DE1089589B

DE1089589B - Internal combustion engine with a swash plate drive

Info

Publication number: DE1089589B
Application number: DESCH26710A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Rene Feiss
Original assignee: Schweizerische Lokomotiv und Maschinenfabrik AG (SLM)
Current assignee: Schweizerische Lokomotiv und Maschinenfabrik AG (SLM)
Priority date: 1959-09-03
Filing date: 1959-09-17
Publication date: 1960-09-22

Description

Brennkraftmaschine mit Taumelsch ehbentriebwerk Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, bei der die auf die Arbeitskolben wirkenden Antriebskräfte durch ein gemeinsames Taumelscheibentriebwerk in ein abtriebsseitiges Drehmoment verwandelt werden.Internal combustion engine with a reciprocating reciprocating engine The invention relates to an internal combustion engine in which the driving forces acting on the working pistons through a common swash plate drive into a torque on the output side be transformed.

Bei bekannten Brennkraftmaschinen dieser Gattung wirken die Arbeitskolben im allgemeinen unmittelbar auf die Taumelscheibe oder die Taumelscheiben. Bei Anwendung dieser Maschinenart für größere Leistungen entsteht aber der Nachteil, daß die Taumelscheiben sehr groß gebaut werden müssen und daß dennoch die Pla.tzverhältnisse und die Zugänglichkeit zu den einzelnen Zylindern unbefriedigend werden. Ferner bedingt diese rein mechanische übertragutig der Arbeitskräfte, daß die Zylinder in jedem Fall parallel zu der Taumelscheibenhauptachse angeordnet werden müssen, was unter Umständen unerwünscht ist. Ferner wird bei dieser Anordnung das Hängenbleiben eines Kolbens (Kolbenfresser) sehr schwerwiegende Folgen auf den Übertragungsinechanismus haben.In known internal combustion engines of this type, the working pistons act generally directly on the swash plate or swash plates. When applied However, this type of machine for greater performance has the disadvantage that the swash plates must be built very large and that still the space and accessibility to the individual cylinders become unsatisfactory. Furthermore, this is purely mechanical Transferable of the workforce that the cylinders are always parallel to the main axis of the swash plate must be arranged, which may be undesirable. Furthermore, this Arrangement, the sticking of a piston (piston seizure) has very serious consequences have on the transmission mechanism.

Mit der Erfindung wird bezweckt, diese Nachteile zu vermeiden. Erfindungsgemäß sind deshalb die Arbeitskolben an ihren äußeren Enden mit dem Kolben eines Flüssigkeits-Primärzylinders verbunden, der über eine Flüssigkeitssäule mit einein Sekundärzviinder zur Betätigung der Taumelscheibe kommuniziert, so daß die Kräfte der Arbeitskolben hydrostatisch auf die Taumelscheibe übertragen werden.The invention aims to avoid these disadvantages. According to the invention are therefore the working pistons at their outer ends with the piston of a liquid primary cylinder connected, which is connected via a liquid column with a secondary viinder for actuation the swash plate communicates so that the forces of the working pistons are hydrostatic be transmitted to the swash plate.

Bei einer Brennkraftmaschine mit Kohlenstaubfeuerung ist zwar schon vorgeschlagen worden, die Kraftübertragung auf das übliche Kurbeltriebwerk hydrostatisch vorzunehmen. Dabei handelt es sich aber lediglich um die Lösung eines Schmier- und Verschleißproblems des hin- und hergehenden Arbeitskolbens, wozu der Arbeitskolben unmittelbar durch die Flüssigkeit beaufschlagt ist.In an internal combustion engine with pulverized coal combustion, it is it has been proposed that the power transmission to the usual crank mechanism be hydrostatic to undertake. However, this is only a matter of the solution of a lubricant and Wear problem of the reciprocating working piston, including the working piston is acted upon directly by the liquid.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine Zylindereinheit mit Taumelscheibentriebwerk im Mittellängsschnitt, Fig. 2 eine mögliche Gruppierung von mehreren Zylindereinheiten um die Taumelscheibenwelle in Stirnansicht.An exemplary embodiment of the subject matter of the invention is shown in the drawing. 1 shows a cylinder unit with a swash plate drive in a central longitudinal section, and FIG. 2 shows a possible grouping of several cylinder units around the swash plate shaft in an end view.

In Fig. 1 ist einfachheitshalber nur die eine Hälfte einer Zylindereinheit und deren Kraftübertragung dargestellt, wobei spiegelsymmetrisch zur vertikalen Achse 0 die zweite Hälfte zu denken ist.For the sake of simplicity, FIG. 1 shows only one half of a cylinder unit and its power transmission, the second half being thought of as mirror-symmetrical to the vertical axis 0.

Die Brennluft tritt durch die Einlaßschlitze 1 in den Zylinder 2 ein und die Abgase treten durch die spiegelsymmetrisch gelegenen Auslaßschlitze aus dem Zylinder. Die Brennluft kann z. B. durch ein nicht gezeichnetes, yorn Motor selbst angetriebenes Kapselgebläse zum Zylinder gefördert oder durch ein vom Motor unabhängiges Abgasturbogebläse in bekannter Weise vorverdichtet oder nachverdichtet werden, wobei unter Umständen Zwischenkühler zur Anwendung gelangen können. Der im Verbrennungszylinder 2 arbeitende, in der äußeren Totpunktlage dargestellte Kolben 3 ist mit einer Kolbenstange 4 verbunden, die an ihrem anderen Ende den Hydraulik-Pritnärkolben 5 trägt. Der Hydraulik-Primärzylinder 6 ist über die in der Bohrung 7 liegende Flüssigkeitssäule mit dem Hydraulik-Sekundärzylinder 8 verbunden und betätigt dadurch den Hydraulik-Sekundärkolben 9. Letzterer arbeitet über das Pleuel 10 auf den im Prinzip einteiligen Gleitring 11, welcher durch den Lenker 12 am Mitdrehen mit der Taumelscheibe 13 gehindert wird. Die kugeligen Enden 14 der Pleuel 10 greifen in, Pfannen 15 und werden von diesen teilweise umschlossen. Durch diese Anordnung ist der Sekundärkolben 9 zwangsweise mit dem Gleitring 11 verbunden, Die Schrnierung des Triebwerk-Sekundärteiles erfolgt durch Drucköl, das durch die Öffnung 16 in den Sekundärzylinder 8 eintritt und über die Kolbenbohrung 17 in die Pleuelbohrung 18 und von da in die Olspalte der Gleitringlaufflächen 19 bzw. 20 gelangt. Die Gleitflächen 19 bzw. 20 sind mit keilförmigen Öl- taschen 21 bzw. 22 versehen. Dasselbe gilt für die kugeligen Gleitflächen der Pleuelköpfe.The combustion air enters the cylinder 2 through the inlet slots 1 and the exhaust gases exit the cylinder through the mirror-symmetrical outlet slots. The combustion air can, for. B. promoted by a not shown, yorn engine self-propelled capsule fan to the cylinder or pre-compressed or recompressed by an engine independent exhaust gas turbo fan in a known manner, intercoolers may be used. The piston 3 working in the combustion cylinder 2 and shown in the outer dead center position is connected to a piston rod 4 which carries the hydraulic primary piston 5 at its other end. The hydraulic primary cylinder 6 is connected via the in-bore 7 column of liquid with the hydraulic secondary cylinder 8 and actuated by the hydraulic secondary piston 9. The latter works on the connecting rod 10 on the one-piece, in principle, sliding ring 11, which through the link 12 on Rotation with the swash plate 13 is prevented. The spherical ends 14 of the connecting rods 10 engage in pans 15 and are partially enclosed by them. Through this arrangement, the secondary piston 9 is forcibly connected to the sliding ring 11. The engine secondary part is tightened by pressurized oil, which enters the secondary cylinder 8 through the opening 16 and via the piston bore 17 into the connecting rod bore 18 and from there into the oil column of the Sliding ring running surfaces 19 and 20 respectively. The sliding surfaces 19 and 20 are provided with wedge-shaped oil pockets 21 and 22, respectively. The same applies to the spherical sliding surfaces of the connecting rod ends.

Zur Entlastung der Gleitscheiben zwischen den Taumelsrheibentriebwerksteilen 9 und 10 bzw. 10 und 11 bzw. 11 und 13 kann der Druck der durch die Öffnung 16 eintretenden Schmierflüssigkeit verhältnisgleich dem Aufladegrad des Brennkraftzylinders in an sich be-Izannter Wrise geregelt werden. Eitle weitergehende Entlastung ist ferner möglich durch den Einbau einer Drosselstelle in den Kanal 17, wobei der Querschnitt dieser Drosselstelle in an sich ebenfalls bekannter Weise im Rhythmus und verhältnisgleich zu den Druckschwankungen im Hvdrauliksysteni zu verändern wären. Damit der dleitring 11 stets auf der Stirnseite auf der Taunielscheibe 13 anliegt, ist er mit einem Bund 23 versehen, welcher von dein mit der Taumelscheibe verschraubten Ring 24 umschlossen wird.To relieve the sliding disks between the swash plate engine parts 9 and 10 or 10 and 11 or 11 and 13 , the pressure of the lubricating fluid entering through the opening 16 can be regulated in a per se known sense in proportion to the degree of charge of the internal combustion cylinder. Eitle further relief is also possible by installing a throttle point in the channel 17, the cross section of this throttle point would have to be changed in a manner also known per se in rhythm and in proportion to the pressure fluctuations in the hydraulic system. So that the sliding ring 11 always rests on the front side on the Tauniel disk 13 , it is provided with a collar 23 which is enclosed by your ring 24 screwed to the swashplate.

Bei arbeitender Maschine wird der Kolben 3 während des ganzen Arbeitsspieles einen positiven Druck auf die Flüssigkeitssäule im Kanal 7 ausüben. Um aber insbesondere beim Schalten des Triebwerkes von Hand und beim Anlassen einen eindeutigen Druck auf die besagte Flüssigkeitssäule zu erhalten, ist der Primärkolben 5 mit einer sogenannten »Totstufe« versehen, die dadurch zustande kommt, daß auf der hydraulisch passiven Seite des Kolbens ein Zylinder 28 vorgesehen ist, der durch die Öffnung 29 mit Luft von angenähert konstantem Druck beaufschlagt wird. Diese unter relativ hohem Druck stehende Luft muß nicht notwendigerweise dauernd auf der Totstufe lasten, sondern kann im Betrieb, z. B. nach dem Anlaßvorgang, abgeschaltet werden, worauf die Totstufe mit, der umgebenden Atmosphäre verbunden ist.When the machine is working, the piston 3 will exert a positive pressure on the liquid column in the channel 7 during the entire working cycle. However, in order to obtain a clear pressure on the said liquid column, especially when switching the engine by hand and when starting, the primary piston 5 is provided with a so-called "dead stage" is provided, which is acted upon through the opening 29 with air of approximately constant pressure. This air under relatively high pressure does not necessarily have to constantly weigh on the dead stage, but can be used in operation, for. B. after the starting process, are switched off, whereupon the dead stage is connected to the surrounding atmosphere.

Zur genauen Synchronisierung des Primärkolbens 5 mit dem Sekundärkolben 9 ist eine zusätzliche hydraulisch-mechanische Einrichtung vorgesehen, durch welche auch die Kompressibilität und die Leckverluste der eingeschlossenen Übertragungsflüssigkeit kompensiert werden. Die Einrichtung weist einen hohlgebohrten Steuerschieber 30 auf, der über die Laschen 31 bzw. 32 und den Hebel 33 mit dem Sekundärkolben 9 kraftschlüssig verbunden ist. Der Drehpunkt 34 ist derart gewählt (ähnliches Gelenkvieleck), daß der Steuerschieber 30 genau den gleichen Hub hat wie der unbelastete Kolben 5. Der Steuerkolben 30 ist von einer einseitig geschlossenen Steuerbüchse 35 unigeben, die in der Verlängerung 36 des Kolbens 5 gleiten kann und durch die vorgespannte Druckfeder 37 in dieser im Anschlag gehalten wird.For the exact synchronization of the primary piston 5 with the secondary piston 9 , an additional hydraulic-mechanical device is provided, by means of which the compressibility and the leakage losses of the enclosed transmission fluid are also compensated. The device has a hollow control slide 30 which is connected to the secondary piston 9 in a non-positive manner via the tabs 31 or 32 and the lever 33. The fulcrum 34 is chosen (similar polygon) that the control slide 30 has exactly the same stroke as the unloaded piston 5. The control piston 30 is uneven from a control sleeve 35 closed on one side, which can slide in the extension 36 of the piston 5 and through the pretensioned compression spring 37 is held in this in the stop.

Drucköl betritt durch den Kanal 38 den Synchronisierzylinder 39 und gelangt über die Öffnung 40 in den Hohlraum 41. Will nun der Kolben 5 bei einem Arbeitshub gegenüber dem Steuerkolben 30 voreilen, so tritt eine kleine Menge Drucköl durch die Öffnung 42 in den Primärzylinder 6; das Umgekehrte tritt ein, wenn durch Leckverluste das ein-eschlossene Volumen der Übertragungsflüssigkeit kleiner geworden ist. Damit nun aber ein Nachspeisen von Drucköl infolge der Kompressibilität der Übertragungsflüssigkeit unterbleibt, ist die Charakteristik der Feder 37 derart bemessen, daß das durch die Bohrting 43 in den Zy- linder 44 eintretende Öl die Steuerbüchse 35 gerade um so viel nach rechts verschiebt, daß die öffnung 42 verschlossen bleibt, Hierbei sorgt die Dämpferbohrung 45 in der Schubstange 4 dafür, daß eine >überregulierung« unterbleibt. Eilt anderseits der Kolben 5 .#7 "enüber dem Steuerschieber 30 nach, so strömt 01 .3et, aus dem. Zylinder 6 über die öffnung 42 in den Hohlraum 46 und von dort durch die Bohrung 47 im Steuerschieber 30 nach außen, und zwar so lange, bis die öffnung 42 wieder geschlossen ist und der Kolben 5 wiederum die richtige Lage einnimmt.Pressurized oil enters the synchronizing cylinder 39 through the channel 38 and enters the cavity 41 via the opening 40. If the piston 5 now wants to lead the control piston 30 on a working stroke, a small amount of pressurized oil passes through the opening 42 into the primary cylinder 6; the opposite occurs when the enclosed volume of the transmission fluid has become smaller due to leakage losses. However, so that there is no replenishment of pressure oil due to the compressibility of the transmission fluid, the characteristics of the spring 37 are dimensioned such that the oil entering the cylinder 44 through the boring 43 moves the control sleeve 35 to the right just enough that the Opening 42 remains closed. Here, the damper bore 45 in the push rod 4 ensures that there is no "overregulation". Approaches the other hand, the piston 5. # 7 "enüber the spool 30 to such flows 01 .3et, from the. Cylinder 6 via the opening 42 into the cavity 46 and from there through the bore 47 in the control slide 30 to the outside, and in such a long until the opening 42 is closed again and the piston 5 again assumes the correct position.

An der höchsten Stelle 48 ist das hydrauliche System dauernd entlüftet. Ferner ist zum Schutze des Taumelscheibentriebwerks in der Leitung 7 ein Überdruckventil 49 angebracht, dessen Abflußöffnung von außen sichtbar oder als Geber für das automatische Entlasten eines angefressenen Arbeitszylinders 8 ausgebildet ist. Die Entlastung des Zylinders kann dadurch erfolgen, daß dem betreffenden Motorzvlinder die Brennstoffzufuhr unterbunden wird. Als zusätzliche Maßnahme kann auch die Übertragungsflüssigkeit durch das offen gehaltene Sicherheitsventil abgelassen werden und gleichzeitig die Nachspeisung 38 durch Z> zi einen Schieber 50 unterbunden werden, was zur Stillegung des betreffenden Arbeitskolbens führt. Gemäß Fig. 2 ist die Anordnung der einzelnen Zylindereinheiten und Kraftübertragungselemente so getroffen, daß die Taumelscheibe 13 wie auch das Zahnrad 52 längs der vertikalen Bildachse nach oben oder unten ausgebaut werden können.At the highest point 48, the hydraulic system is continuously vented. Furthermore, in order to protect the swash plate drive, a pressure relief valve 49 is fitted in the line 7 , the discharge opening of which is visible from the outside or is designed as a transmitter for the automatic relief of a seized working cylinder 8 . The cylinder can be relieved of pressure by cutting off the fuel supply to the relevant motor cylinder. As an additional measure, the transfer fluid can also be drained through the safety valve that is kept open and at the same time the make-up 38 through Z> zi a slide 50 can be prevented, which leads to the shutdown of the working piston in question. According to FIG. 2, the arrangement of the individual cylinder units and force transmission elements is made so that the swash plate 13 as well as the gear 52 can be expanded up or down along the vertical axis of the image.

Die Abführung des an der Taumelscheibe entstehenden Drehmamentes kann z. B. über die Taumelscheibeilwelle 53 oder über Zahnräder 54, 52 und die Welle 55 erfolgen. Von der Welle 53 aus werden mit Vorteil der Regler und die Brennstoffeinspritzpumpen sowie die vom Motor verwendeten Hilfsmaschinen angetrieben, während die Lagerung der Welle 53 sowohl auf der Innenseite der beiden Taumelscheiben 13 bei 56 oder auf deren Außenseite bei 57 erfolgen kann.The removal of the torque generated on the swash plate can, for. B. via the swash plate shaft 53 or via gears 54, 52 and the shaft 55 . From the shaft 53 of the regulator and the fuel injection pump and the auxiliary equipment used by the engine are driven with advantage, while the mounting of the shaft can be carried out 53 both on the inner side of the swash plate 13 at 56 or on the outside thereof at the 57th

Der Abtrieb über die Welle 55 wird insbesondere bei Schiffsantriebsaggregaten gewählt werden, wo die Propellerwelle langsamer läuft als die Taumelscheibenwelle. In diesem Fall wird man mit Vorteil die Taunielscheibe 13 mit einem Schwungrad in Verbindung bringen.The output via the shaft 55 is selected in particular in the case of marine propulsion units, where the propeller shaft runs more slowly than the swash plate shaft. In this case, the Tauniel disk 13 will advantageously be connected to a flywheel.

Claims

PATENTANel> RüCHE. 1. Internal combustion engine in which the driving forces acting on the working pistons are converted into a torque on the output side by a common swash plate engine, characterized in that the working pistons (3) are connected at their outer ends to the piston (5) of a liquid primary cylinder (6) which communicates via a liquid column with a secondary cylinder (8) for actuating the swash plate (13) so that the forces of the working piston (3) are hydrostatically transferred to the swash plate (13) .

2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that are that the primary and S ekundärkolben interconnected by a split in the theoretical stroke ratio lever (33), wherein the one lever end on a longitudinally displaceable in the respective pistons, an opening of the liquid column (42) The steady control slide (30) is articulated, which allows a certain amount of liquid to flow in or out of the liquid column in the unsynchronized transmission state. 3. Internal combustion engine according to claims 1 and 2, characterized in that the control piston (30) is surrounded by a control sleeve (35) which is closed on the side of the primary piston (5) and which can slide in an extension of the primary piston (5) and through a pretensioned compression spring (37) is held in the stop. 4. Internal combustion engine according to claims 1 and 2, characterized in that a cylinder (28) is provided on the hydraulically passive side of the primary piston (5) , which can be acted upon with compressed air through an opening (29). Documents considered: German Patent No. 749 363; USA. Pat. No. 2,635,484.