sind.

In vorteilhafter Weise wird an der Brennkraftmaschine eine als Einzylinder-Dampfmotor ausgestaltete Kolbenmaschine angebracht, die im Ein-Takt-Verfahren arbeitet. Diese Bauform ermöglicht eine geringe Baugröße und eine flexible Positionierung. Durch die Ausgestaltung als Ein-Zylinder-Motor kann der einzige Zylinder der Kolbenmaschine in der Winkellage flexibel an die Brennkraftmaschine angebaut werden. Durch die Verwendung des Ein-Takt-Prinzips, das durch den doppelt wirkenden Zylinderkolben realisiert ist, kann ein Zylinderdurchmesser des Zylinderkolbens dabei trotzdem relativ klein vorgegeben sein.

Durch die kompakte und einseitig zur Achse ausgebildete Bauform als Ein-Zylinder-Motor ist es einfacher, an einem typischen Verbrennungsmotor vorne zwischen den bereits vorhandenen Anbauaggregaten einen Bauraum für die Kolbenmaschine zu finden.

Insbesondere kann eine Kurbelwelle oder eine andere Welle der Kolbenmaschine direkt auf der Kurbel- oder Wellenachse der Brennkraftmaschine sitzen und durch den einseitigen Bauraum kann der Zylinder der Kolbenmaschine in einer vorhandenen Lücke an der Brennkraftmaschine platziert werden. Diese Kombination ermöglicht einen hinreichend kompakten Aufbau der Kolbenmaschine mit einem für einen guten Wirkungsgrad ausreichenden Hubvolumen. Dadurch sind sowohl der Anbau als auch eine ausreichende Senkung des Brennstoffverbrauchs möglich. Somit sind die Voraussetzungen für einen wirtschaftlichen Einsatz der Kolbenmaschine an einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen gegeben.

Alternativ zum Anbau vor der Brennkraftmaschine kann eine kompakte Kolbenmaschine auch an anderen Stellen platziert werden, beispielsweise im Bereich der Getriebeglocke zwischen der Brennkraftmaschine und dem Getriebe. Weiterhin ist ein Anbau seitlich an der Brennkraftmaschine (Verbrennungsmotor) vorteilhaft, wobei die Kurbelwelle der

Kolbenmaschine (Dampfmotor) parallel zur Kurbelwelle der Brennkraftmaschine

ausgerichtet ist. Dadurch kann eine einfache Wirkverbindung beider Kurbelwellen über Zahnräder oder Ketten beziehungsweise Riemen erfolgen. Hierfür ist ebenfalls eine sehr kompakte Baugröße des Dampfmotors notwendig. Vorteilhaft ist dabei eine Einzylinder- Bauform, wobei der Zylinder ungefähr parallel zur Zylinderlaufrichtung des

Verbrennungsmotors ausgerichtet ist. Hierbei bieten diese Kombinationen ebenfalls die notwendige Freiheit bei der Platzierung des Zylinderbauraums zur Antriebsverbindung.

Alternativ ist es allerdings auch von Vorteil, dass eine weitere Zylinderbohrung, ein in der weiteren Zylinderbohrung angeordneter weiterer Zylinderkolben und eine zumindest mittelbar mit dem weiteren Zylinderkolben verbundene weitere Stange vorgesehen sind, dass die weitere Stange aus der weiteren Zylinderbohrung geführt ist, dass der weitere Zylinderkolben in der weiteren Zylinderbohrung einerseits einen dritten Arbeitsraum und andererseits einen vierten Arbeitsraum begrenzt und dass die Stange und die weitere Stange zumindest mittelbar miteinander verbunden sind. Speziell kann eine Kolbenmaschine mit genau zwei Zylindern realisiert werden.

Um einen guten Wirkungsgrad des Dampfkraftprozesses zu erzielen, ist ein großes

Expansionsvolumen für das gasförmige Arbeitsfluid in der Kolbenmaschine erforderlich. Auf Grund der beengten Bauraumsituation ist in der Regel eine Vergrößerung des

Zylinderkolbens oder eine Erhöhung der Anzahl der Zylinderkolben nicht möglich. Eine weitere Optimierung des Expansionsvolumens bei vorgegebener Baugröße einer

Kolbenmaschine kann durch einen beidseitig wirkenden Arbeitskolben entsprechend einem Ein-Takt-Prinzip erfolgen.

Ein doppelt wirkender Zylinderkolben lässt sich mit verhältnismäßig geringem Aufwand bei einer Kolbenmaschine realisieren, bei der ein Scotch-Yoke-Antrieb und eine Lagerung einer Kurbelschleife an den als Übertragungsstangen dienenden Stangen vorgesehen sind. Hierdurch kann bei gleichem benötigten Bauraum nahezu der doppelte Hubraum erzielt werden, wodurch sich der Wirkungsgrad der Kolbenmaschine erhöht.

Durch die Lagerung der Kurbelschleife an den Übertragungsstangen von den

Zylinderkolben zur Kurbelschleife lässt sich der dabei ausgebildete Rückraum an den Zylinderkolben direkt als weiterer Arbeitsraum nutzen. Die Abdichtung der weiteren

Arbeitsräume erfolgt dann an der jeweiligen Übertragungsstange. Somit werden keine zusätzlichen Dichtstellen benötigt. Um die Dichtheit an den Übertragungsstangen zu verbessern, können hier gegebenenfalls zusätzliche Dichtelemente, insbesondere

Kolbenringe, vorgesehen sein.

Somit kann auch bei dieser Ausgestaltung eine vorteilhafte Kombination der

Kolbenmaschine mit einer Brennkraftmaschine erfolgen. Trotz der kompakten

Ausgestaltung der Kolbenmaschine kann ein ausreichendes Hubvolumen erzielt werden, das zu einem hohen Wirkungsgrad und somit zu einer deutlichen Senkung des

Brennstoffverbrauchs führt. Somit sind auch in diesem Fall die Voraussetzungen für einen wirtschaftlichen Einsatz der Kolbenmaschine an einem Kraftfahrzeug gegeben.

Eine weitere Optimierung ist durch eine Lagerung der Kurbelschleife im Ölbereich möglich. Dadurch können eine hohe Lebensdauer und ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden, was insbesondere für den Einsatz bei einem Nutzkraftwagen mit einer Brennkraftmaschine von Bedeutung ist. Eine Abdichtung für das Arbeitsfluid (Arbeitsmedium) an den Stangen gegenüber dem Ölbereich ist hierbei gleichzeitig auch als Abdichtung für die angrenzenden Arbeitsräume wirksam. Somit ergibt sich ein vorteilhafter Aufbau, bei dem die Anzahl der benötigten Komponenten reduziert ist.

Durch die Ausgestaltung der Kolbenmaschine als Hubkolben-Dampfmotor mit Ein-Takt- Prinzip und Scotch-Yoke-Kurbeltrieb in Verbindung mit einer Brennkraftmaschine kann somit ein besonders verbrauchsarmer und kostengünstiger Kombinationsmotor aus der Brennkraftmaschine und der Kolbenmaschine hergestellt werden, der die

Lebensdaueranforderungen eines Nutzkraftwagens erfüllt. Vorteilhaft ist es daher, dass der Zylinderkolben einerseits eine erste Seitenfläche und andererseits eine zweite Seitenfläche aufweist, dass die erste Seitenfläche und die zweite Seitenfläche voneinander abgewandt sind, dass die erste Seitenfläche des Zylinderkolbens in der Zylinderbohrung den ersten Arbeitsraum begrenzt und dass die zweite Seitenfläche des Zylinderkolbens in der Zylinderbohrung den zweiten Arbeitsraum begrenzt. Dadurch kann durch wechselweises Befüllen der Arbeitsräume mit dampfförmigem Arbeitsfluid eine wechselweise Betätigung des Zylinderkolbens erzielt werden. Hierbei ist es auch vorteilhaft, dass die Stange an der zweiten Seitenfläche des Zylinderkolbens mit dem Zylinderkolben verbunden ist und dass sich die Stange zumindest näherungsweise senkrecht zu der zweiten Seitenfläche durch den zweiten Arbeitsraum erstreckt. Hierbei kann die Stange starr mit dem Zylinderkolben verbunden sein. Damit kann die auf den Zylinderkolben wirkende Kraft in vorteilhafter Weise über die Stange auf eine Kurbelwelle oder dergleichen übertragen werden.

Vorteilhaft ist es, dass ein Einlass für den ersten Arbeitsraum und ein Einlass für den zweiten Arbeitsraum vorgesehen sind und dass über den Einlass für den ersten

Arbeitsraum und über den Einlass für den zweiten Arbeitsraum wechselweise

dampfförmiges Arbeitsfluid in den ersten Arbeitsraum und den zweiten Arbeitsraum führbar ist. Die Einlässe können hierbei in vorteilhafter Weise als ventilgesteuerte Einlässe ausgestaltet sein. Ferner ist es vorteilhaft, dass ein Auslass für den ersten Arbeitsraum und ein Auslass für den zweiten Arbeitsraum vorgesehen sind und dass über den Auslass für den ersten Arbeitsraum und über den Auslass für den zweiten Arbeitsraum wechselweise zumindest teilweise entspanntes dampfförmiges Arbeitsfluid aus dem ersten Arbeitsraum und dem zweiten Arbeitsraum ausstoßbar ist. Hierbei können die Auslässe in vorteilhafter Weise als ventilgesteuerte Auslässe ausgestaltet sein. Hierbei ist es möglich, die

Arbeitsräume in vorteilhafter Weise in den Dampfkraftprozess einzubinden. Über die Einlässe kann unter relativ hohem Druck stehendes, gasförmiges Arbeitsfluid in die

Arbeitsräume geführt werden. Über die Auslässe kann das entspannte gasförmige

Arbeitsfluid dann beispielsweise zu einem Kondensator geführt werden. Vorteilhaft ist es auch, dass eine in einem Kurbelwellenraum angeordnete Kurbelwelle vorgesehen ist, dass die Kurbelwelle einen Kurbelwellenzapfen aufweist, an dem ein Kulissenstein angeordnet ist, dass die Stange mit einer in dem Kurbelwellenraum angeordneten Kurbelschleife verbunden ist und dass die Kurbelschleife eine Langloch- förmige Ausnehmung aufweist, in die der Kulissenstein eingesetzt ist. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise ein Kurbelschleifentrieb realisiert werden. Hierbei kann eine als

Hubkolben-Dampfmotor ausgestaltete Kolbenmaschine mit Scotch-Yoke-Kurbeltrieb realisiert werden.

Vorteilhaft ist es auch, dass die Zylinderbohrung von der Kurbelachse der Kurbelwelle aus in Bezug auf eine Einbaulage der Brennkraftmaschine waagrecht oder nach unten gerichtet ist. In diesem Bereich sind üblicherweise keine Nebenaggregate an der Brennkraftmaschine angeordnet, so dass der zur Verfügung stehende Bauraum genutzt werden kann.

In vorteilhafter Weise kann der Dampfkraftprozess als ORC-Prozess (Organic Rankine Cycle Process) ausgestaltet werden. Hierbei wird die thermische Energie der Abwärme über den ORC-Prozess in mechanische Energie umgesetzt. Hierbei kann in vorteilhafter Weise die Abwärme aus einem Abgas der Brennkraftmaschine oder eine Abgasrückführung über einen Wärmetauscher an das Arbeitsfluid des ORC-Prozesses übertragen werden. Das Arbeitsfluid kann hierbei zumindest im Wesentlichen auf Wasser basieren. An dem Wärmetauscher kann das Arbeitsfluid verdampft werden. Dieser Dampf kann anschließend in der als Expansionsmaschine dienenden Kolbenmaschine entspannt werden, wobei die mechanische Energie gewonnen wird. Das Arbeitsfluid wird anschließend in einem

Kondensator abgekühlt und einer Pumpe zugeführt. Das Arbeitsfluid kann dadurch in der flüssigen Phase von der Pumpe auf das Druckniveau für die erneute Verdampfung am Wärmetauscher komprimiert werden. Hierdurch ist der Kreislauf geschlossen.

Vorteilhaft ist es, dass die Stange einerseits starr mit dem Zylinderkolben und andererseits starr mit der Kurbelschleife verbunden ist. Ferner ist es vorteilhaft, dass ein Lager vorgesehen ist, an dem die aus der Zylinderbohrung geführte Stange gelagert ist. Das Lager kann hierbei in vorteilhafter Weise durch eine Lagerfläche ausgebildet sein. Ferner kann das Lager durch ein Schmiermittel aus dem Kurbelwellenraum geschmiert werden. Somit ist die Stange verschiebbar an dem Lager gelagert, wobei eine kompakte

Ausgestaltung ermöglicht ist.

Besonders vorteilhaft ist es, dass genau eine Zylinderbohrung vorgesehen ist. Hierdurch ergibt sich eine äußerst kompakte Ausgestaltung, die eine größere Auswahl in Bezug auf mögliche Anbaupositionen ergibt. Hierdurch kann gegebenenfalls eine günstige

Anbauposition an der Brennkraftmaschine gewählt werden, auch wenn an dieser beengte Platzverhältnisse bestehen, die beispielsweise durch weitere Aggregate bedingt sind. Daher kann in vorteilhafter Weise ein Anbau an die Brennkraftmaschine erfolgen, wobei die Kolbenmaschine mit der Brennkraftmaschine einen Kombinationsmotor bildet. Hierbei wird ein Dampfmotor mit einem Verbrennungsmotor kombiniert. Dabei kann die Kolbenmaschine mit einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs in mechanischer Wirkverbindung stehen. Wenn die Kolbenmaschine an eine Brennkraftmaschine angebaut ist, dann ist es vorteilhaft, dass die Kolbenmaschine vorne an die Brennkraftmaschine angebaut ist oder dass die Kolbenmaschine seitlich an die Brennkraftmaschine angebaut ist. Bei einem seitlichen Anbau kann beispielsweise ein auch für weitere Aggregate benötigter Räderkasten oder dergleichen genutzt werden, um die mechanische Wirkverbindung herzustellen. Vorteilhaft ist es auch, dass die Zylinderbohrung zumindest näherungsweise parallel zu einem Zylinder der Brennkraftmaschine orientiert ist. Speziell bei einer Einzylinder-Ausgestaltung der Kolbenmaschine zeigt der Zylinder vorzugsweise nach oben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende

Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine Kolbenmaschine in einer schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 eine Anordnung der in Fig. 1 dargestellten Kolbenmaschine des ersten

Ausführungsbeispiels der Erfindung an einer Brennkraftmaschine und

Fig. 3 die in Fig. 1 dargestellte Kolbenmaschine in einer schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Ausführungsformen der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine Kolbenmaschine 1 in einer schematischen Darstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Kolbenmaschine 1 wird über einen Dampfkraftprozess angetrieben. Hierbei kann die Kolbenmaschine 1 speziell bei einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz kommen, um die Abwärme der Brennkraftmaschine zu nutzen. Die Kolbenmaschine 1 wandelt die Abwärme dann in mechanische Energie um, die beispielsweise als zusätzliche Antriebsenergie oder zum Antreiben eines Hilfsaggregats, insbesondere eines elektrischen Generators, dienen kann. Die erfindungsgemäße Kolbenmaschine 1 eignet sich jedoch auch für andere

Anwendungsfälle.

Die Kolbenmaschine 1 weist ein Gehäuseteil 2 und einen mit dem Gehäuseteil 2 verbundenen Zylinder 3 auf. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Kolbenmaschine 1 genau einen Zylinder 3 auf.

Der Zylinder 3 der Kolbenmaschine 1 weist eine Zylinderbohrung 4 auf, in der ein

Zylinderkolben 5 angeordnet ist. Der Zylinderkolben 5 ist hierbei entlang einer Achse 6 der Zylinderbohrung 4 verschiebbar in der Zylinderbohrung 4 angeordnet.

Der Zylinderkolben 5 weist einerseits eine erste Seitenfläche 7 und andererseits eine zweite Seitenfläche 8 auf. Mit der ersten Seitenfläche 7 begrenzt der Zylinderkolben 5 in der Zylinderbohrung 4 einen ersten Arbeitsraum 9. Mit der zweiten Seitenfläche 8 begrenzt der Zylinderkolben 5 in der Zylinderbohrung 4 einen zweiten Arbeitsraum 10. Bei einer

Verstellung des Zylinderkolbens 5 in einer Richtung 1 1 nimmt das Volumen des ersten Arbeitsraums 9 zu, während das Volumen des zweiten Arbeitsraums 10 abnimmt.

Umgekehrt nimmt bei einer Verstellung des Zylinderkolbens 5 entgegen der Richtung 1 1 das Volumen des ersten Arbeitsraums 9 ab, während das Volumen des zweiten

Arbeitsraums 10 zunimmt.

An dem Zylinder 3 sind ventilgesteuerte Einlässe 12, 13 vorgesehen. Ferner sind an dem Zylinder 3 ventilgesteuerte Auslässe 14, 15 vorgesehen. Der Einlass 12 und der Auslass 14 sind dem ersten Arbeitsraum 9 zugeordnet. Der Einlass 13 und der Auslass 15 sind dem zweiten Arbeitsraum 10 zugeordnet. Beispielsweise kann über den Einlass 12 unter hohem Druck stehendes, dampfförmiges Arbeitsfluid in den ersten Arbeitsraum 9 eingeführt werden. Über den Druck des gasförmigen Arbeitsfluids wird eine Betätigungskraft auf den Zylinderkolben 5 in der Richtung 1 1 ausgeübt. Hierdurch entspannt sich das gasförmige Arbeitsfluid im ersten Arbeitsraum 9. Dabei kann der Auslass 15 geöffnet sein, um das bereits entspannte, restliche Arbeitsfluid aus dem zweiten Arbeitsraum 10 auszustoßen. Nach dem erfolgten Hub des Zylinderkolbens 5 in der Richtung 1 1 kann eine umgekehrte Betätigung des Zylinderkolbens 5 entgegen der Richtung 1 1 erfolgen. Hierbei wird nun der ventilgesteuerte Einlass 13 geöffnet, um unter hohem Druck stehendes, gasförmiges Arbeitsfluid in den zweiten Arbeitsraum 10 einzuleiten. Der Einlass 1 1 für den ersten Arbeitsraum 9 ist hierbei geschlossen. Außerdem kann nun der Auslass 14 für den ersten Arbeitsraum 1 1 geöffnet werden, um bei der Betätigung des Zylinderkolbens 5 entgegen der Richtung 1 1 das entspannte, gasförmige Arbeitsfluid aus dem ersten Arbeitsraum 9 auszustoßen. Somit ist eine wechselweise Betätigung des Zylinderkolbens 5 möglich.

Die Kolbenmaschine 1 weist eine Stange 20 auf, die als Übertragungsstange 20 dient. Die Stange 20 ist einerseits an der zweiten Seitenfläche 8 mit dem Zylinderkolben 5 verbunden. Hierbei ist die Stange 20 starr mit dem Zylinderkolben 5 verbunden. Die Stange 20 ist hierbei an der Achse 6 ausgerichtet, so dass die Stange 20 senkrecht zu der zweiten Seitenfläche 8 orientiert ist. In dem Gehäuseteil 2 ist ein Kurbelwellenraum 21 vorgesehen, in dem eine Kurbelwelle 22 angeordnet ist. Die Stange 20 ist andererseits mit einer in dem Kurbelwellenraum 21 angeordneten Kurbelschleife 23 verbunden. Die Verbindung der Stange 20 mit der Kurbelschleife 23 ist hierbei ebenfalls starr ausgeführt. Somit erstreckt sich die Stange 20 durch den zweiten Arbeitsraum 10 und in den Kurbelwellenraum 21.

Die Zylinderbohrung 4 ist von dem Kurbelwellenraum 21 durch ein Gehäuseteil 24 getrennt. Hierbei ist an dem Gehäuseteil 24 eine Lagerfläche 25 ausgestaltet, die an den

Kurbelwellenraum 21 angrenzt. Die Lagerfläche 25 bildet ein Lager 25', an dem die aus der Zylinderbohrung 4 geführte Stange 20 gelagert ist. Im Kurbelwellenraum 21 befindet sich vorzugsweise Schmieröl. Dieses Schmieröl kann auch zum Schmieren der Lagerfläche 25 dienen. Somit ist eine vorteilhafte Lagerung der Stange 20 an der Lagerfläche 25 möglich. Um die Abdichtung zwischen dem Kurbelwellenraum 21 und dem zweiten Arbeitsraum 10 der Zylinderbohrung 4 zu verbessern, können ringförmige Dichtelemente 26, 27 vorgesehen sein, die hinter der Lagerfläche 25 angeordnet sind. Hierdurch wird ein Eintrag von

Schmieröl in den zweiten Arbeitsraum 10 und somit eine Vermischung einerseits des gasförmigen Arbeitsfluids und andererseits des Schmieröls verhindert.

Der Kurbeltrieb der Kolbenmaschine 1 weist einen Kulissenstein 28 auf, der an einem Kurbelwellenzapfen 29 der Kurbelwelle 22 angeordnet ist. Der Kulissenstein 28 ist hierbei in eine Langloch-förmige Ausnehmung 30 der Kurbelschleife 23 eingesetzt. Hierdurch kann die Hubbewegung der Stange 20 in eine Drehbewegung der Kurbelwelle 22 umgesetzt werden. Die Schmierung des Kurbeltriebs erfolgt hierbei über das im Kurbelwellenraum 21 vorgesehene Schmieröl. In diesem Ausführungsbeispiel sind außerdem an einer Außenseite des Zylinderkolbens 5 Kolbenringe 31 , 32 angeordnet, die eine Abdichtung zwischen den Arbeitsräumen 9, 10 verbessern und gleichzeitig eine Reibung zwischen dem Zylinderkolben 5 und der Zylinderbohrung 4 verhindern. Hierdurch kann ein Reibverschleiß verringert werden und zugleich eine zuverlässige Abdichtung gewährleistet werden.

Somit kann in vorteilhafter Weise eine als Hubkolben-Dampfmotor ausgestaltete

Kolbenmaschine 1 mit genau einem Zylinder 3 realisiert werden, die im Ein-Takt-Prinzip arbeitet. Hierbei leitet der Zylinderkolben 5 seine Kraft über die Stange 20 auf den

Kurbelschleifentrieb und somit die Kurbelwelle 22 ein. Alle Einlässe 12, 13 und Auslässe 14, 15 sind gesteuert. Durch den Kurbelschleifenantrieb mit der Kurbelschleife 23 und dem Kulissenstein 28, der auf dem Kurbelwellenzapfen 29 sitzt, wird die Hubkolbenbewegung des Zylinderkolbens 5 auf die Kurbelwelle 22 übertragen.

In diesem Ausführungsbeispiel ist die Kurbelschleife 23 über die Stange 20 an der durch die Lagerfläche 25 gebildeten Lagerstelle gelagert. Dieses Lager befindet sich im Ölbereich, da es an den Kurbelwellenraum 21 angrenzt.

In den Arbeitsräumen 9, 10 wird das Arbeitsfluid wechselweise entspannt. Somit tragen sowohl die Aufwärts- als auch die Abwärtsbewegungen des Zylinderkolbens 5 zur

Leistungserzeugung bei. Dadurch wird ein großes Expansionsvolumen bei einem kleinen Bauraum der Kolbenmaschine 1 erreicht. In Kombination mit dem Scotch-Yoke-Kurbeltrieb wird zudem eine geringe Baulänge von einer Kurbelachse 33 der Kurbelwelle 22 bis zu einem Ende 34 des Zylinders 3 erreicht. Dadurch kann die Kolbenmaschine 1 flexibel an einer Brennkraftmaschine oder dergleichen angeordnet werden.

Durch die kompakte und einseitig zur Kurbelachse 33 ausgebildete Bauform der

Einzylinder-Kolbenmaschine 1 kann insbesondere der vorne an einem typischen

Verbrennungsmotor zwischen den bereits vorhandenen Anbauaggregaten zur Verfügung stehende Bauraum genutzt werden, bei dem die Kurbelachse 33 der Kolbenmaschine 1 genau auf einer Kurbelachse des Verbrennungsmotors sitzt. Diese Anordnung ist anhand der Fig. 2 weiter beschrieben.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung der in Fig. 1 dargestellten Kolbenmaschine 1 an einer

Brennkraftmaschine 35. Hierbei sind die einzelnen Komponenten schematisch dargestellt. Die Brennkraftmaschine 35 weist beispielsweise einen Zylinder 36 auf, der bezüglich einer Einbaulage senkrecht beziehungsweise vertikal ausgerichtet ist. Dies ist beispielsweise bei einer Ausgestaltung als Reihenzylinder möglich. An der Vorderseite der

Brennkraftmaschine 35 sind mehrere Nebenaggregate 37, 38, 39 angeordnet. Eine

Kurbelachse 33 der Brennkraftmaschine 35 ist in diesem Ausführungsbeispiel senkrecht zur Zeichenebene orientiert. Die Kolbenmaschine 1 kann nun in vorteilhafter Weise an der Vorderseite der Brennkraftmaschine 35 angeordnet werden, wobei der von den

Nebenaggregaten 37 bis 39 frei gelassene Bauraum genutzt werden kann. Hierbei wird die Kolbenmaschine 1 so an der Vorderseite der Brennkraftmaschine 35 angeordnet, dass die Kurbelachse 33 der Kolbenmaschine 1 mit der Kurbelachse 33 der Brennkraftmaschine 35 übereinstimmt. Dieser Anbau ist besonders vorteilhaft, da die Kraftübertragung von der Kolbenmaschine 1 auf die Brennkraftmaschine 35 ohne zusätzliche Zahnräder, Ketten und Riemen erfolgen kann. Vorteilhaft ist hierbei ein Anbau, bei dem die Achse 6 des Zylinders 4 waagrecht oder, wie es in dem in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall ist, nach unten gerichtet ist, da sich in diesem Bereich üblicherweise keines der

Nebenaggregate 37 bis 39 an der Brennkraftmaschine 35 befindet.

Fig. 3 zeigt die in Fig. 1 dargestellte Kolbenmaschine 1 in einer schematischen

Schnittdarstellung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel. In diesem

Ausführungsbeispiel weist die Kolbenmaschine 1 einen weiteren Zylinder 3' auf. In dem weiteren Zylinder 3' ist eine weitere Zylinderbohrung 4' ausgestaltet, in der ein weiterer Zylinderkolben 5' angeordnet ist. Der weitere Zylinderkolben 5' ist hierbei ebenfalls entlang der Achse 6 betätigbar. Der Zylinderkolben 5' weist eine erste Seitenfläche T und eine zweite Seitenfläche 8' auf. An der ersten Seitenfläche 7' begrenzt der Zylinderkolben 5' einen dritten Arbeitsraum 40. An der zweiten Seitenfläche 8' begrenzt der Zylinderkolben 5' einen vierten Arbeitsraum 41. Der Zylinderkolben 5' ist zusammen mit dem Zylinderkolben 5 betätigbar, so dass beide Zylinderkolben 5 entweder in der Richtung 1 1 oder entgegen der Richtung 1 1 verstellt werden.

An dem weiteren Zylinder 3' sind Einlässe 12', 13' vorgesehen. Ferner sind an dem weiteren Zylinder 3' Auslässe 14', 15' vorgesehen. Der Einlass 12' und der Auslass 14' sind hierbei dem dritten Arbeitsraum 40 zugeordnet. Der Einlass 13' und der Auslass 15' sind dem vierten Arbeitsraum 41 zugeordnet. Ferner ist eine Stange 20' vorgesehen, über die der Zylinderkolben 5' mit der Kurbelschleife 23 verbunden ist. Die Stange 20' ist hierbei an der zweiten Seitenfläche 8' starr mit dem Zylinderkolben 5' verbunden. Somit kann über die Stange 20' die auf den Zylinderkolben 5 wirkende Verstellkraft an die Kurbelschleife 23 übertragen werden. Die Stange 20' ist hierbei an einem Lager 25' gelagert. Zur Betätigung des Zylinderkolbens 5' wird wechselweise in den dritten Arbeitsraum 40 und den vierten Arbeitsraum 41 unter hohem Druck stehendes, gasförmiges Arbeitsfluid eingeleitet. Hierfür werden die Einlässe 12', 13' wechselweise geöffnet. Die Betätigung der Einlässe 12, 13 sowie der Einlässe 12', 13' für die beiden Zylinder 3, 3' kann aufeinander abgestimmt erfolgen. Entsprechend kann auch die Betätigung der Auslässe 14, 15 für den Zylinder 3 und der Auslässe 14', 15' für den Zylinder 3' aufeinander abgestimmt erfolgen. Somit kann eine Kolbenmaschine 1 mit einander gegenüberliegenden Zylindern 3, 3' und somit einander gegenüberliegenden Zylinderkolben 5, 5' realisiert werden, wobei die Zylinderkolben 5, 5' ihre Kräfte über den Kurbelschleifentrieb auf die Kurbelwelle 22 einleiten. Hierbei wird die Hubkolbenbewegung der beiden Zylinderkolben 5, 5' auf die Kurbelwelle 22 übertragen. Die Kurbelschleife 23 ist in diesem Ausführungsbeispiel in vorteilhafter Weise an den beiden Lagerstellen 25, 25' gelagert, die beidseitig der

Kurbelachse 33 angeordnet sind. Die Abdichtung des mit Schmieröl gefüllten

Kurbelwellenraums 21 gegenüber den Zylinderbohrungen 4, 4' erfolgt in diesem

Ausführungsbeispiel über die Lager 25, 25'. Gegebenenfalls kann auch eine zusätzliche Abdichtung mittels Dichtelementen vorgesehen sein.

Somit können beispielsweise gleichzeitig der erste Arbeitsraum 9 und der vierte

Arbeitsraum 41 mit gasförmigem Arbeitsfluid gefüllt werden, so dass während der

Expansion des Arbeitsfluids eine Betätigung der Kurbelschleife 23 in der Richtung 1 1 erfolgt. Anschließend kann eine entgegengesetzte Betätigung durch Einleiten des gasförmigen Arbeitsfluids einerseits in den zweiten Arbeitsraum 10 und andererseits in den dritten Arbeitsraum 40 erfolgen. Hierdurch wird jeder der Zylinderkolben 5, 5' beidseitig beaufschlagt. Dadurch ist eine kompakte Ausgestaltung der Kolbenmaschine 1 bei einem gleichzeitig großen realisierten Expansionsvolumen möglich.

Die Kolbenmaschine 1 des zweiten Ausführungsbeispiels, die in der Fig. 3 dargestellt ist, kann an einer Brennkraftmaschine 35 angebracht werden. Beispielsweise kann eine Anordnung der Kolbenmaschine 1 des zweiten Ausführungsbeispiels an der in Fig. 2 dargestellten Brennkraftmaschine 35 erfolgen, indem eine waagrechte Einbaulage bezüglich der Achse 6 der Kolbenmaschine 1 und eine Versetzung einerseits des

Nebenaggregats 37 nach oben und andererseits gegebenenfalls des Nebenaggregats 39 nach oben erfolgt. Bei dieser Ausgestaltung stimmt die Kurbelachse 33 der Kurbelwelle 22 der Kolbenmaschine 1 dann mit der Kurbelachse 33 der Brennkraftmaschine 35 überein. Die Kolbenmaschine 1 bildet mit der Brennkraftmaschine 35 dann einen Kombinationsmotor 1 , 35. Die Kolbenmaschine 1 steht hierbei mit einem Antriebsstrang 33 eines Fahrzeugs in mechanischer Wirkverbindung. Wenn die Kolbenmaschine 1 an die Brennkraftmaschine 35 angebaut ist, dann kann die Kolbenmaschine 1 vorne an die Brennkraftmaschine 35 angebaut sein oder die Kolbenmaschine 1 kann seitlich an die Brennkraftmaschine angebaut sein. Hierbei ist die Zylinderbohrung 4 vorzugsweise zumindest näherungsweise parallel zu dem Zylinder 36 der Brennkraftmaschine 35 orientiert ist. Besonders vorteilhaft ist der Anbau, wenn genau eine Zylinderbohrung 4 vorgesehen ist. Hierdurch ergeben sich aufgrund des kompakten Aufbaus günstige Anbaupositionen an der Brennkraftmaschine 35. Somit ist es vorteilhaft, dass der Zylinderkolben 5 einerseits eine erste Seitenfläche 7 und andererseits eine zweite Seitenfläche 8 aufweist, dass die erste Seitenfläche 7 und die zweiten Seitenfläche 8 voneinander abgewandt sind, dass die erste Seitenfläche 7 des Zylinderkolbens 5 in der Zylinderbohrung 4 den ersten Arbeitsraum 9 begrenzt und dass die zweite Seitenfläche 8 des Zylinderkolbens 5 in der Zylinderbohrung 4 den zweiten

Arbeitsraum 10 begrenzt. Somit ist es hierbei auch vorteilhaft, dass die Stange 20 an der zweiten Seitenfläche 8 des Zylinderkolbens 5 mit dem Zylinderkolben 5 verbunden ist und dass sich die Stange 20 zumindest näherungsweise senkrecht zu der zweiten Seitenfläche 8 durch den zweiten Arbeitsraum 10 erstreckt.

Somit ist es vorteilhaft, dass ein Einlass 12 für den ersten Arbeitsraum 9 und ein Einlass 13 für den zweiten Arbeitstraum 10 vorgesehen sind und dass über den Einlass 12 für den ersten Arbeitsraum 9 und über den Einlass 13 für den zweiten Arbeitsraum 10

wechselweise dampfförmiges Arbeitsfluid in den ersten Arbeitsraum 9 und den zweiten Arbeitsraum 10 führbar ist

und/oder

dass ein Auslass 14 für den ersten Arbeitsraum 9 und ein Auslass 15 für den zweiten Arbeitsraum 10 vorgesehen sind und dass über den Auslass 14 für den ersten Arbeitsraum 9 und über den Auslass 15 für den zweiten Arbeitsraum 10 wechselweise zumindest teilweise entspanntes dampfförmiges Arbeitsfluid aus dem ersten Arbeitsraum 9 und dem zweiten Arbeitsraum 10 ausstossbar ist.

Somit ist es vorteilhaft, dass eine in einem Kurbelwellenraum 21 angeordnete Kurbelwelle 22 vorgesehen ist, dass die Kurbelwelle 22 einen Kurbelwellenzapfen 29 aufweist, an dem ein Kulissenstein 28 angeordnet ist, dass die Stange 20 mit einer in dem Kurbelwellenraum 21 angeordneten Kurbelschleife 23 verbunden ist und dass die Kurbelschleife 23 eine Langloch-förmige Ausnehmung 30 aufweist, in die der Kulissenstein 28 eingesetzt ist. Somit ist es dabei auch vorteilhaft, dass eine Kurbelachse 33 der Kurbelwelle 22 auf einer Kurbelachse 33 der Brennkraftmaschine 35 sitzt. Somit ist es dabei auch vorteilhaft, dass die Zylinderbohrung 4 von der Kurbelachse 33 aus in Bezug auf eine Einbaulage der Brennkraftmaschine 35 waagrecht oder nach unten ausgerichtet ist. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.