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PATENTANSPRÜCHE
1. Pendelkolbenmaschine als Motor, Kompressor oder Pumpe, mit wenigstens einem Zylinder, in dem ein hemdloser Pendelkolben läuft, der mit einer an einer Kurbel- oder Exzenterwelle angelenkten Pleuelstange starr verbunden ist, wobei der Zylinder quadratischen, rechteckigen, runden oder ovalen Querschnitt aufweist und im wesentlichen entsprechend der Hub- und Pendelbewegung des Kolbenrandes gewölbt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Pendelkolben im gewölbten Zylinder unter variabler Vorspannung geführt ist, die im wesentlichen durch die Massenträgheit wenigstens einer Flüssigkeitssäule (19, 64, 124) oder wenigstens einer beweglichen Betätigungsmasse (145, 161) im Bereich des oberen Kolbentotpunktes erzeugt und durch ein in der Flüssigkeitssäule angeordnetes Rückschlagventil (22, 125) bzw.
durch ein unter der Betätigungsmasse (145, 161) angeordnetes hydraulisches System mit Rückschlagventil (148, 163) im wesentlichen aufrecht erhalten wird.
2. Pendelkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenrand wenigstens im Bereich der gewölbten Zylinderwand mit Flüssigkeit gefüllte, flexible Druckschläuche (16,62) trägt, die mit der Flüssigkeitssäule (19,64) verbunden sind.
3. Pendelkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenrand wenigstens im Bereich der gewölbten Zylinderwand mit Flüssigkeit gefüllte, flexible Druckschläuche (16,62) trägt, die mit einer oberhalb der beweglichen Betätigungsmasse (161) angeordneten Tasche (160) verbunden sind.
4. Pendelkolbenmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die flexiblen Druckschläuche (16,62) hinter wenigstens einem Kolbenführungs- und Dichtelement (15,49) angeordnet und durch ein Trennblech (32, 60) abgedeckt sind, auf dem ein erstes Dichtelement (13,66) verschiebbar gelagert ist.
5. Pendelkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenrand wenigstens im Bereich der gewölbten Zylinderwand Führungs- und Dichtelemente (111) trägt, die vorzugsweise über Stössel (121) mit schrägem Ende durch wenigstens einen Hydraulikkolben (123) betätigt werden, der dem Druck der Flüssigkeitssäule (124) ausgesetzt ist.
6. Pendelkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmasse (145) in einer Führung (149) gleitet und ein schräges Ende hat, das vorzugsweise durch einen Stössel (121) auf ein im Kolbenrand wenigstens im Bereich der gewölbten Zylinderwand angeordnetes Führungs- und Dichtelement (111) wirkt
7. Pendelkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pendelkolben mitsamt allen Elementen der Kolbenführung an der Pleuelstange demontierbar angeschraubt ist.
8. Pendelkolbenmaschine nach Anspruch 1, als Viertakt Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, dass der gewölbte Zylinder (47) rechteckigen Querschnitt (40) mit der langen Seite parallel zur Kurbelwelle hat, wobei dieser Motor hängende oder stehende, parallele Ventile (41,42) oder einen langgestreckten Walzenschieber und vorzugsweise eine zusätzliche Kurbelkammerpumpe (45,67) aufweist.
9. Pendelkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle eine gekapselte Druck ölschmierung mit Dichtelementen (93,95, 96) gegenüber der Pleuelstange und Dichtelementen (101) gegenüber dem Kurbelgehäuse aufweist.
10. Verwendung der Pendelkolbenmaschine nach Anspruch 1 als Motor in einem Fahrzeug mit einer angetriebenen und gefederten Hinterachse, wobei der Motor mit dem Getriebe quer zur Fahrtrichtung vor der Hinterachse und mit liegenden Zylindern eingebaut ist, dadurch gekennzeichnet, dass am Getriebeende über ein Vorgelege (175) eine quer angeordnete Gelenkwelle (176) angetrieben wird, die über ein Stirnradpaar (177) die Achse (178) antreibt.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Pendelkolbenmaschine als Motor, Kompressor oder Pumpe, mit wenigstens einem Zylinder, in dem ein hemdloser Pendelkolben läuft, der mit einer an einer Kurbel- oder Exzenterwelle angelenkten Pleuelstange starr verbunden ist, wobei der Zylinder quadratischen, rechteckigen, runden oder ovalen Querschnitt aufweist und im wesentlichen entsprechend der Hub- und Pendelbewegung des Kolbenrandes gewölbt ist.
Derartige Pendelkolbenmaschinen sind beispielsweise aus dem U.S.A.-Patent Nr. 3,697,150 bekannt. Sie sind gekennzeichnet durch den mit der Pleuelstange starr verbundenen, hemdlosen Kolben ohne Kolbenbolzen, der in einem kurzen, gewölbten Zylinder läuft. Durch die Pendelbewegung des Kolbens wirkt die Gaskraft immer in Richtung der Längsachse der Pleuelstange, wodurch keine Seitenkomponente dieser Kraft und somit kein daraus resultierender Kolbenschlag auftritt, der Geräusch und Verschleiss bewirken würde.
Die Pendelbewegung des Kolbens ergibt bei Zweitakt Benzin oder Dieselmotoren sehr vorteilhafte, asymmetrische Schlitzsteuerungen; ausserdem verschiebt der Pendelkolben die verdichtete Ladung von einer Seite des Brennraumes zur andern, was bei Zwei- und Viertaktmotoren eine weiche und vollständige Verbrennung und niederen Schadstoffgehalt der Abgase fördert. Mit den kurzen, sehr leichten Pendelkolben werden die Massenkräfte 1. und 2. Ordnung höchstens halb so gross wie bei einem konventionellen Motor, wodurch der Motorlauf viel ruhiger wird und kleinere Zylinderzahlen ohne unzulässige Vibrationen möglich sind. Die hemdlosen Pendelkolben weisen zudem einen niedrigen Reibungsverlust durch Ölviskosität auf, was höheren mechanischen Wirkungsrad und leichteren Kaltstart als bei herkömmlichen Kolben ergibt und kleinere Anlasser und Batterien erlaubt.
Versuche mit Pendelkolbenmotoren auf Prüfständen und in Fahrzeugen haben diese Fakten bestätigt, aber auch gezeigt, dass insbesondere die Lebensdauer der Kolbenführungen nicht zu genügen vermochte.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pendelkolbenmaschine der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die über lange Zeit einwandfrei arbeitet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Obwohl Versuche gezeigt haben, dass Pendelkolben im gewölbten Zylinder auch ohne Vorspannung laufen können, ist die erfindungsgemässe, drehzahlabhängige Vorspannung für einwandfreien Lauf notwendig. Diese Vorspannung soll ausserdem im wesentlichen im Quadrat zur Drehzahlzunahme steigen und- den Verschleiss und die thermischen Deformationen des Pendelkolbens und Zylinders aufnehmen. Damit kann unter allen Betriebsbedingungen ein spielfreier, reibungsarmer Lauf des Pendelkolbens erreicht werden, wodurch sich diese Pendelkolbenmaschine anstelle aller bekannten Kolbenmaschinen einsetzen lässt und insbesondere bei Motorfahrzeugen bedeutende Sekundärvorteile ergibt.
.-Die Erfindung wird hiernach anhand einiger vereinfachter, in den Abmessungen keineswegs optimierter Ausfüh rihngsbeispiele erläutert. Alle Ausführungsbeispiele haben
gleiche Kolbenfläche und gleichen Kolbenhub, und ihre für optimalen Lauf nötigen Einzelheiten sind nachfolgend kurz aufgeführt.
In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 den Mittelteil eines erfindungsgemässen Motors oder Kompressors im Querschnitt,
Fig. 2 seinen runden Pendelkolben im Horizontalschnitt,
Fig. 3 bis 7 vergrösserte Varianten der Kolbenrand-Ausbildung im Querschnitt,
Fig. 8 einen Motor oder Kompressor mit rechteckigem Zylinder im Querschnitt,
Fig. 9 Zylinder und Pendelkolben im Horizontalschnitt,
Fig. 10 und 11 einen Pendelkolben-Schiebermotor im Quer- und Längsschnitt,
Fig. 12 den Grundriss des rechteckigen Zylinders mit dem Pendelkolben im Horizontalschnitt,
Fig. 13 und 14 eine Variante dieses Pendelkolbens im halben Quer- und Längsschnitt,
Fig. 15 eine Vergrösserung der Kolbenführungseinrichtung von Fig. 13,
Fig. 16 bis 19 vergrösserte Varianten der Kolbenrand-Ausbildung im Querschnitt,
Fig. 20 und 21 die Anwendung eines Motors etwa gemäss Fig.
10 bis 12 in einem Fahrzeug im Längsschnitt und Grundriss.
Fig. 1 zeigt einen konventionellen Motor oder Kompressor, der jedoch mit einem Pendelkolben 1 und einem gewölbten Zylinder 2 ausgerüstet ist. Bei dieser 1. Generation einer Pendelkolbenmaschine werden die Zylinder unten um 1/3 bis 1/2 verkürzt und nicht kreiszylindrisch, sondern entsprechend der Pendelbewegung des Kolbenrandes 3 gewölbt bearbeitet. Diese Bearbeitung ist zwar komplizierter, wegen der verkürzten Zylinderlänge und der weiteren Toleranzen jedoch billiger. Sie kann durch kinematische Umkehr erfolgen, wobei der Motorblock relativ zum feststehenden Ausdrehstahl gependelt und durch Führungskurven geführt wird. Besser ist jedoch die Bearbeitung bei feststehendem Motorblock mit einer speziellen Ausdrehspindel, deren Werkzeug zyklisch radial verstellbar ist, was beispielsweise durch Raumnocken oder numerische Steuerung erfolgt.
Dies ermöglicht die gleichzeitige Bearbeitung der oberen und unteren Ausläufe resp. des Konus 4, durch den normalerweise ein Pendelkolben von unten her, zum Teil ohne Ausbau der Kurbelwelle, ein- und ausbaubar ist. Noch einfacher wird die Umstellung bei auswechselbaren Laufbüchsen, wie beispielsweise trockenen Büchsen 5, nassen Büchsen oder luftgekühlten Einzelzylindern, deren gewölbte Laufflächen auf Spezialmaschinen formgedreht werden. Auch kalt umgeformte resp. gewölbte und anschliessend umgossene Büchsen sind möglich und sehr kostengünstig. Die Laufflächen der gewölbten Zylinder werden nötigenfalls, wie von konventionellen Zylindern und Wankeltrochoiden her bekannt, verschleissfest beschichtet und geschliffen oder mit flexiblen Werkzeugen gehont.
Die geometrische Form der gewölbten Zylinder lässt sich, wie dies aus den Erläuterungen zu Fig. 8 hervorgeht, sehr genau berechnen.
Der Pendelkolben 1 eines Ottomotors ist mit einer Pleuelstange 6 aus Profilrohr starr verbunden. Die geringen Wandstärken reduzieren die Massenkräfte 1. Ordnung auf etwa die Hälfte derjenigen eines vergleichbaren Tauchkolbens; die Massenkräfte 2. Ordnung werden durch die lange Pleuelstange 6 mit oberem Drehpunkt 7 knapp unterhalb des Kolbenbodens 8 noch stärker reduziert, was bei Vierzylinder Viertakt-Reihenmotoren äusserst wichtig ist. Diese geringen Massenkräfte ermöglichen die Verwendung eines leichten Pleuellagerdeckels 9 und Gegengewichtes 10. Der Drehpunkt 7 bewegt sich nicht auf der Zylinderachse, sondern vorzugsweise auf einer langgestreckten Acht 11. Bei üblicher, paralleler Ventilanordnung ergibt sich durch die Pendelbewegung des Kolbenbodens 8 nach dem oberen Totpunkt ein starker Einlassdrall, sofern bei Rechtslauf der Kurbelwelle der Einlass von rechts kommt.
Diesem Einlassdrall überlagert sich die Gleichstrom-Querbewegung 12 der Ladung, die durch die Pendelbewegung des Kolbenbodens 8 im Bereich des Zündtotpunktes entsteht, was eine sehr intensive Vermischung der Ladung bewirkt. Der Verbrennungsdruck wird hauptsächlich von dem unter radialer Vorspannung eingebauten, radial stark verschiebbaren und am Rand bombierten Dichtring 13 abgedichtet, in dessen Mitte und rechtwinklig zu dessen Dichtfläche, also immer in Richtung des Kurbelzapfens 14, die Gaskraft wirkt. Dadurch entsteht keine nennenswerte Seitenkomponente der Gaskraft und somit auch kein Kolbenschlag. Diese Tatsache ermöglicht den Verzicht auf ein Kolbenhemd und somit die Anwendung des Pendelkolbens.
Indessen treten durch die Pendelbewegung und die Bahnkurve 11 wegen der Massenträgheit des Pendelkolbens 1 und der Pleuelstange 6 dynamische Seitenkräfte auf, die im Quadrat der Drehzahlzunahme wachsen und in den Hubtotpunkten Null sind. Der als zweiter Dichtring dienende Führungsring 15 hat eine rundum gleichmässig oder entsprechend der Pendelbewegung bombierte Lauffläche und ist unter Vorspannung auf dem Grund 29 seiner Nut abgestützt, um den Pendelkolben 1 im Zylinder 2 spielfrei zu führen.
Diese Vorspannung muss genügend gross sein, um die genannten dynamischen Seitenkräfte und die ihnen überlagerten Reaktionen der Reibungskräfte zufolge der radialen Verschiebung des Dichtrings 13 und der Rotation des Kurbelzapfens 14 aufzunehmen. Erfindungsgemäss wird die Vorspannung durch hydraulische Mittel bewirkt, und zwar beispielsweise durch im Nutengrund 29 angeordnete, ölgefüllte Druckschläuche 16, 16' aus hitzefestem Material, z. B. auf P.T.F.E.-Basis. Gemäss Fig. 2 sind diese Druckschläuche 16, 16' jeweils in der Zylinderebene 2A in einer Bohrung 17 z. B.
eingeklebt und am freien Ende 18 derart verschlossen, dass der Gegenschlauch 16' örtlich gestützt wird und der Druckschlauch 16, 16' den Führungsring 15 rundum gasdicht abschliesst. Die Bohrung 17 führt je zu einem Längskanal 19 in der Pleuelstange 6, der durch das im Schnitt dargestellte Rohrprofil 20 gebildet wird, und je zu einem im Pleuelfuss 21 angeordneten Rückschlagventil 22 und von dort zu einer möglichst druckentlasteten Zone des Pleuellagers.
Dieses System arbeitet wie folgt: nach dem Anlassen des Motors wird jede der beiden Ölsäulen in den Längskanälen 19 im Bereich des oberen Totpunktes unter Wirkung ihrer Massenträgheit unter Druck gesetzt, der sich zu den Druckschläuchen 16, 16' fortpflanzt und den Pendelkolben 1 über den Führungsring 15 gegen den Zylinder vorspannt. Durch entsprechende Wahl der Höhe resp. der Innenfläche des Führungsrings 15 kann die Vorspannkraft den erwähnten dynamischen Seitenkräften angeglichen werden. Der Flüssigkeitsdruck und damit die Vorspannung steigen im Quadrat zur Drehzahlzunahme und somit im gleichen Verhältnis wie die dynamischen Seitenkräfte. Dadurch wird die Maschine nicht nur völlig drehzahlfest, sondern arbeitet mit einem Minimum an Reibung und Verschleiss, weil die Vorspannung des Pendelkolbens 1 immer nur so gross ist, wie zur einwandfreien Kolbenführung nötig.
Im weitern ist diese Vorspannkraft unabhängig vom Verschleiss des Führungsrings 15 und des Zylinders 2, weil dieser Verschleiss durch plastische Deformation der Druckschläuche 16, 16' automatisch nachgeregelt wird. Der dynamische Flüssigkeitsdruck in den Druckschläuchen 16, 16', der sich im Bereich des oberen Totpunktes durch Massenträgheitskräfte in den Längskanälen 19 aufbaut, wird durch sich schliessende Rückschlagventile 22 im wesentlichen aufrechterhalten,die ausserdem ein Zurückfliessen des Öls unter Wirkung der im unteren Totpunkt relativ kleinen Massenträgheitskräfte verhindern. Die Rückschlagventile 22 öffnen und schliessen somit im Bereich des oberen Totpunktes und erlauben den Druckausgleich zwischen den Längskanälen 19 und den Druckschläuchen 16, 16'.
Die Verschlusszapfen der Rückschlagventile 22 sind konisch und haben etwa gleiche Dichte wie das Öl, damit sie im Bereich des oberen Totpunktes nur wenig öffnen. Einer Reduktion der Maschinendrehzahl passt sich die Kolbenvorspannung ebenfalls automatisch an, wobei eine weiche Ventilfeder zweckmässig ist.
In der untersten der drei Ringnuten ist unter radialer Vorspannung ein radial stark verschiebbarer Ölabstreifring 24 angeordnet, der unten einen scharfkantigen Rand aufweist.
Seine Wirkung kann durch gebogene Ölfangrinnen 25 mit z. B. halbkreisförmigem Profil 26 beidseitig der Pleuelstange 6 unterstützt werden. Der Pendelkolben 1 benötigt sehr wenig Schmieröl, und seine ölbenetzte Fläche beträgt nur einige Prozente derjenigen eines vergleichbaren Tauchkolbens. Dies verbessert den mechanischen Wirkungsgrad insbesondere beim Kaltstart, was die Verwendung eines kleineren Anlassers und einer kleineren Batterie erlaubt, und ermöglicht ausserdem einen sehr niedrigen, stabilen Leerlauf. Eine Ölkühlung des Pendelkolbens 1 durch das mittlere Rohr 27 der Pleuelstange 6 ist ohne weiteres möglich, wenn nötig mit Ölrückführung.
Die hiervor beschriebene hydraulische Kolbenführung kann vereinfacht werden, indem der rechte Druckschlauch 16 von der Bohrung 17 abgetrennt und mit dem Ende 18' des linken Druckschlauches 16' verbunden wird. Die Verbindungsstelle muss dabei eine Einschnürung mit starker Drosselung aufweisen, damit das Öl nicht zwischen den beiden Schläuchen 16 und 16' frei hin- und herfliessen kann, weil sonst trotz genügender Vorspannung die Kolbenführung beeinträchtigt würde. Es muss somit jede Kolbenhälfte bezüglich der Zylindermittelebene 2 A im wesentlichen ihre eigene Vorspannung im Zylinder 2 haben.
Noch einfacher ist es, den rechten Schlauch 16, der hauptsächlich die erwähnten Reaktionen der Reibungskräfte aufzunehmen hat, mit Öl zu füllen und an beiden Enden zu verschliessen. Dadurch ergibt sich eine asymmetrische, nur auf der linken Seite wirkende Nachstellung des Verschleisses des Führungsrings 15 und Zylinders, was normalerweise ohne Belang sein dürfte. Als weitere Vereinfachung kann durch entsprechende Lage des Ölzuflusses der hydrodynamische Öldruck des Pleuellagers auch das zweite Rückschlagventil 22 überflüssig machen. Dies dürfte am ehesten bei einem mit konstanter Drehzahl und Belastung laufenden Kompressor möglich sein. Auch kann durch den erwähnten hydrodynamischen Öldruck des Pleuellagers in den zwei Längskanälen 19 der Pleuelstange 6 ohne Rückschlagventile 22 ein kontinuierlicher, gedrosselter Ölumlauf erzeugt werden.
Gemäss Fig. 3 ist anstelle eines Druckschlauches 16 ein in gleicher Weise wirkender, elastischer Stützring 30 mit z. B.
Lippendichtung hinter dem Führungsring 15 eingebaut, wodurch die Ölzufuhr vereinfacht und der Führungsring 15 beim Anlassen gestützt wird. Elastomere haben sich jedoch bei Verbrennungsmotoren als zu wenig hitzefest erwiesen.
Fig. 4 hat anstelle des Führungsrings 15 mit überlapptem Stoss zwei übereinander angeordnete Führungsringe 15a, die sich bei der Pendelbewegung radial gegeneinander verschieben. Hierzu ist der Nutengrund halbkreisförmig und geschliffen, so dass der Druckschlauch 16 darin oszillieren kann. Auch drei oder mehr dünne, z. B. aus Blech gestanzte Führungsringe sind möglich.
Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 5 ist der Druckring 13 direkt auf dem Führungsring 15 angeordnet, was eine geringe radiale Verschiebung des Druckringes 13 ergibtund einwandfrei funktioniert. Durch die Anordnung beider Ringe 13 und 15 in einer Nute wirkt allerdings praktisch der volle Gasdruck auf den Druckschlauch 16, der ausserdem, trotz des Isolierstreifens 31, thermisch hoch belastet wird.
Diese Nachteile vermeidet die Variante gemäss Fig. 6, bei der der Druckring 13 durch ein möglichst dünnes, flexibles Trennblech 32 vom Führungsring 15 abgetrennt ist, das die ganze Kolbenfläche bedecken kann und die Vorteile des Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 5 kaum mindert. Diese Ausführung verlangt jedoch einen separaten Kolbenboden 33, in dessen Rand der Druckring 13 gelagert ist. Vorzugsweise wird im Innern der Druckschläuche 16, 16' eine Wellfeder oder dergleichen angeordnet, die beim Anlassen des Motors, d.h. bei fehlendem Öldruck, die nötige Vorspannung bewirkt.
Als weitere Variante hat der zweiteilige Führungsring 1 5b eine gemeinsame Kuppe 34, wodurch jedoch sehr stark Öl nach oben gefördert wird und daher mindestens ein doppelter Ölabstreifring 24 nötig ist.
Weitere Möglichkeiten bieten Pendelkolbenmaschinen der 2. Generation, die nicht umgeändert, sondern neu konzipiert sind. Diese Maschinen haben runde, ovale, quadratische oder rechteckige Zylinder und vorzugsweise ein Schmiersystem, bei dem der Ölabstreifring24 entfällt. Bei runden Zylindern ist im allgemeinen eine Bearbeitung der Zylinderwand und die Montage der Pendelkolben von unten her möglich, wodurch Zylinderkopf und Zylinder einteilig ausgeführt werden können, gegebenenfalls zusammen mit dem halben oder ganzen Kurbelgehäuse. Solche Maschinen werden natürlich sehr einfach und leicht, um so mehr als der schlagfreie und vibrationsarme Lauf der Pendelkolben ohnehin eine dünnwandige, leichte Bauweise erlaubt.
Als Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 7 einen runden Pendelkolben, der aus dem Kolbenboden 33, dem Trennblech 32 und dem nach unten abgewinkelten Tragblech 35 besteht, das den Führungsring 15 und den Druckschlauch 16 trägt. Die Teile 33,32 und 35 sind z. B. durch Punktschweissung miteinander verbunden und mit einer festigkeitsmässig günstigen, kelchförmigen Pleuelstange 36 verklebt, die z. B. aus Kunststoff mit Glasfaser- oder Kohlenstoffaser-Armierung oder aus Magnesium besteht. Der Hohlraum 37 kann zur Ölkühlung dienen und mit dem Druckschlauch 16 verbunden sein, wobei der Ölkreislauf durch eine gekapselte Druckölschmierung erfolgt, die in Fig. 10 und 11 ersichtlich ist. Solche Pendelkolben und Pleuelstangen werden extrem leicht und benötigen daher eine entsprechende kleine Vorspannung im Zylinder.
Fig, 8 und 9 zeigen eine Pendelkolbenmaschine als Motor oder Kompressor mit einem rechteckigen Zylinder 40, dessen Seitenverhältnis z. B. 2:1 beträgt und dessen lange Seite parallel zur Kurbelwelle ist. Diese Zylinderform eignet sich besonders gut für luftgekühlte Maschinen mit Anströmung von der schmalen Zylinderseite her, also z. B. für Stationärmotoren oder in Längsrichtung eingebaute Motorradmotoren mit Kardanantrieb des Hinterrades und einem oder zwei Zylindern in V- oder Boxeranordnung. Sie ergibt im weiteren grosse, parallele Ventile 41 und 42 mit zentraler Zündkerze 43 und eine sehr kurze Pleuelstange 44, die bei V-Motoren unten gegabelt sein kann. Indessen ist diese Zylinderform auch günstig für seitlich stehend angeordnete Ventile oder für einen seitlich angeordneten, langgestreckten Walzenschieber kleinen Durchmessers.
Der Zylinder 40 besteht zusammen mit dem Kurbelgehäuse 45 und wenn möglich auch mit dem Zylinderkopf z. B. aus einem mit Kühlrippen versehenen, einseitig offenen Leichtmetall-Gussteil, das durch einen Stirndeckel 46 verschlossen wird. Damit ist die Bearbeitung der gewölbten Zylinderwände 47 und der ebenen Rückwand 48 von der Stirnseite her mit fliegend gela gerten Fräs- und Schleifwerkzeugen möglich, die z. B. durch Führungskurven oder numerische Steuerung geführt werden.
Auch ringförmige Mittelgehäuse mit beidseitigen Stirndekkeln 46 sind möglich.
Die gewölbten Zylinderwände 47 sind Parallelkurven, die im Abstand 51 entsprechend dem Radius der Stirndichtung 49 zu einer Hüllkurve 52 verlaufen, die von den seitlichen Enden eines 'T' mit der Breite 53 entsprechend dertheoretischen Kolbenbreite und der Höhe 54 entsprechend der Länge der Pleuelstange 44 durchlaufen werden, wenn dessen unteres Ende auf einem Kreis 55 mit dem Radius 56 entsprechend dem halben Kolbenhub läuft. Die Form der Hüllkurven 52 wurde zuerst empirisch und anschliessend mathematisch untersucht. Dies führte zu der Erkenntnis, dass bei symmetrischen Kurbeltrieben sich für alle Verhältnisse von 53, 54 und 56 zueinander eindeutige, mathematisch genaue Hüllkurven 52 ergeben.
Bei extremen Verhältnissen sind diese Hüllkurven allerdings stark wellig und daher praktisch nicht brauchbar, bei den üblichen geometrischen Verhältnissen von Hubkolbenmaschinen sind sie normalerweise gestreckt und günstig. Eine Eigenart der Hüllkurven 52 ist die, dass bei einer Vergrösserung von 53 bei konstantem 54 und 56 wellige Hüllkurven entstehen, die bei weiterer Vergrösserung von 53 wieder gestreckter werden. Eine symmetrische Anordnung des Kurbeltriebes bezüglich der Längsachse des Zylinders 40 vorausgesetzt, ergeben sich bei rechteckigen und quadratischen Pendelkolben mathematisch genau gewölbte Zylinderwände 47.
Bei runden Pendelkolben, deren theoretische Kolbenbreite 53 nicht konstant ist, muss ein Kompromiss gesucht werden, bei dem die lokalen radialen Ein- und Ausfederungen des Führungsrings 15, die durch die Druckschläuche 16 ohne weiteres aufgenommen werden, minimal sind. Für diese Optimierung wurde ein Rechenprogramm ausgearbeitet, das über tausend Lochkarten eines Grossrechners umfasst.
Der Pendelkolben 57 mit Stützrippen 58 ist mit der Pleuelstange 44 z. B. in Leichtmetall einteilig gegossen, der rechtekkige Kolbenboden 59 mit dem Trennblech 60 darauf verschraubt oder verklebt. Der Führungsring 15 muss durch ein Führungsrechteck ersetzt sein, das aus zwei Führungsleisten 49 mit dem Kuppenradius 51 und zwei Dichtleisten 50 mit flachen oder bombierten Kuppen besteht. Die Leisten 49 und 50 sind vorzugsweise zu zwei unter sich gleichen Winkeln 49/50 zusammengefasst, die dank ihrer überlappten Stösse und der Druckschläuche 61 und 62 als zweite Kolbendichtung wirken. Bei Rechtslauf der Maschine ist vorzugsweise der rechte Druckschlauch 61 mit Flüssigkeit gefüllt und an den Enden verschlossen, während der linke Druckschlauch 62 einen Anschluss 63 aufweist, der in einer schrägen Bohrung des Pendelkolbens 57 z. B. eingeklebt ist.
Dieser Anschluss 63 führt zu einer Längsbohrung 64 der Pleuelstange 44, die oben durch einen Zapfen und unten durch eine mit Gas gefüllte, elastische Blase 65 verschlossen ist, oberhalb welcher ein Rückschlagventil 22 mit seinem Blechgehäuse in die Längsbohrung 64 eingepresst ist. Der Druckschlauch 62 und die Längsbohrung 64 sind mit Flüssigkeit gefüllt und stehen durch die eingedrückte elastische Blase 65 unter leichtem Druck, der für das Anlassen der Maschine genügt. Bei laufender Maschine ergibt die im Bereich des oberen Totpunktes auf die Flüssigkeitssäule der Längsbohrung 64 wirkende Massenträgheitskraft eine Druckerhöhung, welche die in Fig. 1 erläuterte hydraulische Kolbenführung gewährleistet.
Anders als dort ist bei diesem Ausführungsbeispiel jedoch das hydraulische System in sich hermetisch abgeschlossen und arbeitet ohne Ölzufluss von der Kurbelwelle her, wodurch keine Druckölschmierung nötig ist und keine Luft eindringen kann. Ausserdem ist die Hydraulik-Flüssigkeit bezüglich Dichte, Siede- und Gefrierpunkt, Viskosität usw. frei wählbar.
Zur Entlastung der Führungs- und Dichtleisten 49 und 50 sind oberhalb derselben seitlich verschiebbare Dichtleisten 66 angeordnet, die vorzugsweise ebenfalls aus zwei unter sich gleichen Dichtwinkeln bestehen und z. B. aus Blech gestanzt sind und geschliffene, auf der langen Seite bombierte Kuppen haben. Diese Dichtwinkel müssen durch geeignete Federn, welche die fehlende Eigenspannung des Dichtringes 13 ersetzen, auseinander gedrückt werden, wobei die Federn in Quernuten des Kolbenbodens 59 angeordnet sein können.
Das Kurbelgehäuse 45 ist wie bei kleinen Zweitakt Motoren ausgebildet und z. B. mit einem Membraneinlass versehen, durch den Zusatzluft angesaugt wird. Diese Zusatzluft wird im Kurbelgehäuse 45 verdichtet und durch einige am unteren Rand der rechten Zylinderwand 47 angeordnete Überströmkanäle 67 in den Zylinder geleitet. Dies geschieht im Bereich des unteren Totpunktes und gemäss dem Diagramm 68,69 asymmetrisch dazu. Bei Kompressoren, die übrigens mit Führungsleisten 49 z. B. auf P.T.F.E.-Basis und eventuell ohne Dichtleisten 66 auch für Trockenlauf geeignet sind, kann Linkslauf günstiger sein, damit weniger Kolbenhub verloren geht. Die Zusatzluft dient zur Kühlung der Pleuelstange 44 und des Pendelkolbens 57 und zur Leistungssteigerung der Maschine.
Beim Viertakt-Ottomotor wird die Zusatzluft am Ende des Arbeitstaktes in die Abgase eingeblasen, was eine Spülung des Brennraumes und eine Nachverbrennung der nachfolgenden Abgase ermöglicht. Ausserdem wird am Ende des Ansaugtaktes, bei dem vom Zylinderkopf her reiches Brennstoff-Luftgemisch zugeführt wird, von unten her Zusatzluft direkt dem Pendelkolben überlagert, was eine volumetrische Aufladung und eine einfache Ladungsschichtung mit fettem Gemisch in Nähe der Zündkerze 43 ergibt. Die Überströmung von Zusatzluft zur Leistungssteigerung und/oder Ladungsschichtung soll bei viereckigen und runden Pendelkolben an einer Stelle des Kolbenrandes erfolgen, die hierfür optimale Verhältnisse ergibt.
Besondere Vorteile bietet eine Pendelkolbenmaschine der 3. Generation als Zweitakt-Verbrennungsmotor gemäss Fig.
10 bis 12. Es ist dies ein Pendelkolben-Schiebermotor, der sich vorzugsweise für Dieselbetrieb eignet. Durch Ausnützung aller inhärenten Vorteile des Pendelkolbens ergibt sich eine sehr einfache, leichte und kompakte Bauweise.
Das Gehäuse eines Reihenmotors besteht aus Zylinderkopf 70, Motorblock 71 und Kurbelgehäuse-Unterteil 72 in Leichtmetall- oder Grauguss und ist mit einem Minimum paralleler Schrauben 73,74zusammengefügt. Auch hier hat der Zylinder rechteckige Form mit dem Seitenverhältnis 2:1, doch sind im Gegensatz zur Fig. 8 und 9 die langen Seiten quer zur Kurbelwelle 75 angeordnet. Die gewölbten Laufflächen auf den kurzen Seiten des rechteckigen Zylinders bestehen aus eingewölbten Zylindereinsätzen 76 und 77, die in einer prismatischen Öffnung 78 angeordnet sind. Diese prismatische Öffnung wird im Motorblock vorgegossen und geräumt und kann bei Leichtmetallblock durch einen konischen Stempel geglättet und kalibriert werden. Der gewölbte, relativ dickwandige Zylindereinsatz 76 weist einen friktionsgeschweissten Befestigungsbolzen 79 auf.
Einfacher ist ein dünnwandiger Einsatz 77 mit abgewinkeltem oberem Rand 80, der durch den Zylinderkopf festgeklemmt wird. Die gewölbten Zylindereinsätze 76 und 77 können z. B. durch Strangpressen oder Walzen einfach hergestellt, beschichtet und mit freiem Werkzeugauslauf geschliffen werden. Die Beschichtung der Zylindereinsätze 76 und 77 sind z. B. von Wankel-Trochoiden her bekannt, die jedoch dreimal grössere Oberflächen haben. Vorzugsweise werden auch die zwei ebenen Zylinderwände 82 mit Einsätzen 83 bestückt, die aus ebenen Blechen mit abgekantetem oberem Rand 84 bestehen und gestanzte Gaswechselschlitze 85 haben. Der Rand 84 kann mittels Zähnen 86 oder dergleichen gegenüber dem Rand 80 abgedichtet und bis zum Festziehen des Zylinderkopfes fixiert werden.
Damit sich die dünnwandigen Zylindereinsätze 77 und 83 bei Erwärmung nicht nach innen biegen, müssen sie entgegengesetzt vorgespannt oder sehr flexibel sein. Alle Zylindereinsätze 76,77 und 83 lassen sich zwecks einfacher Motorrevision auswechseln. Die sehr schmalen Zylinder ergeben grosse Zwischenräume 86, in denen die Auslasskrümmer 87, die Einlasskrümmer 88 und die Überströmmulden 89 eingegossen sind und die auch Luftkühlung des Motors erlauben.
Die Druckölschmierung der Kurbelwelle ist gegenüber dem Kurbelgehäuse gekapselt, was ein Abdichten des Kurbelzapfens 91 und des Hauptlagerzapfens 92 erfordert. Diese Abdichtung erfolgt beim Kurbelzapfen 91 durch dünne Tellerfedern 93, die zwecks Montage diametral geteilt sind und auf konischen Bunden des Iturbelzapfens 91 laufen, wodurch sie bei der Montage automatisch vorgespannt werden. Als Varianten sind C-förmige Stahldichtungen 95, vorzugsweise mit Kunststoffeinlagen, vorteilhaft, insbesondere wenn sie mit den Lagerschalen 96 kombiniert werden. Der Ölrückfluss erfolgt durch eine Anzahl nach aussen geneigter Bohrungen 98 unter Fliehkraft in Ringräume 99, in die auch das Öl des Hauptlagerzapfens 92 abfliesst.
Die Ringräume 99 sind gegenüber den Kurbelscheiben 100 durch Dichtringe 101 abgedichtet, die in Ringnuten der Kurbelscheiben 100 und grossen Bohrungen des Motorblocks 71 und des Kurbelgehäuse-Unterteils 72 laufen und z.B. aus gebogenem Federstahl bestehen, der z. B. mit P.T.F.E. beschichtet ist. Der Durchmesser der Dichtringe 101 kann durch nach innen geneigte Ölrückflussbohrungen 102 beträchtlich verringert werden.
Diese gekapselte Druckölschmierung der Kurbelwelle ermöglicht zusammen mit einem dichten, enganliegenden Kurbelgehäuse, das nötigenfalls Füllstücke aufweist, eine einfache Kurbelkastenpumpe, wodurch ein separater Lader entfällt. Ferner wird damit eine Luftkühlung des Pendelkolbens 105 und der Pleuelstange 97 erreicht und die Verschmutzung des Schmieröls durch Verbrennungsgase und Russ weitgehend vermieden, was besonders bei Dieselmotoren von Bedeutung ist. Damit entfallen auch die sehr unerwünschten und unwirtschaftlichen Ölwechsel. Ein weiterer Vorteil dieser gekapselten Druckölschmierung der Kurbelwelle ist der Wegfall von Ölabstreifringen, die bekanntlich beträchtliche Reibung ergeben und in ihrer Wirkung stark streuen.
Indessen sind diese Verbesserungen bei Tauchkolben nicht möglich, weil deren Kolbenhemd vom Spritzöl der Kurbelwelle geschmiert werden muss.
Der Pendelkolben 105 und die Pleuelstange 97 sind einteilig z. B. aus Leichtmetall gegossen, der Pleueldeckel 104 ist vorzugsweise aus Stahl zur Verminderung des Kälteschrumpfens, sofern die formsteife Kurbelwelle 91/92/100 nicht auch aus Leichtmetall besteht. Der Pendelkolben 105 weist auf den langen Seiten zwei flache, asymmetrisch geformte Gasschieber 106 auf, die gleichzeitig als Randversteifung dienen und durch eine oder mehrere Querrippen 107 mit der Pleuelstange 97 verbunden sind, die einen kreuzförmigen Querschnitt 108 oder H-Querschnitt hat. Die einteilige, leicht zu giessende Pendelkolben-Pleuelstangen-Einheit wird durch Querwände 109 verstärkt und eignet sich durch ihre steife Bauweise auch für Dieselbetrieb.
Aus Platzgründen müssen die Flachschieber 106 in Aussparungen 110 der Kur- belscheiben 100 eintauchen, sofern die Pleuelstange 97 nicht entsprechend verlängert wird. Der Pendelkolben 105 weist eine viereckig umlaufende, nötigenfalls durch Einlagen oder Beschichtungen verstärkte Nut auf, in der Führungsleisten 111 und Dichtleisten 112 gelagert sind, die zu Dichtwinkeln 111/112 zusammengefasst sein können. Vier solcher unter sich gleichen Dichtwinkel 111/112 mit gemeinsamer Kuppe 113 und versetzten Stössen ergeben eine sehr einfache und wirksame Abdichtung mit vier überdeckten Stössen. Dies ist im Vergleich zu einer Rotationskolbenmaschine sehr günstig, die aus wenigstens fünfzehn teilweise unterschiedlichen Dichtelementen mitzwölf offenen und 6 überdeckten Stössen besteht und eine 2,6fache Dichtlänge aufweist.
Die Dichtwinkel 111/112 sollen aus geeignetem, verschleissfestem Material bestehen oder entsprechend beschichtet sein, insbesondere die Kuppe 113 der Führungsleisten 111. Solche Materialien sind aus der Tauchkolben- und Rotationskolben Forschung wohlbekannt.
Die Dichtleisten 112 sind durch weiche Wellfedern 114 vorgespannt, während vorzugsweise die rechten Führungsleisten 111 durch eine harte Wellfeder 115 gestützt werden. Die gegenüberliegenden Führungsleisten 111 werden wiederum durch Öldruck vorgespannt, der im Quadrat zur Drehzahlzunahme steigt, doch ist hier eine mechanische Übertragung vorhanden. Diese besteht aus mindestens einem halbmondförmigen Kraftverteiler 120 mit Stössel 121, dessen schräges Ende 122 mit dem komplementär abgeschrägten Ende eines Hydraulikkölbchens 123 in Bewegungsverbindung steht. Das Kölbchen 123 und der Stössel 121 sind zylindrisch und in Bohrungen des Pendelkolbens 105 mit Schiebesitz gelagert, und ihre schrägen Enden 122 sind gehärtet und geschliffen.
Das Kölbchen 123 kann Dichtringe oder dergleichen aufweisen und ist mit einer Ölsäule verbunden, die in einer Längsbohrung 124 der Pleuelstange 97 angeordnet ist. Diese Ölsäule wird durch ihre Massenträgheit im Bereich des oberen Totpunktes unter Druck gesetzt, wobei ein Rückschlagventil 125 den Öldruck im wesentlichen aufrecht erhält, wie unter Fig. 1 dargelegt. Das untere Ende der Längsbohrung 124 steht mit der Druckölschmierung des Kurbelzapfens 91 in Verbindung oder ist gemäss Fig. 8 verschlossen.
Anstelle einer Längsbohrung 124 kann ein Stahlrohr 126 in der Pleuelstange 97 eingegossen sein, das deren thermische Ausdehnung einschränkt. Die Querbohrung des Kölbchens 123 ist aussen verschlossen und hat eine Entlüftung 127 für das Lecköl des Kölbchens 123 und das Leckgas des Stössels 121. Die Teile 120 bis 123 sind in doppelter Zahl nebeneinander angeordnet und durch eine Druckfeder 128 leicht vorgespannt.
Mit dieser hydromechanischen Kolbenführung kann die Vorspannung des Pendelkolbens 105 gegenüber den Zylinderwänden nach Wunsch und unabhängig vom Öldruck gewählt werden durch entsprechende Wahl des Winkels der schrägen Enden 122. Grosse Übersetzungen sind ohne weiteres möglich, doch darf der erwähnte Winkel nicht so gewählt werden, dass Selbsthemmung eintritt.
Als Variante können die Kölbchen 123 verlängert sein und mehrere Abschrägungen zur Betätigung mehrerer Stössel 121 haben, wodurch die Kraftverteiler 120 überflüssig werden.
Ilin weiteren kann die Wellfeder 115 entfallen, was jedoch eine unelastische Kolbenführung ergibt. Dies ist auch der Fall mit symmetrisch schrägen, d.h. V-förmigen Enden 122, die beidseitig Stössel 121 betätigen und somit beide Führungsleisten 111 symmetrisch nachstellen.
Die Schmierung des Pendelkolbens 105 erfolgt durch Fluchtöl der gekapselten Druckölschmierung oder durch eine Frischölzufuhr 130, die vorzugsweise auf der linken Zylinderseite angeordnet ist, da die Dichtleisten 112 durch ihre Pendelbewegung das Öl bei Rechtslauf stets von links nach rechts verschieben.
Der Pendelkolben-Schiebermotor gemäss Fig. 10 bis 12 hat dank der Pendelbewegung der Flachschieber 106 eine stark asymmetrische Steuerung von Einlass 131, Spülung 132 und Auslass 133 mit beträchtlicher Nachladung und eine opti male Umkehrspülung mit minimaler Kontaktfläche zwischen Spülung 132 und Auslass 133. Dieser Motor eignet sich für Benzinbetrieb mit Vergaser, doch ist eine Niederdruck-Benzineinspritzung etwa gemäss Pfeil 134 in den Spülstrom 132 dank der asymmetrischen Gassteuerung besonders günstig.
Wegen des mässigen Kompressionsverhältnisses und der nicht vorhandenen heissen Auslassventile kann bleifreies Benzin niedriger Oktanzahl verwendet werden.
Indessen ist mit hohem Kompressionsverhältnis, einem kugelkalottenförmigen Brennraum 135, einer Einspritzdüse 136 und einer Zündkerze 137 etwa in der dargestellten Anordnung auch Vielstoffbetrieb möglich. Die Einspritzdüse 136 hat z. B. drei unter 90" angeordnete Brennstoffstrahlen, von denen zwei quer zur Gleichstrom-Luftverschiebung 138 und einer zur Zündkerze 137 gerichtet sind. Dank der über den oberen Totpunkt andauernden Luftzufuhr durch die Gleichstrom-Luftverschiebung 138 ergibt sich auch bei Direkteinspritzung ein weicher Druckanstieg und somit ein geräuscharmer Motorlauf. Anstelle der Direkteinspritzung kann eine Vor- oder Wirbelkammer verwendet werden, deren Kraftstoff-Luftstrahlen wiederum quer zur Gleichstrom Luftverschiebung 138 gerichtet sind und die sowohl für Dieselbetrieb als auch für Benzinbetrieb mit Ladungsschichtung geeignet ist.
Dieser Pendelkolben-Schiebermotor bietet durch die nicht vorhandenen heissen Auslassventile und die inhärente Abgasbeimischung sehr günstige Voraussetzungen für geringen NOx-Gehalt der Abgase. Ausserdem erleichtern die relativ heissen Abgase, die vorzugsweise durch Portliner geführt werden, das Nachverbrennen des CH. Eine weitere Reduktion der Schadstoffe und eine Leistungssteigerung ist durch Verwendung eines Turboladers oder einer Druckwellenmaschine möglich.
Fig. 13 bis 15 zeigen einen vorzugsweise aus Stahl geschmiedeten, unten verrippten Pendelkolben 140 eines thermisch stark belasteten Motors für z. B. Mopeds und Motorräder, der angeschweisste, z. B. aus Chromstahl gestanzte Flachschieber 141 aufweist. Die ebenfalls aus Stahl geschmiedete Pleuelstange 142 hat ein ungeteiltes, wälzgelagertes Pleuelauge 143, das mit einer gebauten Kurbelwelle verbunden ist. Der Pendelkolben 140 ist daher mit der Pleuelstange 142 verschraubt und kann von oben her ein- und ausgebaut werden. Die Pleuelstange 142 stützt mit seitlichen Ansätzen 144 die Flachschieber 141.
Die doppelten Führungsleisten 111 werden im Zylinder durch zwei Kraftverteiler 120 und Stössel 121 vorgespannt, in deren schräge Enden 122 je ein entsprechendes, schräges Ende einer vertikal angeordneten Betätigungsmasse 145 eingreift. Im Bereich des oberen Totpunktes bewirkt die Massenträgheit der Betätigungsmasse 145 die nötige Vorspannung der Führungsleisten 111, wobei diese Vorspannung wiederum, wie erforderlich, automatisch im Quadrat zur Dreh zahlzunahme ansteigt. Ein Zurückweichen der Betätigungsmasse 145 wird durch eine z. B. aus P.T.F.E. geformte, mit Flüssigkeit gefüllte Tasche 146 mit Rückschlagventil 147 und leichter Verschlusskugel 148 verhindert.
Die Betätigungsmasse 145 ist in einer vertikalen Bohrung eines Ansatzes 149 des Pendelkolbens 140 geführt, in der auch die vorzugsweise mit der Betätigungsmasse 145 verklebte Tasche 146 gestützt ist, deren untere Erweiterung einen Flüssigkeitsbehälter 150 zur Verschleissnachstellung bildet. Der Behälter 150 steht durch einen elastischen Gürtel 151 unter leichtem Druck, der für das Anlassen des Motors genügt. Bei dieser hydromechanischen Kolbenführung wird die Vorspannkraft mechanisch bewirkt und hydraulisch aufrecht erhalten. Das hydraulische System ist hermetisch abgeschlossen und daher unabhängig von Flüssigkeitszufuhr und kann mitsamt dem Pendelkolben ein- und ausgebaut werden. Die Systemflüssigkeit ist frei wählbar.
Gemäss der Variante von Fig. 16 haben die Führungsleisten 111 a keine gemeinsame Kuppe, so dass sie sich zufolge der Pendelbewegung des Kolbens 140 gegeneinander verschieben. Diese gegenseitige Verschiebung verhindert, dass die Führungsleisten 111 a und die Dichtleisten 112 in ihrer Nute festkleben und wird durch ein halbrohrförmiges Schwenkelement 155 ermöglicht, das auf den entsprechend geformten Enden der Stössel 121 oder der Kraftverteiler 120 oszilliert. Die gegenüberliegende Nute des Pendelkolbens 140 muss einen halbkreisförmigen Nutengrund zur Aufnahme eines zweiten Schwenkelements 155 haben. Drei Führungsleisten 111 a sind ebenfalls möglich, die jedoch nicht gleichmässig tragen.
Dies ist auch der Fall in Fig. 17, bei der vier Führungsleisten 111 b in einer Nute angeordnet sind, wobei die zwei inneren durch ein Schwenkelement 155 gestützt werden, das seinerseits in einem äusseren Schwenkelement 156 oszilliert, welches die äusseren Führungsleisten betätigt.
Die Variante gemäss Fig. 18 hat ein Führungsrohr 157, das in einem Käfig 158 drehbar gelagert ist und durch Stössel 121 vorgespannt wird. Das Führungsrohr 157 rotiert wenigstens teilweise auf den gewölbten Wänden der Zylindereinsätze 76, 77, wodurch Reibung und Verschleiss vermindert werden, insbesondere wenn zwischen Führungsrohr 157 und Käfig 158 ein Druckgaspolster entsteht. Bei kleinen Pendelkolben kann anstelle des Führungsrohres 157 eine Führungsnadel treten. Analog zu Fig. 16 und 17 lassen sich mehrere Führungsrohre 157 bzw. Führungsnadeln übereinander anordnen. Diese Anordnung scheint z. B. bei einem grossen oder sehr grossen Dieselmotor möglich zu sein, der einen im Querschnitt quadratischen Zylinder und Zylinderkopf mit vier parallelen Ventilen hat und im Zweitakt oder Viertakt arbeitet.
Fig. 19 zeigt eine besonders einfache und vielseitige, hydromechanische Kolbenführungs-Automatik für runde oder viereckige Zylinder. Diese Kolbenführung kann bei jedem der aufgeführten Ausführungsbeispiele angewandt werden und ist nachfolgend aufgrund der Figuren 2, 7 und 9 erläutert.
Der Kolbenboden 33 bzw. 59 kann einen Dichtring 13 bzw.
eine Dichtleiste 66 und ein flexibles Trennblech 32 bzw. 60 aufweisen. Der Führungsring 15 bzw. die Führungsleiste 49 wird durch den Druckschlauch 16 bzw. 62 gegen die Zylinderwand vorgespannt und hat z. B. eine bezüglich der Zylinderebene 2 A mittig angeordnete, vorzugsweise zylindrische Tasche 160 und ist mit Flüssigkeit gefüllt und an seinen Enden im Bereich der Zylinderebene 2 A verschlossen. Der Innendurchmesser des Druckschlauches 16 nimmt gegen seine Enden hin ab, um die hydraulische Vorspannung des Pendelkolbens im Zylinder in jenen Bereichen zu reduzieren, in denen praktisch keine dynamischen Seitenkräfte zu übertragen sind. In analoger Weise hat der Druckschlauch 62 eine mittig angeordnete Tasche 160 und auf seinen kurzen Seiten mit geschlossenen Enden geringen Innendurchmesser.
Aus Fertigungsgründen dürfte es sich empfehlen, die Tasche 160 quer zur Zylinderebene 2 A zu teilen und mit dem zugehörigen etwa viertelkreisförmigen Druckschlauch 16 bzw. dem L-förmigen Druckschlauch 62 in Kunststoff zu formen und nach dem Einfüllen der Flüssigkeit zu verschweissen. Die Taschen 160 und somit die Druckschläuche 16 bzw. 62 werden durch die Massenträgheit einer Betätigungsmasse 161 im Bereich des oberen Totpunktes unter Druck gesetzt, wobei dieser Druck wiederum, wie erforderlich, im Quadrat zur Drehzahlzunahme steigt. Die Betätigungsmasse 161 ist vorzugsweise zylindrisch und hat eine von ihrer Dichter abhängige Höhe.
Ein Zurückweichen der Betätigungsmasse 161 nach dem oberen Totpunkt wird durch eine z. B. aus P.T.F.E. geformte, mit der Betätigungsmasse 161 vorzugsweise verklebte, flüssigkeitsgefüllte Tasche 167 mit Rückschlagventil 163 verhindert, wodurch der Druck in den Schläuchen 16 bzw. 62 im wesentlichen aufrecht erhalten bleibt. Die Betätigungsmasse 161 und die Tasche 167 sind in einer Bohrung eines Ansatzes 165 des Pendelkolbens 35 bzw 57 geführt, wobei die Tasche 167 durch die untere Verengung dieser Bohrung durchgeführt ist und in einem unter verschlossenen, zur Spielnachstellung dienenden Flüssigkeitsbehälter 164 endet. Oberhalb der Einschnürung sitzt der leichte Verschlusszapfen 163 des Rückschlagventils unter Federvorspannung. Der Flüssigkeitsbe- hälter 164 kann z.
B. durch eine Schraubenfeder, die in einem verlängerten Ansatz 165 angeordnet wird, unter leichten Druck gesetzt werden, der für das Anlassen des Motors genügt. Dieses Druckhaltesystem ist wiederum in der Tasche 167 hermetisch abgeschlossen und hat frei wählbare Systemflüssigkeit. Eine oder mehrere dieser Vorspanneinrichtungen 160 bis 167 können auf der Unterseite eines Pendelkolbens angeordnet sein und lassen sich nach Entfernen des Kolbenbodens 33 bzw. 59 mitsamt den anderen Verschleissteilen nach oben ausbauen. Eine Entlastung der Druckschläuche 16 bzw. 62 zum leichten Kolbeneinbau ist durch Ziehen an der Tasche 167 möglich. Die Verschlusszapfen 163, 148 und 23 sollen hohl oder aus porösem oder spezifisch sehr leichtem Material bestehen, damit sie auf der Flüssigkeit der Rückschlagventile schwimmen und somit im Bereich des oberen Totpunktes nicht unnötig stark öffnen.
Die einzelnen Merkmale der aufgeführten Ausführungsbeispiele lassen sich untereinander vertauschen und in den Einzelheiten verbessern, ohne den Bereich dieser Erfindung zu verlassen. Die erfindungsgemässe Pendelkolbenführung ist bei jeder Art und Grösse von Pendelkolbenmaschinen anwendbar und kann sogar bei ganz kleinen Pendelkolben von Druckluftmotoren für Handwerkzeuge oder Kühlschrank-Kompressoren nötig sein; die dort mögliche Verwendung von O-Ringen zur Abstützung der Kolbenringe dürfte wegen Verhärtung der Elastomere und Abnützung der gleitenden Teile auf längere Dauer nicht genügen. Im Gegensatz dazu hat die erfindungsgemässe hydraulische oder hydromechanische Kolbenführung den wohl einzigartigen Vorteil, dass die Vorspannung bei jeder Umdrehung der Maschine neu eingestellt, d.h. ständig regeneriert wird.
Als weitere Vereinfachung ist es besonders bei kleinen Pendelkolben möglich, die Druckschläuche 16 bzw. 61, 62 direkt auf den Zylinderwänden laufen zu lassen, wobei ihre Aussenflächen entsprechend zu verstärken und zu beschichten sind.
Kleine Pendelkolben können mitsamt Pleuelstange einteilig aus Kunststoff geformt werden und eine Kolbenführung etwa gemäss Fig. 8 und 9 aufweisen.
Wie bereits erwähnt, ist für Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, eine Bauweise etwa gemäss Fig. 10 bis 12 wohl am günstigsten. Dieser Pendelkolben-Schiebermotor hat gleichen Zündabstand, d.h. Rundlauf wie ein Viertaktmotor mit doppelter Zylinderzahl und ist in Fertigung und Unterhalt ausserordentlich einfach. Seine inhärente, weiche Verbrennung, sukzessive Öffnung von Einlass und Auslass, seine schlagfreien und leichten Pendelkolben, die nicht vorhandenen Zahnräder, Nockenwellen und Ventile und sein sehr kompaktes und steifes Motorgehäuse dürfte einen wirklich geräuscharmen Motorlauf ermöglichen.
Damit ist eine Verwendung als Stationär-, Boots- oder Flugmotor sowie als Antrieb für jede Art von Motorfahrzeug und Landmaschine möglich, wodurch bedeutende Sekundärvorteile entstehen. Zum Beispiel kann dieser Motor normalerweise in Automobile liegend eingebaut werden, wodurch sich oberhalb desselben ein Gepäckraum ergibt und der Motor bei einem Crash unter den Wagenboden ausweichen kann und somit die Knautschzone nicht verkürzt. Bei Rechtslauf des Motors gemäss Fig. 10 sind die auf den Pendelkolben wir kennen Kräfte, d.h. sein Eigengewicht und die Reaktionen der Kurbelzapfenreibung und aussermittigerDruckwellen alle auf die gleiche, untere Zylinderwand 76 gerichtet, was einen stabilen Zustand beim Anlassen ergibt.
Als besonderes Anwendungsbeispiel ist ein 1200-cm3 Zweizylindermotor in einem Sicherheitswagen eingebaut und in Fig. 20 und 21 im Aufriss und Grundriss dargestellt. Die Kompaktheit, das geringe Gewicht und die relative Vibrations-, Lärm- und Wartungsfreiheit dieses Pendelkolben Schiebermotors 170 ergeben ein Automobilkonzept mit Unterflur-Mittelmotor, das grossen Passagierraum und Kofferräume in Front und Heck mit je 70 cm langen Knautschzonen bei einer Gesamtlänge von nur 400 cm ermöglicht.
Nach Vorklappen der Rücksitzbank 171 und Aufklappen der Abdeckung 172 werden der Motor 170 sowie seine Zusatzaggregate 173 und sein übliches Automatikgetriebe 174 wirklich gut zugänglich, sogar bei fahrendem Wagen. Am Getriebeende sitzt eine Primäruntersetzung 175, die über eine kurze Quer-Kardanwelle 176 den sehr kompakten Achsantrieb 177 einer entsprechend leichten Hinterachse 178 antreibt, welche durch die Quer-Kardanwelle 176 seitlich geführt ist. Durch entsprechende Wahl der Untersetzungen der Sitrnräder 175 und 177 und der Länge der Längslenker I79 bewirkt die linkslaufende Quer-Kardanwelle 176 die gewünschte Anti Squat -Wirkung. Für grössere Reparaturen kann der Motor 170 unterstellt und der Wagen rechts angehoben werden, was auch einen leichten Motorausbau ermöglicht.
Auf dem freien Kurbelwellenende kann ein Radialgebläse angeordnet sein, dessen Kühlluft direkt die obere, heissere Zylinderseite anströmt. Für Geländefahrten ist eine Reduktion 175' und, dank der reifenschonenden Starrachse 178, eine Doppelbereifung 180 möglich.
Grössere Personenwagen, Lieferwagen, Busse, Lastwagen und dergleichen haben einen Pendelkolben-Schiebermotor mit drei oder mehr Zylindern und, wenn erforderlich, eine Quer-Antriebswelle mit Gleichlauf-Schiebegelenken und eine separate Seitenführung der Achse 178. Der Achsantrieb gemäss Fig. 20 und 21 und Varianten kann durch ein halbautomatisches Getriebe, eine Sicherheits-Differentialsperre oder eine Eingelenk-Elastikachse gemäss früheren Patenten des Anmelders ergänzt werden und ist auch interessant in Verbindung mitjedem anderen Antriebsmotor, wobei für Tauchkolbenmotoren eine Ausgleichswelle 181 nötig sein düfte.
Anderseits bieten Automobile etwa gemäss Fig 20 und 21 mit Pendelkolben-Schiebermotoren stets eine optimale Gewichtsverteilung mit genügender Belastung der Vorderräder (keine Servolenkung erforderlich) und guter-Belastung der hinteren Antriebsräder.
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PATENT CLAIMS
1. Pendulum piston machine as a motor, compressor or pump, with at least one cylinder in which a shirtless pendulum piston runs, which is rigidly connected to a connecting rod articulated on a crank or eccentric shaft, the cylinder having a square, rectangular, round or oval cross section and essentially is curved in accordance with the stroke and pendulum movement of the piston rim, characterized in that the pendulum piston is guided in the curved cylinder under variable prestress, which is essentially due to the inertia of at least one liquid column (19, 64, 124) or at least one movable actuating mass (145, 161) in the area of the upper piston dead center and by means of a check valve (22, 125) or
is essentially maintained by a hydraulic system with a check valve (148, 163) arranged under the actuating mass (145, 161).
2nd Pendulum piston machine according to claim 1, characterized in that the piston edge carries flexible pressure hoses (16, 62) filled with liquid at least in the region of the curved cylinder wall, which are connected to the liquid column (19, 64).
3rd Pendulum piston machine according to claim 1, characterized in that the piston rim carries flexible pressure hoses (16, 62) filled with liquid at least in the area of the curved cylinder wall, which are connected to a pocket (160) arranged above the movable actuating mass (161).
4th Pendulum piston machine according to claim 2 or 3, characterized in that the flexible pressure hoses (16, 62) are arranged behind at least one piston guide and sealing element (15, 49) and are covered by a separating plate (32, 60) on which a first sealing element ( 13,66) is slidably mounted.
5. Pendulum piston machine according to claim 1, characterized in that the piston edge carries guide and sealing elements (111) at least in the region of the curved cylinder wall, which are preferably actuated by means of tappets (121) with an inclined end by at least one hydraulic piston (123) which is adapted to the pressure of the Liquid column (124) is exposed.
6. Pendulum piston machine according to claim 1, characterized in that the actuating mass (145) slides in a guide (149) and has an oblique end, which is preferably by a plunger (121) on a guide and sealing element arranged at least in the region of the curved cylinder wall in the piston rim (111) works
7. Pendulum piston machine according to claim 1, characterized in that the pendulum piston together with all elements of the piston guide is screwed to the connecting rod so that it can be removed.
8th. Pendulum piston machine according to claim 1, as a four-stroke internal combustion engine, characterized in that the curved cylinder (47) has a rectangular cross-section (40) with the long side parallel to the crankshaft, this engine hanging or standing, parallel valves (41,42) or an elongated Roller valve and preferably an additional crank chamber pump (45,67).
9. Pendulum piston machine according to claim 1, characterized in that the crankshaft has an encapsulated pressure oil lubrication with sealing elements (93.95, 96) with respect to the connecting rod and sealing elements (101) with respect to the crankcase.
10th Use of the pendulum piston machine according to claim 1 as a motor in a vehicle with a driven and sprung rear axle, the motor with the transmission being installed transversely to the direction of travel in front of the rear axle and with cylinders lying, characterized in that a transmission (175) is provided at the end of the transmission transversely arranged PTO shaft (176) is driven, which drives the axis (178) via a spur gear pair (177).
The invention relates to a pendulum piston machine as a motor, compressor or pump, with at least one cylinder in which a shirtless pendulum piston runs, which is rigidly connected to a connecting rod articulated on a crankshaft or eccentric shaft, the cylinder being square, rectangular, round or has an oval cross-section and is curved in accordance with the stroke and pendulum movement of the piston rim.
Such pendulum piston machines are for example from the U. S. A. - Patent No. 3,697,150. They are characterized by the shirtless piston rigidly connected to the connecting rod, without piston pin, which runs in a short, curved cylinder. Due to the pendulum movement of the piston, the gas force always acts in the direction of the longitudinal axis of the connecting rod, which means that no side component of this force and thus no resulting piston stroke occurs, which would cause noise and wear.
The pendulum movement of the piston results in very advantageous, asymmetrical slot controls in two-stroke petrol or diesel engines; In addition, the pendulum piston moves the compressed charge from one side of the combustion chamber to the other, which promotes soft and complete combustion and low pollutant content in the exhaust gases in two- and four-stroke engines. With the short, very light pendulum pistons, the mass forces 1. and 2. Order at most half the size of a conventional engine, which makes the engine run much smoother and smaller numbers of cylinders are possible without undue vibrations. The shirtless pendulum pistons also have a low friction loss due to oil viscosity, which results in a higher mechanical efficiency and easier cold start than with conventional pistons and allows smaller starters and batteries.
Tests with pendulum piston engines on test benches and in vehicles have confirmed these facts, but have also shown that the service life of the piston guides, in particular, was not sufficient.
The invention has for its object to provide a reciprocating piston machine of the type described above, which works properly for a long time.
This object is achieved according to the invention by the features listed in the characterizing part of claim 1.
Although tests have shown that pendulum pistons in the curved cylinder can also run without pretension, the speed-dependent pretension according to the invention is necessary for perfect running. This preload should also increase essentially in square with the speed increase and absorb the wear and the thermal deformations of the pendulum piston and cylinder. This enables a backlash-free, low-friction running of the pendulum piston to be achieved under all operating conditions, as a result of which this pendulum piston machine can be used instead of all known piston machines and gives significant secondary advantages, particularly in motor vehicles.
. -The invention is explained below using some simplified, in no way optimized Ausfüh rihngsbeispiele. All examples have
same piston area and piston stroke, and their details necessary for optimal running are briefly listed below.
The drawing shows:
Fig. 1 the cross section of the central part of an engine or compressor according to the invention,
Fig. 2 its round pendulum piston in horizontal section,
Fig. 3 to 7 enlarged variants of the piston rim design in cross section,
Fig. 8 a motor or compressor with a rectangular cylinder in cross section,
Fig. 9 cylinders and pendulum pistons in horizontal section,
Fig. 10 and 11 a pendulum piston valve motor in cross and longitudinal section,
Fig. 12 shows the plan view of the rectangular cylinder with the pendulum piston in a horizontal section,
Fig. 13 and 14 a variant of this pendulum piston in half cross and longitudinal section,
Fig. 15 is an enlargement of the piston guide device from FIG. 13,
Fig. 16 to 19 enlarged variants of the piston rim design in cross section,
Fig. 20 and 21 the application of a motor approximately according to FIG.
10 to 12 in a vehicle in longitudinal section and floor plan.
Fig. 1 shows a conventional motor or compressor, which, however, is equipped with a pendulum piston 1 and a curved cylinder 2. With this 1st Generation of a pendulum piston machine, the cylinders are shortened at the bottom by 1/3 to 1/2 and are not machined in a circular cylinder, but instead are curved in accordance with the pendulum movement of the piston rim 3. This machining is more complicated, but cheaper because of the shorter cylinder length and the wider tolerances. It can be done by kinematic reversal, with the engine block swaying relative to the fixed boring tool and guided by guide curves. However, it is better to work with a fixed engine block using a special boring spindle, the tool of which can be cyclically and radially adjusted, for example by means of space cams or numerical control.
This enables the simultaneous processing of the upper and lower spouts respectively. of the cone 4, through which a pendulum piston can normally be installed and removed from below, partly without removing the crankshaft. The changeover is even easier with interchangeable liners, such as dry liners 5, wet liners or air-cooled individual cylinders, whose curved running surfaces are turned on special machines. Also cold formed resp. domed and then cast sleeves are possible and very inexpensive. If necessary, as known from conventional cylinders and Wankel trochoids, the running surfaces of the curved cylinders are coated with wear-resistant coating and ground or honed with flexible tools.
The geometric shape of the curved cylinders can be, as can be seen from the explanations for Fig. 8 shows, calculate very precisely.
The pendulum piston 1 of a gasoline engine is rigidly connected to a connecting rod 6 made of profile tube. The small wall thicknesses reduce the inertial forces 1. Order to about half that of a comparable plunger; the mass forces 2. Order is reduced even more by the long connecting rod 6 with the upper pivot point 7 just below the piston crown 8, which is extremely important for four-cylinder four-stroke in-line engines. These low inertial forces enable the use of a light connecting rod bearing cover 9 and counterweight 10. The pivot point 7 does not move on the cylinder axis, but preferably on an elongated figure eight 11. In the case of a conventional, parallel valve arrangement, the pendulum movement of the piston head 8 after top dead center results in a strong intake swirl, provided the intake comes from the right when the crankshaft runs clockwise.
This inlet swirl is superimposed on the DC transverse movement 12 of the charge, which is produced by the oscillating movement of the piston head 8 in the area of the ignition dead center, which causes a very intensive mixing of the charge. The combustion pressure is mainly sealed by the radially preloaded, radially strongly displaceable and cambered sealing ring 13, in the middle and at right angles to its sealing surface, ie always in the direction of the crank pin 14, the gas force acts. As a result, there is no significant side component of the gas force and therefore no piston blow. This fact makes it possible to dispense with a piston shirt and thus to use the pendulum piston.
Meanwhile, because of the inertia of the pendulum piston 1 and the connecting rod 6, dynamic lateral forces occur due to the pendulum movement and the trajectory curve 11, which increase in the square of the increase in speed and are zero in the stroke dead centers. The guide ring 15, which serves as a second sealing ring, has a tread that is evenly curved all around or corresponding to the pendulum movement and is supported under prestress on the base 29 of its groove in order to guide the pendulum piston 1 in the cylinder 2 without play.
This preload must be large enough to absorb the dynamic side forces mentioned and the reactions of the frictional forces superimposed on them due to the radial displacement of the sealing ring 13 and the rotation of the crank pin 14. According to the invention, the pretensioning is brought about by hydraulic means, for example by oil-filled pressure hoses 16, 16 'made of heat-resistant material, for. B. on P. T. F. E. -Base. According to Fig. 2, these pressure hoses 16, 16 'are each in the cylinder plane 2A in a bore 17 z. B.
glued and closed at the free end 18 in such a way that the counter hose 16 'is supported locally and the pressure hose 16, 16' closes the guide ring 15 gas-tight all round. The bore 17 leads to a longitudinal channel 19 in the connecting rod 6, which is formed by the tubular profile 20 shown in section, and each to a check valve 22 arranged in the connecting rod 21 and from there to a zone of the connecting rod bearing that is as pressure-relieved as possible.
This system works as follows: after the engine is started, each of the two oil columns in the longitudinal channels 19 is pressurized in the area of top dead center under the effect of their inertia, which propagates to the pressure hoses 16, 16 'and the pendulum piston 1 via the guide ring 15 biased against the cylinder. By choosing the appropriate height or on the inner surface of the guide ring 15, the biasing force can be adjusted to the dynamic side forces mentioned. The fluid pressure and thus the preload increase in square with the speed increase and thus in the same ratio as the dynamic lateral forces. As a result, the machine is not only completely fixed in terms of speed, but also operates with a minimum of friction and wear, because the preload of the pendulum piston 1 is always only as great as is necessary for perfect piston guidance.
Furthermore, this pretensioning force is independent of the wear of the guide ring 15 and the cylinder 2, because this wear is automatically readjusted by plastic deformation of the pressure hoses 16, 16 '. The dynamic fluid pressure in the pressure hoses 16, 16 ', which builds up in the area of the top dead center due to inertia forces in the longitudinal channels 19, is essentially maintained by closing check valves 22, which moreover prevent the oil from flowing back under the effect of those relatively small at bottom dead center Prevent inertial forces. The check valves 22 thus open and close in the area of the top dead center and allow the pressure compensation between the longitudinal channels 19 and the pressure hoses 16, 16 '.
The locking pins of the check valves 22 are conical and have approximately the same density as the oil, so that they open only slightly in the area of top dead center. The piston preload also automatically adjusts to a reduction in the engine speed, a soft valve spring being useful.
A radially strongly displaceable oil scraper ring 24, which has a sharp-edged edge at the bottom, is arranged in the lowermost of the three ring grooves under radial prestress.
Its effect can be achieved with curved oil gutters 25 with z. B. semicircular profile 26 of the connecting rod 6 are supported on both sides. The pendulum piston 1 requires very little lubricating oil, and its oil-wetted area is only a few percent of that of a comparable plunger. This improves the mechanical efficiency, particularly during a cold start, which allows the use of a smaller starter and a smaller battery, and also enables very low, stable idling. Oil cooling of the pendulum piston 1 through the central tube 27 of the connecting rod 6 is easily possible, if necessary with oil return.
The hydraulic piston guide described above can be simplified by separating the right pressure hose 16 from the bore 17 and connecting it to the end 18 'of the left pressure hose 16'. The connection point must have a constriction with strong throttling so that the oil cannot flow freely back and forth between the two hoses 16 and 16 ', because otherwise the piston guidance would be impaired despite sufficient pretension. Each piston half must therefore essentially have its own prestress in cylinder 2 with respect to the cylinder center plane 2A.
It is even easier to fill the right hose 16, which mainly has to absorb the above-mentioned reactions of the friction forces, with oil and to close it at both ends. This results in an asymmetrical readjustment of the wear of the guide ring 15 and cylinder, which only acts on the left side, which should normally be irrelevant. As a further simplification, the hydrodynamic oil pressure of the connecting rod bearing can also make the second nonreturn valve 22 superfluous by appropriate position of the oil inflow. This is most likely to be possible with a compressor running at constant speed and load. A continuous, throttled oil circulation can also be generated by the aforementioned hydrodynamic oil pressure of the connecting rod bearing in the two longitudinal channels 19 of the connecting rod 6 without check valves 22.
According to Fig. 3 is instead of a pressure hose 16 an elastic support ring 30 acting in the same way with z. B.
Lip seal installed behind the guide ring 15, which simplifies the oil supply and the guide ring 15 is supported when starting. However, elastomers have proven to be insufficiently heat-resistant in internal combustion engines.
Fig. 4 has, instead of the guide ring 15 with an overlapped joint, two guide rings 15a arranged one above the other, which move radially against one another during the pendulum movement. For this purpose, the bottom of the groove is semicircular and ground so that the pressure hose 16 can oscillate therein. Also three or more thin, e.g. B. Guide rings stamped from sheet metal are possible.
In the embodiment according to FIG. 5, the pressure ring 13 is arranged directly on the guide ring 15, which results in a slight radial displacement of the pressure ring 13 and works perfectly. Due to the arrangement of both rings 13 and 15 in a groove, practically the full gas pressure acts on the pressure hose 16, which, in addition, despite the insulating strip 31, is subjected to high thermal loads.
The variant according to FIG. 6, in which the pressure ring 13 is separated from the guide ring 15 by a thin, flexible separating plate 32, which can cover the entire piston surface and the advantages of the exemplary embodiment according to FIG. 5 hardly reduces. However, this embodiment requires a separate piston head 33, in the edge of which the pressure ring 13 is mounted. Preferably, a corrugated spring or the like is arranged in the interior of the pressure hoses 16, 16 ', which when starting the engine, i. H. in the absence of oil pressure, the necessary preload is effected.
As a further variant, the two-part guide ring 15b has a common crest 34, but this means that oil is conveyed very strongly upwards and therefore at least one double oil scraper ring 24 is necessary.
Pendulum piston machines of the 2nd Generation that have not been changed, but redesigned. These machines have round, oval, square or rectangular cylinders and preferably a lubrication system that eliminates the oil ring24. In the case of round cylinders, it is generally possible to machine the cylinder wall and mount the pendulum pistons from below, so that the cylinder head and cylinder can be made in one piece, possibly together with half or all of the crankcase. Such machines are, of course, very simple and light, all the more so that the thin-walled, lightweight construction is possible anyway, since the pendulum pistons run smoothly and with little vibration.
As an exemplary embodiment, FIG. 7 a round pendulum piston, which consists of the piston crown 33, the separating plate 32 and the downwardly angled supporting plate 35, which carries the guide ring 15 and the pressure hose 16. The parts 33, 32 and 35 are e.g. B. connected to each other by spot welding and glued to a conical connecting rod 36 which is favorable in terms of strength and which, for. B. made of plastic with glass fiber or carbon fiber reinforcement or magnesium. The cavity 37 can serve for oil cooling and can be connected to the pressure hose 16, the oil circuit being carried out by encapsulated pressure oil lubrication, which is shown in FIG. 10 and 11 can be seen. Such pendulum pistons and connecting rods are extremely light and therefore require a corresponding small preload in the cylinder.
Fig. 8 and 9 show a reciprocating piston engine as a motor or compressor with a rectangular cylinder 40, the aspect ratio z. B. 2: 1 and the long side of which is parallel to the crankshaft. This cylinder shape is particularly suitable for air-cooled machines with an inflow from the narrow cylinder side. B. for stationary engines or longitudinally installed motorcycle engines with cardan drive of the rear wheel and one or two cylinders in a V or boxer arrangement. It also gives large, parallel valves 41 and 42 with a central spark plug 43 and a very short connecting rod 44, which can be forked at the bottom in V-engines. In the meantime, this cylindrical shape is also favorable for valves arranged laterally standing or for a laterally arranged, elongated roller slide valve of small diameter.
The cylinder 40 together with the crankcase 45 and if possible also with the cylinder head z. B. from a light metal casting which is provided with cooling fins and is open on one side and which is closed by an end cover 46. So that the processing of the curved cylinder walls 47 and the flat rear wall 48 from the front side with flying gela milling and grinding tools is possible, the z. B. be guided by guide curves or numerical control.
Annular middle housings with end covers 46 on both sides are also possible.
The curved cylinder walls 47 are parallel curves which run at a distance 51 corresponding to the radius of the face seal 49 to an envelope 52 which pass through from the lateral ends of a 'T' with the width 53 corresponding to the theoretical piston width and the height 54 corresponding to the length of the connecting rod 44 if its lower end runs on a circle 55 with a radius 56 corresponding to half the piston stroke. The shape of the envelopes 52 was first examined empirically and then mathematically. This led to the realization that in the case of symmetrical crank drives, mathematically precise envelope curves 52 result for all ratios 53, 54 and 56 to one another.
In extreme conditions, however, these envelopes are very wavy and therefore practically unusable; in the usual geometric conditions of reciprocating piston machines, they are usually stretched and cheap. A peculiarity of the envelopes 52 is that with an enlargement of 53 at a constant 54 and 56 wavy envelopes are formed, which are stretched again at a further enlargement of 53. Assuming a symmetrical arrangement of the crank mechanism with respect to the longitudinal axis of the cylinder 40, cylinder walls 47 mathematically precisely curved result in the case of rectangular and square pendulum pistons.
In the case of round pendulum pistons, the theoretical piston width 53 of which is not constant, a compromise must be sought in which the local radial deflections and deflections of the guide ring 15, which are easily absorbed by the pressure hoses 16, are minimal. A computer program was developed for this optimization, which includes over a thousand punch cards from a mainframe.
The pendulum piston 57 with support ribs 58 is connected to the connecting rod 44 z. B. Cast in one piece in light metal, the right-hand piston crown 59 screwed or glued to the separating plate 60. The guide ring 15 must be replaced by a guide rectangle, which consists of two guide strips 49 with the tip radius 51 and two sealing strips 50 with flat or cambered tips. The strips 49 and 50 are preferably combined to form two identical angles 49/50 which, thanks to their overlapped joints and the pressure hoses 61 and 62, act as a second piston seal. When the machine runs to the right, the right pressure hose 61 is preferably filled with liquid and closed at the ends, while the left pressure hose 62 has a connection 63 which, for example, in an oblique bore of the pendulum piston 57. B. is glued in.
This connection 63 leads to a longitudinal bore 64 of the connecting rod 44, which is closed at the top by a pin and at the bottom by an elastic bladder 65 filled with gas, above which a check valve 22 with its sheet metal housing is pressed into the longitudinal bore 64. The pressure hose 62 and the longitudinal bore 64 are filled with liquid and are under slight pressure by the pressed-in elastic bladder 65, which is sufficient for starting the engine. When the machine is running, the mass inertial force acting on the liquid column of the longitudinal bore 64 in the area of the top dead center results in a pressure increase which corresponds to the pressure drop shown in FIG. 1 explained hydraulic piston guide guaranteed.
Unlike in this embodiment, however, the hydraulic system is hermetically sealed in itself and works without oil flow from the crankshaft, so that no pressure oil lubrication is necessary and no air can penetrate. In addition, the hydraulic fluid is density, boiling and freezing point, viscosity, etc. freely selectable.
To relieve the guide and sealing strips 49 and 50, laterally displaceable sealing strips 66 are arranged above them, which preferably also consist of two sealing angles that are the same and z. B. are punched out of sheet metal and have polished, rounded domes on the long side. These sealing angles must be pressed apart by suitable springs, which replace the missing internal stress of the sealing ring 13, the springs being able to be arranged in transverse grooves in the piston crown 59.
The crankcase 45 is designed as in small two-stroke engines and z. B. provided with a membrane inlet through which additional air is drawn in. This additional air is compressed in the crankcase 45 and passed into the cylinder through some overflow channels 67 arranged on the lower edge of the right cylinder wall 47. This happens in the area of the bottom dead center and according to the diagram 68.69 asymmetrically to it. In compressors, by the way with guide rails 49 z. B. on P. T. F. E. -Base and possibly without sealing strips 66 are also suitable for dry running, counterclockwise rotation can be cheaper so that less piston stroke is lost. The additional air is used to cool the connecting rod 44 and the pendulum piston 57 and to increase the performance of the machine.
With the four-stroke gasoline engine, the additional air is blown into the exhaust gases at the end of the working cycle, which enables the combustion chamber to be purged and the subsequent exhaust gases to be combusted. In addition, at the end of the intake stroke, in which a rich fuel-air mixture is supplied from the cylinder head, additional air is superimposed directly from below on the pendulum piston, which results in volumetric charging and simple charge stratification with a rich mixture in the vicinity of spark plug 43. The flow of additional air to increase performance and / or charge stratification should take place at square and round pendulum pistons at a point on the piston rim which results in optimal conditions for this.
A pendulum piston machine from 3 offers particular advantages. Generation as a two-stroke internal combustion engine according to Fig.
10 to 12. It is a pendulum-piston valve motor, which is particularly suitable for diesel operation. By utilizing all the inherent advantages of the pendulum piston, a very simple, light and compact design results.
The housing of an in-line engine consists of cylinder head 70, engine block 71 and crankcase lower part 72 in light metal or gray cast iron and is joined together with a minimum of parallel screws 73, 74. Here, too, the cylinder has a rectangular shape with an aspect ratio of 2: 1, but in contrast to Fig. 8 and 9 the long sides arranged transversely to the crankshaft 75. The curved running surfaces on the short sides of the rectangular cylinder consist of curved cylinder inserts 76 and 77, which are arranged in a prismatic opening 78. This prismatic opening is pre-cast and cleared in the engine block and can be smoothed and calibrated with a conical stamp in the case of light metal blocks. The curved, relatively thick-walled cylinder insert 76 has a friction-welded fastening bolt 79.
A thin-walled insert 77 with an angled upper edge 80, which is clamped by the cylinder head, is simpler. The curved cylinder inserts 76 and 77 can, for. B. easily manufactured, coated and ground with free tool outlet by extrusion or rolling. The coating of the cylinder inserts 76 and 77 are e.g. B. known from Wankel trochoids, but which have surfaces three times larger. The two flat cylinder walls 82 are also preferably equipped with inserts 83, which consist of flat sheets with a bent upper edge 84 and have stamped gas exchange slots 85. The edge 84 can be sealed with respect to the edge 80 by means of teeth 86 or the like and fixed until the cylinder head is tightened.
So that the thin-walled cylinder inserts 77 and 83 do not bend inward when heated, they must be biased in the opposite direction or be very flexible. All cylinder inserts 76, 77 and 83 can be replaced for easy engine revision. The very narrow cylinders result in large spaces 86 in which the exhaust manifold 87, the intake manifold 88 and the overflow troughs 89 are cast and which also allow air cooling of the engine.
The pressure oil lubrication of the crankshaft is encapsulated with respect to the crankcase, which requires sealing of the crank pin 91 and the main bearing pin 92. This sealing takes place in the crank pin 91 by thin disk springs 93, which are divided diametrically for the purpose of assembly and run on conical collars of the crank pin 91, whereby they are automatically preloaded during assembly. C-shaped steel seals 95, preferably with plastic inserts, are advantageous as variants, in particular when they are combined with the bearing shells 96. The oil backflow takes place through a number of outwardly inclined bores 98 under centrifugal force into annular spaces 99, into which the oil of the main journal 92 also flows.
The annular spaces 99 are sealed off from the crank disks 100 by sealing rings 101, which run in the annular grooves of the crank disks 100 and large bores in the engine block 71 and the crankcase lower part 72 and, for. B. consist of bent spring steel, the z. B. with P. T. F. E. is coated. The diameter of the sealing rings 101 can be considerably reduced by inward sloping oil return bores 102.
This encapsulated pressure oil lubrication of the crankshaft, together with a tight, tight-fitting crankcase, which has filler pieces if necessary, enables a simple crankcase pump, which eliminates the need for a separate supercharger. Furthermore, air cooling of the pendulum piston 105 and the connecting rod 97 is achieved and the contamination of the lubricating oil by combustion gases and soot is largely avoided, which is particularly important in the case of diesel engines. This also eliminates the very undesirable and uneconomical oil changes. Another advantage of this encapsulated pressure oil lubrication of the crankshaft is the omission of oil scraper rings, which are known to result in considerable friction and have a wide range of effects.
However, these improvements are not possible with plungers because their piston skirt has to be lubricated by the crankshaft oil.
The pendulum piston 105 and the connecting rod 97 are in one piece, for. B. cast from light metal, the connecting rod cover 104 is preferably made of steel to reduce cold shrinkage, provided the rigid crankshaft 91/92/100 does not also consist of light metal. The pendulum piston 105 has two flat, asymmetrically shaped gas slides 106 on the long sides, which simultaneously serve as edge reinforcement and are connected by one or more transverse ribs 107 to the connecting rod 97, which has a cruciform cross section 108 or H cross section. The one-piece, easy-to-cast pendulum piston-connecting rod unit is reinforced by transverse walls 109 and, thanks to its rigid construction, is also suitable for diesel operation.
For reasons of space, the flat slides 106 must immerse in recesses 110 in the crank disks 100, provided the connecting rod 97 is not extended accordingly. The pendulum piston 105 has a square circumferential groove, if necessary reinforced by inlays or coatings, in which guide strips 111 and sealing strips 112 are mounted, which can be combined to form sealing angles 111/112. Four such identical sealing angles 111/112 with a common crest 113 and offset joints result in a very simple and effective seal with four covered joints. This is very cheap in comparison to a rotary piston machine, which consists of at least fifteen partially different sealing elements with twelve open and 6 covered joints and has a 2.6-fold sealing length.
The sealing brackets 111/112 should consist of a suitable, wear-resistant material or be coated accordingly, in particular the tip 113 of the guide strips 111. Such materials are well known from plunger and rotary piston research.
The sealing strips 112 are preloaded by soft wave springs 114, while the right guide strips 111 are preferably supported by a hard wave spring 115. The opposite guide strips 111 are in turn biased by oil pressure, which increases in square with the increase in speed, but here there is a mechanical transmission. This consists of at least one crescent-shaped power distributor 120 with plunger 121, the inclined end 122 of which is in movement connection with the complementarily beveled end of a hydraulic piston 123. The small piston 123 and the plunger 121 are cylindrical and are mounted in the bores of the pendulum piston 105 with a sliding fit, and their oblique ends 122 are hardened and ground.
The small piston 123 can have sealing rings or the like and is connected to an oil column which is arranged in a longitudinal bore 124 of the connecting rod 97. This oil column is pressurized by its inertia in the area of top dead center, a check valve 125 essentially maintaining the oil pressure, as shown in FIG. 1 outlined. The lower end of the longitudinal bore 124 is connected to the pressure oil lubrication of the crank pin 91 or is shown in FIG. 8 closed.
Instead of a longitudinal bore 124, a steel tube 126 can be cast into the connecting rod 97, which restricts its thermal expansion. The cross bore of the small cup 123 is closed on the outside and has a vent 127 for the leak oil of the small cup 123 and the leak gas of the plunger 121. The parts 120 to 123 are arranged in double numbers next to each other and slightly biased by a compression spring 128.
With this hydromechanical piston guide, the preload of the pendulum piston 105 relative to the cylinder walls can be selected as desired and independently of the oil pressure by appropriately selecting the angle of the inclined ends 122. Large translations are easily possible, but the angle mentioned must not be chosen so that self-locking occurs.
As a variant, the cobs 123 can be elongated and have several bevels for actuating several plungers 121, as a result of which the force distributors 120 are superfluous.
In addition, the corrugated spring 115 can be omitted, but this results in an inelastic piston guide. This is also the case with symmetrically sloping, i.e. H. V-shaped ends 122 which actuate plunger 121 on both sides and thus adjust both guide strips 111 symmetrically.
The pendulum piston 105 is lubricated by escape oil from the encapsulated pressure oil lubrication or by a fresh oil supply 130, which is preferably arranged on the left-hand side of the cylinder, since the sealing strips 112 always move the oil from left to right when it rotates clockwise.
The pendulum piston slide motor according to Fig. Thanks to the pendulum movement of the flat slide valves 10 to 12, the inlet 131, flush 132 and outlet 133 have a highly asymmetrical control with considerable reloading and an optimal reverse flush with minimal contact area between flush 132 and outlet 133. This engine is suitable for gasoline operation with a carburetor, but low-pressure gasoline injection according to arrow 134 in the flushing flow 132 is particularly favorable thanks to the asymmetrical gas control.
Because of the moderate compression ratio and the lack of hot exhaust valves, unleaded, low octane gasoline can be used.
In the meantime, multi-fuel operation is also possible with a high compression ratio, a spherical cap-shaped combustion chamber 135, an injection nozzle 136 and a spark plug 137, for example in the arrangement shown. The injector 136 has e.g. B. three fuel jets arranged at 90 ", two of which are directed across the DC air displacement 138 and one toward the spark plug 137. Thanks to the air supply through the DC air displacement 138, which continues over the top dead center, there is a soft increase in pressure even with direct injection and thus a quiet operation of the engine. Instead of direct injection, a pre-or swirl chamber can be used, the fuel air jets of which are directed transversely to the direct current air displacement 138 and which is suitable for both diesel operation and gasoline operation with charge stratification.
Due to the non-existent hot exhaust valves and the inherent admixture of exhaust gases, this pendulum-piston valve motor offers very favorable conditions for low NOx content in the exhaust gases. In addition, the relatively hot exhaust gases, which are preferably led through port liners, facilitate the afterburning of the CH. A further reduction in pollutants and an increase in performance is possible by using a turbocharger or a pressure wave machine.
Fig. 13 to 15 show a pendulum piston 140, which is preferably forged from steel and is ribbed at the bottom, of a thermally highly loaded motor for e.g. B. Mopeds and motorcycles, the welded, e.g. B. Has flat slide punched from chrome steel 141. The connecting rod 142, which is also forged from steel, has an undivided, roller-bearing connecting rod eye 143, which is connected to a built crankshaft. The pendulum piston 140 is therefore screwed to the connecting rod 142 and can be installed and removed from above. The connecting rod 142 supports the flat slide 141 with lateral lugs 144.
The double guide strips 111 are prestressed in the cylinder by two force distributors 120 and plungers 121, in each of which an appropriate, inclined end of a vertically arranged actuating mass 145 engages in the inclined ends 122. In the area of top dead center, the inertia of the actuating mass 145 causes the necessary pretensioning of the guide strips 111, this pretension in turn, as required, automatically increasing in square to the speed increase. A retreat of the actuating mass 145 is by a z. B. from P. T. F. E. shaped, fluid-filled pocket 146 with check valve 147 and light closure ball 148 prevented.
The actuating mass 145 is guided in a vertical bore of an extension 149 of the pendulum piston 140, in which the pocket 146, which is preferably glued to the actuating mass 145, is supported, the lower extension of which forms a liquid container 150 for wear adjustment. The container 150 is under slight pressure by an elastic belt 151, which is sufficient for starting the engine. With this hydromechanical piston guide, the preload force is generated mechanically and maintained hydraulically. The hydraulic system is hermetically sealed and therefore independent of the fluid supply and can be installed and removed together with the pendulum piston. The system fluid is freely selectable.
According to the variant of Fig. 16, the guide strips 111 a do not have a common dome, so that they move relative to one another as a result of the oscillating movement of the piston 140. This mutual displacement prevents the guide strips 111 a and the sealing strips 112 from sticking in their groove and is made possible by a semi-tubular swivel element 155 which oscillates on the correspondingly shaped ends of the plunger 121 or the force distributor 120. The opposite groove of the pendulum piston 140 must have a semicircular groove base for receiving a second swivel element 155. Three guide strips 111 a are also possible, but they do not wear evenly.
This is also the case in Fig. 17, in which four guide strips 111b are arranged in a groove, the two inner ones being supported by a pivot element 155, which in turn oscillates in an outer pivot element 156 which actuates the outer guide strips.
The variant according to Fig. 18 has a guide tube 157 which is rotatably mounted in a cage 158 and is preloaded by tappets 121. The guide tube 157 rotates at least partially on the curved walls of the cylinder inserts 76, 77, as a result of which friction and wear are reduced, in particular if a compressed gas cushion is created between the guide tube 157 and the cage 158. In the case of small pendulum pistons, a guide needle can replace the guide tube 157. Analog to Fig. 16 and 17, several guide tubes 157 or Arrange guide needles one above the other. This arrangement seems e.g. B. to be possible with a large or very large diesel engine that has a cylinder and cylinder head with a square cross section with four parallel valves and operates in two-stroke or four-stroke.
Fig. 19 shows a particularly simple and versatile, hydromechanical automatic piston guide for round or square cylinders. This piston guide can be used in any of the exemplary embodiments listed and is explained below on the basis of FIGS. 2, 7 and 9.
The piston crown 33 or 59 can a sealing ring 13 or
a sealing strip 66 and a flexible partition plate 32 or 60 have. The guide ring 15 or the guide bar 49 is through the pressure hose 16 or 62 biased against the cylinder wall and z. B. a preferably cylindrical pocket 160 arranged centrally with respect to the cylinder plane 2A and is filled with liquid and closed at its ends in the region of the cylinder plane 2A. The inner diameter of the pressure hose 16 decreases towards its ends in order to reduce the hydraulic preload of the pendulum piston in the cylinder in those areas in which practically no dynamic lateral forces are to be transmitted. In an analogous manner, the pressure hose 62 has a centrally arranged pocket 160 and a small inner diameter on its short sides with closed ends.
For manufacturing reasons, it should be recommended to divide the pocket 160 transversely to the cylinder plane 2 A and with the associated approximately quarter-circular pressure hose 16 or to shape the L-shaped pressure hose 62 in plastic and to weld it after filling the liquid. The pockets 160 and thus the pressure hoses 16 or 62 are pressurized by the inertia of an actuating mass 161 in the area of top dead center, this pressure in turn increasing, as required, in a square to the speed increase. The actuating mass 161 is preferably cylindrical and has a height dependent on its density.
A retreat of the actuating mass 161 after top dead center is caused by a z. B. from P. T. F. E. shaped, filled with the actuating compound 161, preferably liquid-filled pocket 167 with check valve 163 prevented, whereby the pressure in the hoses 16 or 62 is essentially maintained. The actuating mass 161 and the pocket 167 are guided in a bore of an extension 165 of the pendulum piston 35 or 57, the pocket 167 being carried out through the lower constriction of this bore and ending in a closed liquid container 164 which serves to adjust the play. Above the constriction, the light closing pin 163 of the check valve is spring-loaded. The liquid container 164 can, for.
B. by a coil spring placed in an elongated lug 165 are placed under slight pressure sufficient to start the engine. This pressure maintenance system is again hermetically sealed in the pocket 167 and has freely selectable system fluid. One or more of these prestressing devices 160 to 167 can be arranged on the underside of a pendulum piston and can be removed after removing the piston head 33 or 59 remove together with the other wearing parts upwards. Relief of the pressure hoses 16 or 62 for easy piston installation is possible by pulling on the pocket 167. The locking pins 163, 148 and 23 should be hollow or made of porous or specifically very light material so that they float on the liquid of the check valves and thus do not open unnecessarily strongly in the area of the top dead center.
The individual features of the exemplary embodiments listed can be interchanged and the details improved without departing from the scope of this invention. The pendulum piston guide according to the invention can be used with any type and size of pendulum piston machines and may even be necessary with very small pendulum pistons of compressed air motors for hand tools or refrigerator compressors; the possible use of O-rings there to support the piston rings should not suffice for a long time because of the hardening of the elastomers and wear of the sliding parts. In contrast to this, the hydraulic or hydromechanical piston guide according to the invention has the probably unique advantage that the pretension is readjusted with every revolution of the machine, i. H. is constantly regenerated.
As a further simplification, it is possible, particularly in the case of small pendulum pistons, for the pressure hoses 16 or 61, 62 to run directly on the cylinder walls, with their outer surfaces being reinforced and coated accordingly.
Small pendulum pistons together with the connecting rod can be molded in one piece from plastic and a piston guide as shown in Fig. 8 and 9 have.
As already mentioned, for internal combustion engines, in particular diesel engines, a construction such as that shown in FIG. 10 to 12 probably the cheapest. This pendulum-piston valve motor has the same ignition interval, i. H. Concentricity like a four-stroke engine with double the number of cylinders and is extremely easy to manufacture and maintain. Its inherent, soft combustion, successive opening of the inlet and outlet, its impact-free and light pendulum pistons, the non-existent gears, camshafts and valves and its very compact and rigid engine housing should enable a really quiet engine run.
This means that it can be used as a stationary, boat or aircraft engine and as a drive for any type of motor vehicle and agricultural machine, which results in significant secondary advantages. For example, this engine can normally be installed horizontally in automobiles, which results in a luggage space above it and the engine can dodge under the floor of the car in a crash and thus does not shorten the crumple zone. When the motor runs clockwise according to Fig. 10 are the forces on the pendulum piston we know, d. H. its own weight and the reactions of the crank pin friction and off-center pressure waves are all directed to the same lower cylinder wall 76, which results in a stable condition when starting.
As a special application example, a 1200 cm3 two-cylinder engine is installed in a security car and shown in Fig. 20 and 21 shown in elevation and plan. The compactness, the low weight and the relative freedom from vibrations, noise and maintenance of this pendulum piston valve motor 170 result in an automobile concept with an underfloor mid-engine, the large passenger compartment and trunk in the front and rear with 70 cm long crumple zones with a total length of only 400 cm enables.
After the back seat 171 has been folded forward and the cover 172 has been opened, the engine 170 and its additional units 173 and its conventional automatic transmission 174 become really easily accessible, even when the vehicle is moving. At the end of the transmission there is a primary reduction 175, which drives the very compact axle drive 177 of a correspondingly light rear axle 178 via a short transverse cardan shaft 176, which is laterally guided by the transverse cardan shaft 176. By choosing the gear ratios of the side wheels 175 and 177 and the length of the trailing arms I79, the left-running transverse cardan shaft 176 has the desired anti-squat effect. For larger repairs, the engine 170 can be placed underneath and the car raised on the right, which also makes it easy to remove the engine.
A radial blower can be arranged on the free end of the crankshaft, the cooling air of which flows directly onto the hotter upper side of the cylinder. For off-road driving, a reduction 175 'and, thanks to the tire-protecting rigid axle 178, double tires 180 are possible.
Larger passenger cars, vans, buses, trucks and the like have a pendulum-piston-slide motor with three or more cylinders and, if necessary, a transverse drive shaft with constant-velocity sliding joints and a separate side guide for axis 178. The final drive according to Fig. 20 and 21 and variants can be supplemented by a semi-automatic transmission, a safety differential lock or a single-joint elastic axle according to the applicant's earlier patents and is also interesting in connection with any other drive motor, whereby a balance shaft 181 may be necessary for plunger motors.
On the other hand, automobiles, for example according to FIGS. 20 and 21, with pendulum-piston slide motors always offer an optimal weight distribution with sufficient load on the front wheels (no power steering required) and good load on the rear drive wheels.