DE102010025871A1 - Cross head, particularly for sparing four-cylinder four-stroke internal combustion engine, has two H-shaped pistons of an internal combustion engine arranged either in plane or in two mutually perpendicular planes - Google Patents

Cross head, particularly for sparing four-cylinder four-stroke internal combustion engine, has two H-shaped pistons of an internal combustion engine arranged either in plane or in two mutually perpendicular planes Download PDF

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    • F16C5/00Crossheads; Constructions of connecting-rod heads or piston-rod connections rigid with crossheads
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/16Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
    • F02B75/18Multi-cylinder engines
    • F02B75/22Multi-cylinder engines with cylinders in V, fan, or star arrangement
    • F02B75/228Multi-cylinder engines with cylinders in V, fan, or star arrangement with cylinders arranged in parallel banks

Abstract

The cross head (2) has twin four cylinders, in which four pistons are guided and connected to a main shaft. Two H-shaped pistons of an internal combustion engine are arranged either in a plane or in two mutually perpendicular planes. Parallel center lines of cylinder liners lie either in a plane or on the edges of a block.

Description

  • Stand der TechnikState of the art
  • Bei Hubkolben Motoren muss den Kolben in den Endstellungen (u. T.; o. T.), d. h. am Ende jedes Arbeitstakts, immer die gesamte kinetische Energie entzogen und anschließend wieder zugeführt werden. In der unter Aktenzeichen 10 2010 006 428.9 registrierten Patentanmeldung ist der bisherige Stand der Technik und es sind Triebwerke von Viertakt Verbrennungsmotoren beschrieben, bei denen nicht nur den Kolben, sondern weiteren Teilen ihre kinetische Energie bis zum Erreichen der Endstellungen entzogen und anschließend wieder zugeführt werden muss. Diese Energie Austauschvorgänge belasten immer mehrere Lager, und bewirken entsprechende Reibungsverluste, weil nur ein Kolben seine kinetische Energie direkt an das zu verdichtende Frischgas abgeben und anschließend vom expandierenden Abgas erhalten kann. Ein besserer Wirkungsgrad erfordert deshalb, beim Energieaustausch weniger oder gar keine Lager zu belasten.For reciprocating engines, the piston must be in the end positions (and T .; H. at the end of each working cycle, always withdrawing all the kinetic energy and then returning it. In patent application 10 2010 006 428.9 registered patent application is the prior art and there are engines of four-stroke internal combustion engines described in which not only the piston, but other parts their kinetic energy must be withdrawn until reaching the end positions and then fed again , These energy exchanges always load several bearings, and cause corresponding friction losses, because only one piston can deliver its kinetic energy directly to the fresh gas to be compressed and then obtain from the expanding exhaust gas. A better efficiency therefore requires less or no bearing during the energy exchange.
  • Die Kolben müssen translatorisch hin und her bewegt werden und sind deshalb in den Zylindern gleit gelagert. Sind sie an Kreuzköpfen (Gleitsteinen) befestigt, dann sind die Kreuzköpfe auf Gleitschienen gleit gelagert.The pistons must be moved back and forth translationally and are therefore slidably mounted in the cylinders. Are they attached to crossheads (sliding blocks), then the crossheads are slidably mounted on slide rails.
  • Das Problem Massenausgleich ist zwar auf unterschiedlichste Weise, aber nie vollständig, gelöst worden.The problem of mass balance has been solved in a variety of ways, but never completely.
  • Sinn und Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, einen Viertakt Verbrennungsmotor bekannt zu machen, der so ausgeführt ist, dass die Kolben an einem Kreuzkopf translatorisch hin und her bewegt werden. Der Kreuzkopf gleitet aber nicht auf einer Führungsschiene sondern rollt auf ihr, , oder ist mit Hilfe von zwei als Kardangetriebe ausgeführten Planetengetrieben, , bzw. einem erweiterten Kardangetriebe, , mit dem Motorgehäuse verbunden. Ein Kardangetriebe bzw. erweitertes Kardangetriebe verbindet ihn immer mit der Hauptwelle. Die mehrfach unbestimmt gestützte gleitgelagerte Kurbelwelle wird durch Mittel ersetzt, die rollen-, kugel-, wälz- oder nadelgelagert sind. Die Gleitreibung wird so durch die wesentlich geringere Rollreibung ersetzt. Die Zahl der Lager verkleinert und ihre Belastung verringert.The purpose of the present invention is to provide a four-stroke internal combustion engine, which is designed so that the pistons are translationally reciprocated on a crosshead. The crosshead does not slide on a guide rail but rolls on it, , or is with the help of two executed as Kardangetriebe planetary gears, , or an extended cardan drive, , connected to the motor housing. A cardan transmission or extended cardan drive always connects it to the main shaft. The multi-indefinitely supported sliding bearing crankshaft is replaced by means that are roller, ball, roller or needle bearings. The sliding friction is thus replaced by the much lower rolling friction. The number of bearings is reduced and their load reduced.
  • Die Zwillings Vierzylinder Bauweise mit acht Zylindern, in einer oder zwei zueinander senkrechten Ebenen, eröffnet die Möglichkeit, in zwei zur Symmetrielinie des Kreuzkopfes symmetrischen Zylindern denselben Arbeitstakt ablaufen zu lassen. Dadurch wird erreicht, dass die Wirkungslinie der Gaskräfte in allen Stellungen und Arbeitstakten immer die Symmetrielinie des Kreuzkopfes ist, auf der auch der Mittelpunkt des Verbindungsdrehgelenks liegt.The twin four-cylinder design with eight cylinders, in one or two mutually perpendicular planes, opens the possibility to run in two symmetrical to the symmetry line of the crosshead cylinders the same power stroke. This ensures that the line of action of the gas forces in all positions and power strokes is always the line of symmetry of the crosshead, on which also lies the center of the joint joint.
  • Werden zwei derartige Kreuzköpfe gleicher Masse ineinandergeschachtelt und gegensinnig bewegt, dann wird der vollständige Massenausgleich erreicht, denn der Gesamtschwerpunkt ist ein fester Punkt.If two such cross heads of the same mass are nested and moved in opposite directions, then the full mass balance is achieved because the overall center of gravity is a fixed point.
  • In ist ein Kardangetriebe mit Kette und Kettenrädern bzw. Zahnriemenscheiben und Zahnriemen (3) sinnbildlich dargestellt. Das feststehende Kettenrad (Zahnriemenscheibe) (0) hat doppelt so viele Zähne wie das umlaufende (2). Mit dem umlaufenden Rad ist ein Hebel fest verbunden. Die Koppelkurven aller Punkte dieses Hebels, deren Abstand von der Drehachse gleich der Kurbellänge ist, sind exakt gerade Strecken der vierfachen Kurbellänge. Dies gilt auch für den Mittelpunkt des Verbindungsgelenks (4).In is a Kardangetriebe with chain and sprockets or timing belt pulleys and timing belt ( 3 ) symbolically represented. The stationary sprocket (toothed pulley) ( 0 ) has twice as many teeth as the surrounding ( 2 ). With the rotating wheel, a lever is firmly connected. The coupling curves of all points of this lever whose distance from the axis of rotation is equal to the crank length are exactly straight stretches of four times the crank length. This also applies to the center of the connecting joint ( 4 ).
  • stellt sinnbildlich ein erweitertes Kardangetriebe nach dar. Mit dem an der umlaufenden Zahnriemenscheibe (2) befestigten Hebel ist im Abstand der Kurbellänge noch eine dritte als Glied (4) drehbar verbunden, die über einen weiteren Zahnriemen (3) auch noch mit der Kurbel so verbunden ist, das sie sich gegenüber dem Gestell (Motorblock) translatorisch hin und her bewegt. Die translatorische Bewegung wird erreicht, indem die Riemenscheibe (4) doppelt so viele Zähne hat wie die kurbelfeste. Die Koppelkurven aller Punkte dieses Glieds sind exakte Strecken gleicher Länge (vierfache Kurbellänge). symbolically simulates an extended cardan transmission With the on the rotating toothed belt pulley ( 2 ) lever is at the distance of the crank length still a third as a member ( 4 ) rotatably connected via a further toothed belt ( 3 ) is also connected to the crank so that it moves relative to the frame (engine block) translationally back and forth. The translatory movement is achieved by the pulley ( 4 ) has twice as many teeth as the crankset. The coupling curves of all points of this link are exact stretches of equal length (quadruple crank length).
  • Die von den Gaskräften an den sich bewegenden Kolben verrichtete mechanische Arbeit wird mit Hilfe dieser Koppelgetriebe als Drehmoment auf die Hauptwelle übertragen und kann zum Antreiben eines Automobils oder Arbeitsmaschinen verwendet werden.The mechanical work done by the gas forces on the moving pistons is transmitted to the main shaft as torque by means of these coupling gears and can be used to drive an automobile or work machines.
  • Vorteile:Advantages:
    • 1. Der Kreuzkopf, also alle sich wechselsinnig bewegenden Teile, gibt in beiden Endstellungen (o. T. und u. T.) seine gesamte kinetische Energie direkt an das zu verdichtende Frischgas ab ohne ein Lager zu belasten. Der Energieaustausch erfolgt mit geringst möglichen Reibungsverlusten.1. The crosshead, ie all parts moving in the opposite direction, releases its entire kinetic energy directly into the fresh gas to be compressed without stressing a bearing in both end positions (above T. and below). The energy exchange takes place with the least possible friction losses.
    • 2. Die mechanische Arbeit der Kräfte des expandierenden Gases ändert teilweise direkt die kinetische Energie des Kreuzkopfes, also aller sich wechselsinnig bewegenden Teile. Die Lager von Hauptwelle und Koppelgetriebe sind entlastet.2. The mechanical work of the forces of the expanding gas partly directly changes the kinetic energy of the crosshead, that is, all parts moving in the same direction. The bearings of main shaft and coupling gear are relieved.
    • 3. Die Kräfte des zu verdichtenden und expandierenden Gases haben immer dieselbe Wirkungslinie. Es treten keine Drehmomente auf.3. The forces of the gas to be compressed and expanding always have the same line of action. There are no torques.
    • 4. Die Kolben stützen sich nicht mehr an der Zylinderwand ab d. h. die bisher durch das Gleiten der Kolben an der Zylinderwand verursachten Reibverluste entfallen.4. The pistons are no longer supported on the cylinder wall d. H. the previously caused by the sliding of the piston on the cylinder wall friction losses omitted.
    • 5. Weil der Anlagewechsel der Kolben entfällt können die Zylinderlaufbüchsen keramisiert werden. Die Energieverluste durch Wärmeleitung sind kleiner.5. Because the system change of the piston is eliminated, the cylinder liners can be ceramized. The energy losses due to heat conduction are smaller.
    • 6. Ein Kolbenring genügt, den Brennraum abzudichten. Reibungsverluste sind geringer.6. A piston ring is sufficient to seal the combustion chamber. Frictional losses are lower.
    • 7. Die Bauweise erfordert die geringste Zahl von Kugel-, Rollen-, Wälz- oder Nadellagern.7. The design requires the least number of ball, roller, roller or needle bearings.
    • 8. Die Motoren benötigen keine Umlaufschmierung mehr.8. The motors no longer need circulation lubrication.
    • 9. Die Kühlung der Zylinderlaufbuchsen mit einem besonderen Kühlmittel kann entfallen.9. The cooling of the cylinder liners with a special coolant can be omitted.
    • 10. Das beliebig große Hub/Bohrungsverhältnis eröffnet die Möglichkeit, nur einen Teil der Zylinderfüllung so hoch zu verdichten, dass jeder Treibstoff sicher zündet. Damit besteht die Chance, das Abgas weiter zu entspannen und abzukühlen. Ergibt geringere Abgasverluste.10. The arbitrarily large stroke / bore ratio opens the possibility to compress only a portion of the cylinder filling so high that each fuel safely ignites. This gives the opportunity to further relax and cool the exhaust gas. Results in lower exhaust gas losses.

Claims (9)

  1. Kreuzkopf eines besonders sparsamen Vierzylinder Viertakt Verbrennungsmotors in Doppel H Form mit acht Kolben, Zwillings Vierzylinder, der mit Mitteln der Patentansprüche 3, bis 5 gerade geführt und mit der Hauptwelle verbunden ist. Die beiden H können entweder in einer Ebene oder in zwei aufeinander senkrechten Ebenen angeordnet sein. Die parallelen Mittellinien der Zylinderlaufbüchsen liegen entweder in einer Ebene oder auf den Kanten eines Quaders. In den inneren und äußeren bzw. den diagonal gegenüberliegenden Zylindern laufen dieselben Takte des Arbeitsprozesses ab.Crosshead of a particularly economical four-cylinder four-stroke internal combustion engine in double H form with eight pistons, twin four-cylinder, which is guided by means of claims 3, to 5 straight and connected to the main shaft. The two H can be arranged either in one plane or in two mutually perpendicular planes. The parallel center lines of the cylinder liners lie either in one plane or on the edges of a cuboid. In the inner and outer or the diagonally opposite cylinders run the same cycles of the working process.
  2. Kreuzkopf eines besonders sparsamen Vierzylinder Viertakt Verbrennungsmotors in H Form mit vier Kolben, der mit Mitteln der Patentansprüche 3, bis 5 gerade geführt und mit der Hauptwelle verbunden ist.Crosshead of a particularly economical four-cylinder four-stroke internal combustion engine in H form with four pistons, which is guided by means of the claims 3, to 5 straight and connected to the main shaft.
  3. An parallelen Führungsebenen laufende Führungsrollen, welche den Kreuzkopf nach Patentanspruch 1 bzw. 2 gerade führen. Die Rollen können entweder am Kreuzkopf oder am Motorgehäuse befestigt sein.On parallel guide planes running guide rollers which lead the crosshead according to claim 1 or 2 straight. The rollers can either be attached to the crosshead or to the motor housing.
  4. An Stelle der in Patentanspruch 3 genannten Rollen können auch in Nuten laufende Kugeln den Kreuzkopf gerade führen.Instead of the roles mentioned in claim 3, even in grooves running balls can lead the crosshead straight.
  5. Zwei mit der Hauptwelle verbundene Kardangetriebe führen den Kreuzkopf nach Patentanspruch 1 und 2 gerade.Two connected to the main shaft cardan lead the crosshead according to claim 1 and 2 straight.
  6. Erweitertes Kardangetriebe so ausgeführt, dass um eine gestellfeste Zahnriemenscheibe an einer Kurbel eine zweite Zahnriemenscheibe wie ein Planet kreist. Die gestellfeste Zahnriemenscheibe hat doppelt so viele Zähne wie die bewegte. Mit der bewegten Zahnriemenscheibe ist ein Hebel fest verbunden. Mit diesem Hebel ist eine dritte Zahnriemenscheibe drehbar verbunden, die über einen zweiten Zahnriemen noch an eine kurbelfeste Zahnriemenscheibe gebunden ist. Die mit dem Hebel im Abstand der Kurbellänge drehbar verbundene dritte Zahnriemenscheibe hat doppelt so viele Zähne wie die kurbelfeste. Unter den genannten Bedingungen wird die Drehbewegung der Kurbel in eine exakt translatorische Hin- und Herbewegung der dritten Zahnriemenscheibe umgewandelt.Extended cardan drive designed so that a second toothed belt pulley revolves like a planet around a frame-fixed toothed belt pulley on a crank. The fixed frame pulley has twice as many teeth as the moving one. A lever is firmly connected to the moving toothed belt pulley. With this lever, a third toothed belt pulley is rotatably connected, which is still tied to a crank-toothed pulley via a second toothed belt. The third toothed pulley rotatably connected with the lever at the distance of the crank length has twice as many teeth as the crank-proof one. Under the conditions mentioned, the rotational movement of the crank is converted into an exactly translational reciprocating movement of the third toothed belt pulley.
  7. Der Kreuzkopf nach Patentanspruch 1 bzw. 2 ist das gerade geführte Glied eines mit der Hauptwelle verbundenen erweiterten Kardangetriebes nach Patentanspruch 6.The crosshead according to claim 1 or 2 is the straight-guided member of an associated with the main shaft extended Kardangetriebes according to claim 6.
  8. Die Zahnriemenscheiben in Patentanspruch 6 sind Kettenräder und die Zahnriemen GelenkkettenThe timing pulleys in claim 6 are sprockets and the timing belt link chains
  9. Mit Hilfe von zwei ineinander geschachtelter sich gegensinnig bewegender Kreuzköpfe gleicher Masse wird der Gesamtschwerpunkt des Triebwerks gehäusefest gemacht und so der volle Massenausgleich erreicht.With the help of two nested cross-heads of the same mass moving in opposite directions, the overall center of gravity of the engine is fixed to the housing, thus achieving full mass balance.
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