DE19600953A1 - Vorrichtung zur Umwandlung einer kreisförmigen Bewegung in eine Hin- und Herbewegung und umgekehrt - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Um­ wandlung einer kreisförmigen Bewegung in eine Hin- und Herbe­ wegung und umgekehrt. Eine Anwendung dient zur Umwandlung der Hin- und Herbewegung beispielsweise eines Kolbens eines Vier­ takt-Hubkolbenmotors in die Drehbewegung einer Kurbelwelle.

In Fig. 24 ist ein Zylinderabschnitt eines herkömmlichen Vier­ takt-Hubkolbenmotors dargestellt. Gemäß dem Aufbau dieses Mo­ tor ist eine Pleuelstange 4 als Verbindung zwischen einem Kol­ ben 2 und einer Kurbelwelle 3 vorgesehen, um die Hin- und Her­ bewegung des sich im Zylinder 1 auf- und abbewegenden Kolbens 2 in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umzusetzen. In dieser Figur bezeichnet die Bezugsziffer 5 eine Kühlerplatte.

Ein bekannter Faktor, der eine Steigerung des Ausgangswir­ kungsgrads eines Viertakt-Hubkolbenmotors dieses Typs verhin­ dert, ist ein seitlicher Schub, der unnötigerweise vom Kolben 2 erzeugt wird. Dieser seitliche Schub läßt sich nicht vermei­ den, da der Kolben 2 und die Kurbelwelle 3 über die Pleuel­ stange 4 miteinander verbunden sind. Insbesondere läßt sich nicht die gesamte mechanische Energie vom Kolben 2 an die Kur­ belwelle 3 übertragen, da Reibungswärme durch den seitlichen Schub während des Verlaufs der Hin- und Herbewegung des Kol­ bens 2 erzeugt wird. Aufgrund des Faktors seines seitlichen Schubs werden auch Schwingungen und Stöße auf den Kolben 2 übertragen.

Auf diese Weise wird die Pleuelstange herkömmlicherweise zur Umwandlung einer linearen Bewegung in eine drehende Bewegung verwendet. Da jedoch der Kolben bei Bewegung der Kurbelwelle vibriert, tritt zwischen dem Kolben und dem Zylinder, bei­ spielsweise in einem Viertakt-Hubkolbenmotor, seitlicher Schub auf. Aufgrund eines somit durch den seitlichen Schub bedingten Energieverlusts muß die Leerlaufdrehzahl des Motors auf ca. 1000 Umdrehungen pro Minute erhöht werden, was zu einem Pro­ blem des Kraftstoffverbrauchs führt.

Der seitliche Schub verursacht nicht nur einen Energieverlust, sondern auch Risse, Teilbrüche und dergleichen im Kolben, ver­ ursacht durch eine Kollision des Kolbens mit der Innenwand des Zylinders. Um derartige Beschädigungen zu verhindern, muß der Kolben aus einem schweren, festen Metall hergestellt sein und folglich ist es nicht möglich, das Gewicht des Kolbens durch Herstellung des Kolbens aus beispielsweise einem keramischen Werkstoff zu verringern.

In Fig. 5 ist ein Verhältnis zwischen einer Kolbenposition in einem Zylinder und einem Motordrehwinkel in einem herkömmli­ chen Viertakt-Hubkolbenmotor dargestellt. In Fig. 5 ist ein idealer Hub eines Kolbens in einem Zylinder durch eine durch­ gezogene Linie dargestellt. Verglichen mit diesem Hub bewegt sich ein Kolben eines herkömmlichen Hubkolbenmotors so, wie es durch eine gestrichelte Linie in der Figur angedeutet ist, was zeigt, daß bei einem Kompressionsverlaufs des Kolbens von 0° auf 180° eine druckerhöhende Geschwindigkeit eines Kraftstoff­ gases später erreicht wird als eine ideale Geschwindigkeit, während bei einem Verlauf (des Kolbens) von 180° auf 360° eine Verringerung des Drucks des Kraftstoffgases früher erreicht wird als die ideale Geschwindigkeit. Wenn zum Beispiel die Zündung bei einer 160°-Stellung (des Kolbens) erfolgt, ist das Kompressionsverhältnis eines Kraftstoffgases eines herkömmli­ chen Motors geringer als das ideale Kompressionsverhältnis (was als spätes Ansteigen eines Kolbens bezeichnet wird) und daher verringert sich folglich ein Expansionsdruck. Des weite­ ren verringert sich beim Expansionsvorgang der Druck des Ver­ brennungsgases früher als der ideale Druck (was als frühes Abfallen des Kraftstoffkolbens bezeichnet wird), und der durch Verbrennung des Kraftstoffgases erzeugte Druck läßt sich nicht in ausreichendem Maße in eine mechanische Energie umwandeln.

Fig. 6 zeigt eine Kurve, die ein Verhältnis als Wirkungsgrad der Umwandlung zwischen einem Gasvolumen V (m³) in einem Zylin­ der und einem Gasdruck MPa (in Mega-Pascal) für den Fall, daß eine Verbrennungsenergie in eine mechanische Energie umgewan­ delt wird, darstellt. In dieser Figur ist ein Energie-Wir­ kungsgrad eines herkömmlichen Hubkolbenmotors durch eine ge­ strichelte Linie und derjenige der vorliegenden Erfindung durch eine durchgezogene Linie dargestellt.

Das späte Ansteigen und frühe Abfallen eines Kolbens, was ei­ nen Wärme-Wirkungsgrad eines Hubkolbenmotors verringern, wer­ den als Subtraktionsbewegung bezeichnet. Insbesondere bei Schiffsmotoren ist die Pleuelstange so lange wie möglich aus­ gelegt, um die Subtraktionsbewegung zu eliminieren. Als Folge hiervon haben diese Motoren bisweilen eine Höhe von 15 m.

Fig. 7 ist eine Darstellung, in der der Betrieb des Kolbens 2, der Pleuelstange 4 und der Kurbelwelle 3 aus Fig. 24 analy­ siert werden, wobei s den Hub des Kolbens 2, L die Länge der Pleuelstange 4, r den Drehungsradius der Kurbelwelle 3, α ei­ nen Winkel zwischen der Pleuelstange 4 und einer Linie, die die Mittelpunkte des Kolbens 2 und der Kurbelwelle 3 mitein­ ander verbindet, und Θ einen Drehungswinkel der Kurbelwelle 3 bezeichnet.

Der Hub eines Kolbens eines herkömmlichen Motors läßt sich durch nachstehende Gleichung ausdrücken:

s = r(1 - cosΘ) + L(1 - cosα) L·sinα = r·sinΘ

Diese Gleichung wird wie folgt hergeleitet:

s = r(1 - cosΘ) + L(1 - (1 - r**2sin**2Θ/L**2)**0,5) . . . (1)

wobei **2 ein Quadrat und **0,5 eine Quadratwurzel bezeichnen.

Wie aus der Gleichung (1) zu sehen ist, enthält der Hub s des Kolbens einen Term des 0,5ten Grades im Drehungswinkel Θ der Kurbelwelle 3. Daher hat der Hub s des Kolbens nicht die Form einer idealen Sinuswelle.

Des weiteren wird in einem herkömmlichen Motor ein Schwungrad und Gegengewicht für eine Kurbelwelle zum Glätten von Schwin­ gungen aufgrund der Motordrehung verwendet. Diese Bauelemente absorbieren jedoch einen gewissen Betrag der vom Motor während der Motorbeschleunigung erzeugten Energie und die auf diese Weise absorbierte Energie wird dann während des Bremsvorganges zur Verzögerung des Motors als verschwendete thermische Ener­ gie aufgebraucht.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Umwandlung einer kreisförmigen Bewegung in eine Hin- und Herbewegung und umgekehrt zur Verfügung zu stellen, die in der Lage ist, einen bei der Umwandlung der Hin- und Herbewegung des Kolbens beispielsweise eines Zwei- oder Viertakt-Hubkolbenmotors entstehenden Energieverlust zu verringern, und wobei der Kolben aus einem keramischen Werk­ stoff hergestellt sein kann, um das Gewicht des Motors zu re­ duzieren.

Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Vorrichtung zur Umwandlung einer kreisförmigen Bewegung in eine Hin- und Herbewegung und umgekehrt folgendes: Ein Hebel­ glied mit einem ersten Führungsglied, welches an einem Ende des Hebelglieds vorgesehen ist und als Kraft- oder als Wirk­ punkt fungiert, einem zweiten Führungsglied, welches an einem anderen Ende des Hebelglieds vorgesehen ist und als bewegli­ cher Hebeldrehpunkt fungiert, wobei das Hebelglied einen Punkt hat, der als Wirk- oder als Kraftpunkt fungiert und drehbar und axial an einem Punkt auf einer Linie angeordnet ist, die ein Drehzentrum eines Drehglieds mit seinem Umfang verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß ein sich hin- und herbewegendes Element mit dem ersten Führungsglied verbunden ist und daß das erste und das zweite Führungsglied ein Stützelement aufweisen, um den Kraft- oder Wirkpunkt und den beweglichen Hebeldreh­ punkt so zu lagern, daß der Kraft- oder Wirkpunkt und der be­ wegliche Hebeldrehpunkt in Längsrichtung des Hebelgliedes be­ wegt werden können.

Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Umwandlung einer kreisförmigen Bewegung in eine Hin- und Herbewegung und umgekehrt bereitgestellt, die folgendes umfaßt: Ein Hebelglied mit einem ersten Führungs­ glied, welches an einem Ende des Hebelglieds vorgesehen ist und als Kraft- oder als Wirkpunkt fungiert, einem zweiten Füh­ rungsglied, welches an einem anderen Ende des Hebelglieds vor­ gesehen ist und als beweglicher Hebeldrehpunkt fungiert, wobei das Hebelglied einen Punkt hat, der als Wirk- oder als Kraft­ punkt fungiert und drehbar und axial an einem Punkt auf einer Linie angeordnet ist, die ein Drehzentrum eines Drehglieds mit seinem Umfang verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Führungsglied ein Stützelement aufweisen, um den Kraft- oder Wirkpunkt und den beweglichen Hebeldrehpunkt so beweglich zu lagern, daß der Kraft- oder Wirkpunkt und der bewegliche Hebeldrehpunkt in Längsrichtung des Hebelgliedes bewegt werden können.

Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Umwandlung einer kreisförmigen Bewegung in eine Hin- und Herbewegung und umgekehrt bereitgestellt, die folgendes umfaßt: Ein Drehglied, ein Hebelglied mit einem er­ sten Führungsglied, welches an einem Ende des Hebelglieds vor­ gesehen ist und als Kraft- oder als Wirkpunkt fungiert, einem zweiten Führungsglied, welches an einem anderen Ende des He­ belglieds vorgesehen ist und als beweglicher Hebeldrehpunkt fungiert, wobei das Hebelglied einen Punkt hat, der als Wirk- oder als Kraftpunkt fungiert und drehbar und axial auf einer Linie angeordnet ist, die ein Drehzentrum des Drehglieds mit seinem Umfang verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Führungsglied ein Stützelement aufweisen, um den Kraft- oder Wirkpunkt und den beweglichen Hebeldrehpunkt so beweglich zu lagern, daß der Kraft- oder Wirkpunkt und der bewegliche Hebeldrehpunkt in Längsrichtung des Hebelgliedes bewegt werden können.

Gemäß einem noch weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Umwandlung einer kreisförmigen Bewe­ gung in eine Hin- und Herbewegung und umgekehrt bereitge­ stellt, die folgendes umfaßt: Ein Hebelglied mit einem ersten Führungsglied, welches an einem Ende des Hebelglieds vorgese­ hen ist und als Kraftpunkt fungiert, einem zweiten Führungs­ glied, welches an einem anderen Ende des Hebelglieds vorgese­ hen ist und als beweglicher Hebeldrehpunkt fungiert, wobei das Hebelglied einen Punkt hat, der als Wirkpunkt fungiert und drehbar und axial auf einer Linie angeordnet ist, die ein Drehzentrum eines Drehglieds mit seinem Umfang verbindet; und einem Drehmotor mit einer Ausgangswelle, die mit dem Kraft­ punkt verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Führungsglied mit einem Hin- und Herbewegungsglied verbunden ist, um ein hin- und herbewegtes Glied zu ergeben, und daß das erste und das zweite Führungsglied ein Stützelement aufweisen, um den Wirkpunkt und den beweglichen Hebeldrehpunkt so beweg­ lich zu lagern, daß der Wirkpunkt und der bewegliche Hebel­ drehpunkt in Längsrichtung des Hebelgliedes bewegt werden kön­ nen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Umwandlung einer kreisförmigen Bewegung in eine Hin- und Herbewegung und umgekehrt bereitgestellt, die folgendes umfaßt: Ein Hebelglied mit einem ersten Führungs­ glied, welches an einem Ende des Hebelglieds vorgesehen ist und als Kraft- oder Wirkpunkt fungiert, einem zweiten Füh­ rungsglied, welches an einem anderen Ende des Hebelglieds vor­ gesehen ist und als beweglicher Hebeldrehpunkt fungiert, wobei das Hebelglied einen Zwischenpunkt hat, der als Wirkpunkt fun­ giert und drehbar und axial auf einer Linie angeordnet ist, die ein Drehzentrum eines Drehglieds mit seinem Umfang verbin­ det, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Führungsglied mit einem Kolben eines Hubkolbenmotors mit Zylinder verbunden ist, daß der Kolben beweglich im Zylinder enthalten ist, daß der Zylinder an seinen Enden mit einer Gaseinlaßeinheit bzw. einer Gasauslaßeinheit versehen ist, und daß das erste und das zwei­ te Führungsglied ein Stützelement aufweisen, um den Kraftpunkt und den beweglichen Hebeldrehpunkt so beweglich zu lagern, daß der Kraftpunkt und der bewegliche Hebeldrehpunkt in Längsrich­ tung des Hebelgliedes bewegt werden können.

In der vorliegenden Erfindung ist ein erstes Führungsglied an einem Ende eines Hebelglieds mit einem Zwischenpunkt vorgese­ hen, welcher drehbar und axial auf einer Linie befestigt ist, die ein Drehzentrum eines Drehglieds mit seinem Umfang verbin­ det. Ein zweites Führungsglied, das als beweglicher Hebeldreh­ punkt fungiert, ist an einem anderen Ende des Hebelglieds vor­ gesehen. Das erste Führungsglied ist mit einem Hin- und Herbe­ wegungsglied verbunden. Das Hebelglied ist am Kraft- oder am Wirkpunkt und dem beweglichen Hebeldrehpunkt über das erste und das zweite Führungsglied derart gelagert, daß das Hebel­ glied in seiner Längsrichtung bewegt werden kann.

Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung sind in der fol­ genden Beschreibung der Zeichnung ausgeführt und ergeben sich zum Teil offensichtlich aus der Beschreibung oder im Rahmen einer praktischen Umsetzung der Erfindung. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung lassen sich durch die Vorrichtungen und Kombinationen, die in den nachstehenden Ansprüchen besonders hervorgehoben sind, realisieren und erreichen.

In den beigefügten Zeichnungen, die einen Teil dieser Schrift darstellen, sind zum gegenwärtigen Zeitpunkt bevorzugte Aus­ führungsformen der Erfindung dargestellt, und dienen zusammen mit der voranstehenden allgemeinen Beschreibung und der nach­ stehenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausfüh­ rungsformen der Erläuterung der Prinzipien der Erfindung.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht, die einen Teil-Querschnitt eines Aufbaus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 2 eine Darstellung einer Ortskurve oder einer Be­ triebskurve zur Verdeutlichung des Betriebs entspre­ chender Teile der in Fig. 1 dargestellten Ausfüh­ rungsform;

Fig. 3 eine Darstellung von Betriebskurven zur Verdeutli­ chung des Betriebs entsprechender Teile einer Modi­ fikation der in Fig. 1 dargestellten Ausführungs­ form;

Fig. 4 eine Darstellung von Betriebskurven zur Verdeutli­ chung des Betriebs entsprechender Teile einer weite­ ren Modifikation der in Fig. 1 dargestellten Ausfüh­ rungsform;

Fig. 5 eine Kurve, die ein Verhältnis einer Kolbenposition und eines Drehungswinkels einer Kurbelwelle gemäß der Ausführungsform aus Fig. 1 im Vergleich zu einem herkömmlichen Beispiel darstellt;

Fig. 6 eine Kurve, die ein Verhältnis zwischen einem Gasvo­ lumen und einem Druck in einem Zylinder gemäß der Ausführungsform nach Fig. 1 im Vergleich zu einer herkömmlichen Vorrichtung darstellt;

Fig. 7 ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen einem Kol­ ben, einer Pleuelstange und einer Kurbelwelle in einem herkömmlichen Hubkolbenmotor darstellt;

Fig. 8 ein Diagramm, das einen Kolben, eine Hebelvorrich­ tung des Typs mit beweglichem äußeren Hebeldrehpunkt und eine Kurbelwelle in der Ausführungsform aus Fig. 1 darstellt;

Fig. 9 eine Tabelle, in der die Charakteristiken eines her­ kömmlichen Hubkolbenmotors, diejenigen eines Motor mit Z-Mechanimus des Typs mit beweglichem inneren Hebeldrehpunkt einer früheren Anmeldung und diejeni­ gen eines Motors mit Z-Mechanismus des Typs mit be­ weglichem äußeren Hebeldrehpunkt gemäß vorliegender Erfindung miteinander verglichen werden;

Fig. 10 eine Vorderansicht, die einen Querschnitt eines Mo­ tors mit Z-Mechanismus des Typs mit beweglichem äu­ ßeren Hebeldrehpunkt gemäß einer weiteren Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 11 eine Draufsicht, die einen Querschnitt des Motors mit Z-Mechanismus des Typs mit beweglichem äußeren Hebeldrehpunkt gemäß der Ausführungsform aus Fig. 10 darstellt;

Fig. 12 eine Seitenansicht, die einen Querschnitt des Motors mit Z-Mechanismus des Typs mit beweglichem äußeren Hebeldrehpunkt gemäß der Ausführungsform aus Fig. 10 darstellt;

Fig. 13 eine Vorderansicht, die einen Querschnitt des Motors mit Z-Mechanismus des Typs mit beweglichem äußeren Hebeldrehpunkt gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 14 eine Draufsicht, die einen Querschnitt des Motors mit Z-Mechanismus des Typs mit beweglichem äußeren Hebeldrehpunkt gemäß der Ausführungsform aus Fig. 13 darstellt;

Fig. 15 eine Seitenansicht, die einen Querschnitt des Motors mit Z-Mechanismus des Typs mit beweglichem äußeren Hebeldrehpunkt gemäß der Ausführungsform aus Fig. 13 darstellt;

Fig. 16 eine Vorderansicht, die einen Querschnitt eines Mo­ tors mit Z-Mechanismus des Typs mit beweglichem äu­ ßeren Hebeldrehpunkt gemäß einer weiteren Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 17 eine Vorderansicht, die einen Querschnitt einer praktisch umgesetzten Form der Ausführungsform aus Fig. 10 darstellt;

Fig. 18 eine Vorderansicht, die einen Querschnitt eines Mo­ tors mit Z-Mechanismus des Typs mit beweglichem äu­ ßeren Hebeldrehpunkt gemäß einer weiteren Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 19 eine Seitenansicht, die einen Querschnitt eines Mo­ tors mit Z-Mechanismus des Typs mit beweglichem äu­ ßeren Hebeldrehpunkt gemäß der Ausführungsform aus Fig. 18 darstellt;

Fig. 20 eine perspektivische Ansicht, die einen Motor mit Z- Mechanismus des Typs mit beweglichem äußeren Hebel­ drehpunkt gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 21 eine Ansicht, die schematisch einen Aufbau eines Mo­ tors mit Z-Mechanismus des Typs mit beweglichem äu­ ßeren Hebeldrehpunkt gemäß einer weiteren Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 22 eine Ansicht, die schematisch einen Aufbau eines Mo­ tors mit Z-Mechanismus des Typs mit beweglichem äu­ ßeren Hebeldrehpunkt gemäß einer weiteren Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 23A und 23B Ansichten, die schematisch einen Aufbau einer Flug­ vorrichtung darstellen, die unter Verwendung einer Vorrichtung zur Umwandlung einer kreisförmigen Bewe­ gung in eine Hin- und Herbewegung und umgekehrt ge­ mäß vorliegender Erfindung gebildet ist; und

Fig. 24 eine Ansicht, die schematisch einen herkömmlichen Hubkolbenmotor darstellt.

Nachstehend sind im einzelnen Ausführungsformen der vorliegen­ den Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrie­ ben.

Fig. 1 ist eine Querschnittsdarstellung, die den gesamten Auf­ bau einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese Ausführungsform ist ein Viertakt-Motor mit einem Aufbau, in dem ein säulenförmiger Kolben 12 in einem Zylinder 11 in horizontaler Position eingesetzt ist, und vertikal einander gegenüberliegende Wandoberflächenelemente 13 und 14 in einem Kerbenabschnitt in einer mittleren Position des Kolbens 12 ausgebildet sind. Zylinderköpfe 11A und 11B sind jeweils an beiden Enden des Zylinders 11 vorgesehen, und der Zylinder 11 ist mit einer Zündkerze und Einlaß- und Auslaßventilen verse­ hen, die in der Figur nicht dargestellt sind. Nicht darge­ stellte Kolbenringe sind an einer äußeren Wand in der Nähe beider Enden des Kolbens 12 vorgesehen, wodurch eine Abdich­ tung zwischen der Innenwand des Zylinders und dem Kolben 12 sichergestellt wird.

Eine Drehrolle 17 ist zwischen den sich vertikal gegenüberlie­ genden Wandoberflächen der Elemente 13 und 14 eingefügt, und die Rolle 17 hat einen Durchmesser, der im wesentlichen gleich der Entfernung zwischen den Wandoberflächen der Elemente 13 und 14 ist. Die Rolle 17 ist drehbar durch ein oberes Ende eines Hebelgliedes 18 gelagert, das als Kraftpunkt dieses Gliedes 18 fungiert und zwischen den Wandoberflächen der Ele­ mente 13 und 14 nach unten ragt. Die Wandoberflächen der Ele­ mente 13 und 14 dienen als Kraftpunkt-Führungsglieder, um den Kraftpunkt des Hebelglieds 18 durch die Rolle 17 derart zu halten, daß der Kraftpunkt in Längsrichtung des Hebelglieds 18 frei bewegt werden kann.

Der Zylinder 11 ist an seinem unteren Abschnitt durch ein Paar Stützrahmen 15 und 16 gelagert. Führungsplatten 19 und 20 sind auf innen einander gegenüberliegenden Wandoberflächen dieser Stützrahmen 15 und 16 unter Zwischenfügung von Abstandselemen­ ten 15a und 16a angebracht. Eine drehbar an einem unteren Ende des Hebelglieds 18 gelagerte Drehrolle 21 ist zwischen den Führungsplatten 19 und 20 eingesetzt. Das untere Ende des He­ belglieds 18 dient als Hebeldrehpunkt und ist derart zwischen den Führungsplatten 19 und 20 gelagert, daß sich der Hebel­ drehpunkt frei in Längsrichtung des Hebelglieds 18 bewegen kann. Daher wird dieser Hebeldrehpunkt als beweglicher Hebel­ drehpunkt bezeichnet und die Führungsplatten 19 und 20 werden als Führungsglied des beweglichen Hebeldrehpunkts bezeichnet.

Ein Zwischenpunkt des Hebelglieds 18 ist als Wirkpunkt drehbar mit einer Kurbelwelle 22 verbunden. Wenn das obere Ende des Hebelglieds 18 durch den Kolben nach rechts bzw. links getrie­ ben wird, wird daher das Hebelglied 18 um den Mittelpunkt der Rolle 21, der als Hebeldrehpunkt dient, im Uhrzeigersinn bzw. entgegen den Uhrzeigersinn gedreht. In diesem Zustand führen die Rollen 17 bzw. 21 das Hebelglied 18 in dessen Längsrich­ tung zwischen den Führungselementen 13 und 14 und zwischen den Führungsplatten 19 und 20, um die Kurbelwelle 22 drehen zu lassen. Als Ergebnis wird das obere Ende des Hebelglieds 18 durch eine lineare Hin- und Herbewegung des Kolbens 12 durch die Rolle 17 in Schwingungen versetzt, und diese Hin- und Her­ bewegung wird von der Kurbelwelle 22 mit perfekter Glättung in eine Drehbewegung umgesetzt.

Insbesondere wird ein seitlicher Schub, der zwischen dem Kol­ ben 12 und der Innenwand des Zylinders 11 durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens 12 nach rechts bzw. links erzeugt wird, durch Drehung einer jeden der Rollen 17 und 21 absor­ biert, und durch den seitlichen Schub verursachte mechanische Verluste sind äußerst gering.

Bei einem Motor gemäß dieser Ausführungsform ist es möglich, eine stabile Drehung der Kurbelwelle 22 mit einer geringeren Drehzahl von 100 Drehungen pro Minute oder weniger auf recht­ zuerhalten, während gleichzeitig die Kurbelwelle 22 weder mit einem Gegengewicht noch mit einem Schwungrad versehen sein muß. Daher treten während der Beschleunigung oder Verzögerung keine Energieverluste auf, wenn der Motor in einem Kraftfahr­ zeug eingebaut ist, und die Effizienz der axialen Ausgangslei­ stung wird somit erheblich verbessert.

In den Fig. 2, 3 bzw. 4 sind Ortskurven der Bewegung des Drehzentrums 17c der Drehrolle 17 als Kraftpunkt des Hebel­ glieds 18, des Drehzentrums 21c der Drehrolle 21 als Hebel­ drehpunkt und eines Verbindungspunkts 22c der Kurbelwelle 22 als Wirkpunkt in der Ausführungsform aus Fig. 1 dargestellt. In den Fig. 2 und 4 sind Beispiele gezeigt, in denen das Ver­ hältnis des Abstands zwischen dem Hebeldrehpunkt 21c und dem Kraftpunkt 17c zum Abstand zwischen dem Hebeldrehpunkt 21c und dem Wirkpunkt 22c 2 : 1 beträgt. In Fig. 3 ist ein Beispiel ge­ zeigt, in dem das Verhältnis des Abstands zwischen dem Hebel­ drehpunkt 21c und dem Kraftpunkt 17c zum Abstand zwischen dem Hebeldrehpunkt 21c und dem Wirkpunkt 22c 4 : 1 beträgt. Wie die­ sen Darstellungen zu entnehmen ist, bewegt sich der Wirkpunkt 22c auf einem absoluten Kreis entsprechend einer abgeplatteten kreisförmigen Bewegung des Kraftpunkts 17c, während der beweg­ liche Hebeldrehpunkt 21c eine lineare Hin- und Herbewegung entlang de Längsrichtung des Hebelglieds 18 ausführt.

In Fig. 5 ist eine Kurve gezeigt, in der eine durchgezogene oder ununterbrochene Linie ein Verhältnis zwischen dem Kolben­ hub und dem Drehwinkel des Motors in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform darstellt. Dieses durch die durchgezogene Li­ nie dargestellte Verhältnis bildet eine absolute Sinuskurve. Daher befindet sich der Kolben an einem Zündungspunkt während seines Verdichtungsverlaufs von 0° auf 180° in einer idealen Kolbenposition, so daß die Zündung mit einem ausreichend ver­ dichteten Kraftstoffgas ausgeführt wird, wodurch ein maximale Verbrennungsdruck entsteht. Andererseits wird während des Aus­ dehnungsverlaufs im Anschluß an die 180°-Stellung ein schnel­ ler Hub des Kolbens 12 verhindert, so daß der Verbrennungs­ druck mit höchsten Wirkungsgrad an den Kolben 12 übertragen und effizient in mechanische Energie umgewandelt wird. Dieser Zustand ist auch durch eine ununterbrochene Linie in Fig. 6 dargestellt. Dieser Figur ist offensichtlich zu entnehmen, daß der maximale Verbrennungsdruck erzeugt wird, da in der vorlie­ genden Erfindung die Zündung mit einem ausreichend verdichte­ ten Kraftstoffgas erfolgt, im Vergleich zu einem Stand der Technik, der durch gestrichelte Linien dargestellt ist.

Als nächstes werden unter Bezugnahme auf Fig. 8 die Phasen näher erläutert, in denen sich der Kolben 12 der in Fig. 1 ge­ zeigten Ausführungsform bewegt, wobei seine Hübe eine absolute Sinuskurve bilden.

Fig. 8 erleichtert eine Analyse des in Fig. 1 gezeigten Be­ triebs des Kolbens 12, des Hebelglieds 18 und der Kurbelwelle 22. In Fig. 8 ist ein Hub in Längsrichtung des Hebelglieds 18 mit x bezeichnet, ein Hub des Kolbens 12 innerhalb des Zylin­ ders 11 ist mit y bezeichnet, L1 stellt den Abstand zwischen dem Wirkpunkt 22c und dem Drehzentrum 21c der Drehrolle 21 als beweglichem Hebeldrehpunkt des Hebelglieds 18 dar, L2 bezeich­ net einen Abstand zwischen dem Kraftpunkt 17c und dem mit der Kurbelwelle 22 verbundenen Wirkpunkt 22c, r stellt einen Dreh­ radius der Kurbelwelle 22 dar, α bezeichnet einen Winkel zwi­ schen dem Hebelglied 18 und der Kurbelwelle 22, und Θ stellt einen Drehwinkel der Kurbelwelle 22 dar.

Genauer gesagt läßt sich der Hub y des Kolbens 12 der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform durch die folgende Gleichung ausdrücken:

y = L1sinα . . . (2)

Hier liegt die folgende Gleichung vor:

rsinΘ = (L1 - L2)sinα

Daher ergibt sich folgende Gleichung:

sinα = rsinΘ/(L1 - L2) . . . (3)

Die Gleichung (3) wird wie folgt in die Gleichung (2) einge­ setzt:

y = L1{r/(L1 - L2)}sinΘ

Der Hub des Kolbens 12 läßt sich entsprechend wie folgt aus­ drücken:

y = {L1/(L1 - L2)}rsinΘ . . . (4)

Wie aus Gleichung (4) offensichtlich hervorgeht, ist diese Gleichung nur durch lineare Terme von 6 ausgedrückt, und bil­ det daher eine absolute Sinuskurve, wie durch die durchgezoge­ ne Linie in Fig. 5 dargestellt. Somit ist der Hub des Kolbens 12 ein idealer, so daß eine im Inneren des Zylinders 11 er­ zeugte Wärmeenergie wirkungsvoll in Form von mechanischer Energie aus diesem abgeführt wird. Wird ferner ein weiterer Motor mit demselben Aufbau, wie in Fig. 1 gezeigt, mit der Kurbelwelle 22 mit einem Phasenunterschied von 180° verbunden und zwei Kolben unter Beibehaltung des Phasenunterschieds von 180° angetrieben und verschoben, dann heben sich die von den Kolben erzeugten Schwingungen auf und die Motoren können daher eine geräuscharme Motoreinheit bilden.

Fig. 9 ist eine Tabelle, in der die Motorcharakteristiken von Vierzylindermotoren mit 2000 CC und 4000 CC, in denen jeweils ein Hebelglied mit einem äußeren Hebeldrehpunkt, das unter Anwendung der vorliegenden Erfindung gebildet wurde, als Me­ chanismus zur Übertragung von Kraft vom Kolben an die Kurbel­ welle verwendet wird, mit den Motorcharakteristiken eines Mo­ tors mit einer herkömmlichen Pleuelstange und denjenigen eines Motors, bei dem als Kraftübertragungsmechanismus ein Hebel­ glied verwendet wird, das mit einem inneren Hebeldrehpunkt gemäß einer früheren Anmeldung desselben Erfinders (nämlich der japanischen Patentanmeldung Nr. 6-49506, deren Priorität für die deutsche Patentanmeldung P 44 16 989 in Anspruch ge­ nommen wurde) verglichen werden. Es ist zu beachten, daß Daten in der Tabelle Charakteristiken unter der Bedingung sind, daß jeder Motor einen Hub von 86 mm und einen (Zylinder-)Bohrungs­ durchmesser von 86 mm hat und mit einer Drehzahl von 3000 Um­ drehungen pro Minute arbeitet. Zur Vereinfachung der nachste­ henden Erläuterung werden die Motoren mit dem oben genannten Hebelmechanismus als Motor mit Z-Mechanismus des Typs mit in­ nerem Hebeldrehpunkt und Motoren mit Z-Mechanismus des Typs mit äußerem Hebeldrehpunkt bezeichnet.

Wie aus Fig. 9 zu erkennen ist, erreicht ein Leistungsverlust aufgrund von seitlichem Schub der Kolben in einem herkömmli­ chen Motor ca. 19% der angegebenen Leistung, während derjeni­ ge des Z-Motors des Typs mit innerem Hebeldrehpunkt der vor­ hergehenden Anmeldung ca. 8,6% beträgt, was ein auf ungefähr die Hälfte des Leistungsverlusts des herkömmlichen Motors ver­ ringerter Wert ist. Bei dem Z-Motor des Typs mit äußerem He­ beldrehpunkt gemäß vorliegender Erfindung ist der Leistungs­ verlust bemerkenswert gering, d. h. 2,7%. Der Begriff "indi­ zierte Leistung" bezeichnet eine Arbeitslast, die durch Sub­ traktion eines Ausstoßverlusts und eine Wärmeverlusts von ei­ ner Verbrennungsleistung bestimmt wird. Da bei dem Z-Motor des Typs mit äußerem Hebeldrehpunkt gemäß vorliegender Erfindung die Verschiebung des Kraftpunktes, durch den der Kolben zu seiner Bewegung angetrieben wird, während der Bewegung des Kolbens klein ist, ist das Moment, durch das der Kolben ge­ dreht wird, klein, und der Reibungskoeffizient ist klein, so daß der seitliche Schub auf einen sehr kleinen Betrag verrin­ gert wird.

Wie es sich ebenfalls aus der obersten Spalte von Fig. 9 er­ gibt, ist die indizierte Leistung des herkömmlichen Motors kleiner als diejenige der Z-Motoren des Typs mit innerem und des Typs mit äußerem Hebeldrehpunkt, aufgrund "eines späten Ansteigens und frühen Abfallens" des Kolbens, wie bereits vor­ anstehend erläutert.

Eine Arbeitslast mit seitlichem Schub bedeutet einen Ausgleich zwischen jeweiligen Kolben und ergibt sich durch Integration einer seitlichen Schubkraft von 0° bis 720° und durch Multi­ plikation der integrierten seitlichen Schubkraft mit einem Reibungskoeffizienten. Die Bedingungen werden wie folgt be­ stimmt:

Reibungskoeffizienten:
herkömmlicher Motor . . . 0,366
Z-Motor mit innerem Lagerpunkt . . . 0,340
Z-Motor mit äußerem Lagerpunkt . . . 0,166.

Die Reibungskoeffizienten werden auf der Grundlage einschlägi­ ger Maschinenbau-Handbücher ermittelt. Obwohl diese Reibungs­ koeffizienten in Abhängigkeit von den Oberflächendrucken der Kolben auf die Zylinderinnenwand schwanken, können die oben genannten Koeffizienten bestimmt werden, da bei einem herkömm­ lichen Motor ein Kolben eine Zylinderwand normalerweise mit einem durchschnittlichen Druck von ca. 30,2 kg/cm² beauf­ schlagt; bei einem Z-Motor des Typs mit innerem Hebeldrehpunkt beträgt dieser Durchschnittsdruck ca. 18,9 kg/cm² und bei einem Z-Motor mit äußerem Hebeldrehpunkt beträgt dieser Durch­ schnittsdruck ca. 7,1 kg/cm².

Ferner tritt bei einem herkömmlichen Motor aufgrund der be­ reits erwähnten Verwendung eines Schwungrads und Gegengewichts ein Gesamtverlust von ca. 2% auf, während bei einem Motor mit einem Hebelglied als beweglichem Kraftübertragungsmechanismus kein derartiger Verlust entsteht.

Bei einem herkömmlichen Motor liegt eine in der Figur gezeigte Arbeitslast normalerweise bei ca. 38% der gesamten Wärmeer­ zeugungs-Arbeitslast eines Kraftstoffs. Durch Berechnungen ergibt sich, daß dies einem Wert von 80,17 PS entspricht, wie in Fig. 9 gezeigt. Eine wirkungsvolle Arbeitslast (d. h. eine axiale Arbeitslast) wird erhalten, indem ein mechanischer Ver­ lust von der in der Figur angegebenen Arbeitslast subtrahiert wird. Wenn die durch einen seitlichen Schub bedingte Arbeits­ last auf einen Wert von 85% eines mechanischen Verlusts ge­ schätzt wird, beträgt der mechanische Verlust 17,25 PS. Dieser mechanische Verlust wird von der in der Figur angegebenen Ar­ beitslast abgezogen, woraus sich eine effektive Arbeitslast von 62,7 PS berechnet. Die Berechnung erfolgt unter der Annah­ me, daß der mechanische Verlust eines Z-Motors des Typs mit äußerem Hebeldrehpunkt und ohne Arbeitslast eines seitlichen Schubs gleich demjenigen eines herkömmlichen Motors ist.

Eine Verlustleistung (J) aufgrund von seitlichem Schub ist in Fig. 9 besonders auffällig. Diese Leistung beträgt bei der vorliegenden Erfindung 66,0, was offensichtlich im Vergleich zu einem herkömmlichen Motor auf 15% verringert ist. Im Ver­ gleich zu einem Motor mit Z-Mechanismus des Typs mit innerem Hebeldrehpunkt gemäß der früheren Anmeldung ist die Verlust­ leistung aufgrund von seitlichem Schub auf ca. 1/3 verringert. Obgleich in der Geschichte der Motorenentwicklung bereits zahlreiche Versuche unternommen worden sind, um diesen seitli­ chen Schub zu verringern, ist bisher bei keinem dieser Versu­ che eine so bemerkenswerte Verringerung wie bei der vorliegen­ den Erfindung erzielt worden.

Als Ergebnis sind die leistungssteigernden Verhältnisse effek­ tiver Leistungen 1,17 bei dem Motor mit Z-Mechanismus des Typs mit innerem Hebeldrehpunkt, bei dem ein Hebelglied gemäß der früheren Anmeldung verwendet wird, und 1,25 bei dem Motor mit Z-Mechanismus des Typs mit äußerem Hebeldrehpunkt, bei dem ein Hebelglied mit äußerem Hebeldrehpunkt gemäß vorliegender Er­ findung verwendet wird, bezüglich der effektiven Leistung ei­ nes herkömmlichen Motors als Referenz von 1,00. Somit wird gemäß vorliegender Erfindung eine Steigerung von 25% im Ver­ gleich zu einem herkömmlichen Motor erzielt.

Des weiteren liegt das Gewicht eines Motors mit Z-Mechanismus des Typs mit äußerem Hebeldrehpunkt gemäß vorliegender Erfin­ dung bei schätzungsweise ca. 111,8 kgf, wobei dieser Motor ein Vierzylindermotor mit 2000 cc ist. Andererseits beträgt das Gewicht eines herkömmlichen Motors 149,0 kgf. Folglich ist das Gewicht um 33,0% verringert. Der in der rechten Spalte von Fig. 9 bezeichnete herkömmliche Motor hat eine schematische Größe von 685,0 mm×610,0 mm×615,0 mm, wobei es sich um weitaus größere Maße handelt als diejenigen des in der linken Spalte von Fig. 9 aufgeführten Motors gemäß vorliegender Er­ findung, nämlich 450 mm×550,0 mm×420,0 mm.

Der Motor mit Z-Mechanismus des Typs mit äußerem Hebeldreh­ punkt gemäß vorliegender Erfindung erreicht eine Leistung (pro Gewichtseinheit) von 1,47 PS/kgf bei einer Drehzahl von 6500 Umdrehungen pro Minute, während der herkömmliche Motor eine Leistung (pro Gewichtseinheit) von nur 0,97 PS/kgf bei einer Drehzahl von 6500 Umdrehungen pro Minute erreicht.

Außerdem hat die Vorrichtung gemäß der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform einen reversiblen Mechanismus, und kann als Pumpe zur Kompression und Zuführung einer Flüssigkeit oder eines Gases verwendet werden, wenn ein (nicht dargestellter) Elektromotor mit der Kurbelwelle 22 verbunden ist, um diese Kurbelwelle zu drehen und anzutreiben, um auf diese Weise den Kolben 12 im Zylinder 11 in eine Hin- und Herbewegung zu ver­ setzen.

In diesem Fall wird der gemäß der Hin- und Herbewegung des Kolbens 12 erzeugte seitliche Schub als Drehungen der Rollen 17 und 21 absorbiert und diese Komponenten verursachen nur äußerst geringe mechanische Verluste.

In den Fig. 10, 11 und 12 ist in verschiedenen Ansichten schematisch der Aufbau einer Ausführungsform dargestellt, in der die vorliegende Erfindung auf einen Zweitaktmotor ange­ wandt wurde, und stellen jeweils Schnitte in Vorderansicht, Draufsicht bzw. Seitenansicht dar. In den Fig. 10 bis 12 sind an einem oberen Abschnitt eines Zylinders 30 eines Zweitaktmo­ tors eine Einlaßöffnung 31 und eine Auslaßöffnung 32 vorgese­ hen. Ein Zylinderkopf 33 ist an einem oberen Ende des Zylin­ ders 30 vorgesehen. Die Einlaßöffnung 31 ist mit einem Verga­ ser 31a verbunden, der über ein im Motorblock 41 ausgebildetes Kurbelgehäuse 41A am Motorblock 41 befestigt ist. Schmieröl wird zusammen mit Kraftstoff durch Einspritzen eines Kraft­ stoff/Schmieröl-Gasgemisches vom Vergaser 31a einem Kolben 34 und einem Hebelglied 38 zugeführt.

Ein Kolben 34 ist im Zylinder 30 eingesetzt. Dieser Kolben 34 ist mit einem Kerbenabschnitt 36 versehen, in dem Führungswän­ de 35a und 35b ausgebildet sind, die in einer Richtung senk­ recht zur Mittelachse des Kolbens 34 verlaufen. Eine Drehrolle 37 ist zwischen den Führungsplatten 35a und 35b in einer Rich­ tung senkrecht zur Mittelachse des Kolbens 34 eingesetzt, so daß die Drehrolle 37 drehbar ist, und diese Drehrolle 37 ist drehbar an einem Kraftpunkt 39 des Hebelglieds 38 befestigt. Diese Führungsplatten 35a und 35b fungieren zusammen mit der Drehrolle 37 als bewegliches Kraftpunkt-Führungsglied.

Ein anderes Ende des Hebelglieds 38 ist ein Hebeldrehpunkt 40, an dem eine Drehwelle einer Drehrolle 43 befestigt ist, und die Drehrolle 43 ist drehbar zwischen Führungsplatten 42a und 42b eingesetzt, die am Motorblock 41 befestigt sind. Diese Führungsplatten 42a und 42b fungieren zusammen mit der Drehrol­ le 43 als Führungsglied des beweglichen Hebeldrehpunkts.

Ein als Wirkpunkt verwendeter Stift 44 ist zwischen dem Kraft­ punkt 39 und dem Hebeldrehpunkt 40 des Hebelglieds 38 befe­ stigt. Der Stift 44 steht mit einer Exzenterscheibe 46 in Ein­ griff, in der eine Kurbelöffnung ausgebildet ist, so daß sie von einer Haupt-Drehwelle 45 abgelenkt wird.

Der Kolben 34 ist in einem Zylinder 30 enthalten und bewegt sich entlang der Innenwand des Zylinders 30 auf und ab. Ein Dichtungsring ist auf einem Umfang des Kolbens 34 vorgesehen, wodurch eine Abdichtung bezüglich eines Kraftstoff-Öl-Gemi­ sches gewährleistet ist.

In der in den Fig. 10 bis 12 dargestellten Ausführungsform ist das Hebelglied 38 durch ein Führungsglied eines bewegli­ chen Hebeldrehpunkts mit demselben Aufbau wie in der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform gelagert, und der Wirkpunkt des Hebelglieds 38 ist drehbar über den Stift 44 mit der Kurbel­ öffnung der Exzenterscheibe 46 verbunden.

Im einzelnen ausgedrückt: Wenn bei dem Zweitaktmotor dieser Ausführungsform ein durch den Vergaser 31a eingeführtes Gasge­ misch während des Einlaß- und Verdichtungsvorgangs verdichtet und durch eine (nicht dargestellte) Zündkerze in der Nähe ei­ nes oberen Totpunktes des Kolbens gezündet wird, dehnt sich das Verbrennungsgas aus, wodurch der Kolben 34 nach unten ge­ drückt wird. Diese Bewegung des Kolbens 34 wird über die Rolle 37 an ein Hebelglied 38 mit einem äußeren Hebeldrehpunkt über­ tragen und wird dann über den Stift 44 an die Exzenterscheibe 46 übertragen, die diese Bewegung in eine Drehbewegung umwan­ delt und die Bewegung an die Haupt-Drehwelle 45 überträgt.

Wenn der Kolben 34 in der Ausführungsform der Fig. 10 bis 12 durch einen Ausdehnungsdruck des Verbrennungsgases gegen die Innenwand des Zylinders 30 gedrückt wird, erzeugt der Kolben 34 keine auf den Zylinder 30 wirkende Schubkraft, die anson­ sten durch die Reaktion des Hebelgliedes 38 verursacht wird, da der Kolben 34 und das Hebelglied 38 über das Führungsglied des beweglichen Kraftpunkts, das aus den Führungswänden 35a und 35b und der Drehrolle 37 besteht, miteinander verbunden sind. Als Ergebnis wird ein durch einen seitlichen Schub (des Kolbens) verursachter Energieverlust im Vergleich zu einem herkömmlichen Motor erheblich verringert. Auf dieselbe Art und Weise ist der bewegliche Hebeldrehpunkt des Hebelglieds 38 durch die Führungsplatten 42a und 42b und die Drehrolle 43 gelagert, die miteinander kombiniert sind, um als Führungs­ glied des beweglichen Hebeldrehpunkts zu fungieren. Daher wird die Hin- und Herbewegung des Kolbens 34 mit geringeren Verlu­ sten in eine Drehbewegung umgewandelt.

Da in diesem Fall der Kolben 34 nicht mit starkem Druck gegen die Innenwand des Zylinders 30 gepreßt wird, kann der Haupt­ teil des Kolbens 34 aus einem keramischen Werkstoff herge­ stellt werden. Da außerdem der seitliche Schub (des Kolbens) gering ist, werden Energieverluste verringert, so daß die Leerlaufgeschwindigkeit auf 50 Umdrehungen pro Minute oder weniger eingestellt werden kann, was sich vorteilhaft auf den Kraftstoffverbrauch auswirkt.

Wenn ein Hubkolbenmotor somit aus keramischem Werkstoff herge­ stellt werden kann, kann die Innentemperatur des Zylinders 30 auf einen Wert eingestellt werden, der das Zwei- oder Dreifa­ che desjenigen eines herkömmlichen Motors beträgt. Obwohl es bekannt ist, daß ein herkömmlicher Hubkolbenmotor nur einen Wärmewirkungsgrad von 20% aufgrund des mechanischen Verlusts einschließlich des seitlichen Schubs des Kolbens erzielt, kann diese Ausführungsform zu einer starken Verringerung der mecha­ nischen Verluste führen. Unter der Annahme, daß zum Beispiel einmechanischer Verlust von 10% wiedergewonnen wird, kann ein hoher Wärmewirkungsgrad von 50% oder mehr erreicht wer­ den, wenn der restliche Wärmeverlust von 70% auf ein Drittel verringert wird, d. h. 10% plus 70/3% plus 20%.

In den Fig. 13, 14 und 15 ist eine Ausführungsform darge­ stellt, bei der ein Zylinder 30 und ein Kolben 34 verwendet werden, und die mit Hebelgliedern 38A und 38B in Verbindung mit dem Kolben 34 versehen ist. Diejenigen Bauteile aus den Fig. 13 bis 15, die mit denjenigen der in den Fig. 10 bis 12 dargestellten Ausführungsform korrespondieren, tragen gleiche Bezugsziffern, und auf diese Bauteile wird nachstehend entwe­ der überhaupt nicht oder nur kurz eingegangen.

In der in den Fig. 13 bis 15 dargestellten Ausführungsform werden eine oder beide Haupt-Drehwellen 45A und 45B von einem (nicht dargestellten) Startermotor gedreht, so daß sich zum Beispiel der Kolben 34 im Zylinder 30 in die Nähe des in der Fig. gezeigten oberen Totpunkts bewegt, wodurch ein Kraft­ stoff-Gas-Gemisch verdichtet wird. Wenn in diesem Zustand das Kraftstoff-Gas-Gemisch durch eine (nicht dargestellte) Zünd­ kerze gezündet wird, wird der Kolben durch das Verbrennungsgas im Zylinder 30 nach unten verdrängt und die Hebelglieder 38A und 38B werden durch die Drehrollen 37A bzw. 37B der Kraft­ punkt-Führungsglieder jeweils im Uhrzeigersinn bzw. entgegen den Uhrzeigersinn gedreht, wobei die Komponenten 42aA, 42bA, und 43A sowie die Komponenten 42aB, 42bB, und 43B als bewegli­ che Hebeldrehpunkte angeordnet sind. Die Komponenten 42aA, 42bA und 43A bilden ein Führungsglied eines beweglichen Hebel­ drehpunkts, während die Komponenten 42aB, 42bB und 43B eben­ falls ein weiteres Führungsglied des beweglichen Hebeldreh­ punkts bilden. Wenn die Hebelglieder 38A und 38B in die oben genannten Richtungen gedreht werden, werden die Haupt-Drehwel­ len 45A und 45B durch die Stifte 44A bzw. 44B jeweils entgegen den Uhrzeigersinn bzw. im Uhrzeigersinn gedreht. Als Folge bewegt sich der Kolben 34 im Zylinder 30 in die Nähe des unte­ ren Totpunkts in den Figuren, wodurch der Ausstoßvorgang abge­ schlossen ist und eine Vorverdichtung eines eingesaugten Gases gleichzeitig im Kurbelgehäuse 41A erfolgt. Während dieser Vor­ gang wiederholt stattfindet, kann der Zweitaktmotor die kon­ tinuierliche Drehung von selbst, ohne Unterstützung durch den Startermotor, aufrechterhalten. Folglich können zwei Ausgänge in Form einer Drehung in entgegengesetzten Richtungen durch zwei Haupt-Drehwellen 45A und 45B auf der Grundlage eines ein­ zigen Zylinders 30 und eines einzigen Kolbens 34 erhalten wer­ den.

In Fig. 16 ist eine Ausführungsform eines Viertaktmotors eines horizontalen koaxialen Typs dargestellt, bei dem Zylinderköpfe 51A und 51B jeweils an beiden Enden eines horizontal angeord­ neten Zylinders 50 vorgesehen sind, so daß die Köpfe 51A und 51B einander zugewandt sind, und bei der ein einziger Kolben 52 zu einer Hin- und Herbewegung zwischen den Zylinderköpfen 51A und 51B angetrieben wird. In Fig. 16 sind zwei Drehrollen 54A und 54B zwischen einem Paar Führungsplatten 53A und 53B eingefügt, die an dem im Zylinder 50 eingesetzten Kolben 52 vorgesehen sind. Diese Rollen 54A bzw. 54B sind jeweils an den Enden von Hebelgliedern 56A bzw. 56B befestigt, die als Kraft­ punkte dienen.

Das Hebelglied 56A hat ein anderes Ende, das durch ein Füh­ rungsglied des beweglichen Hebeldrehpunkts mit einer Drehrolle 58A, die zwischen einem Paar von Führungsgliedern 57A einge­ fügt ist, und einem Stift 59A, der das Hebelglied mit der Rol­ le 58A verbindet. Das Hebelglied 56A ist an seinem Zwischen­ punkt über einen Stift 60A mit einer Kurbelwelle 61A verbun­ den.

Das Hebelglied 56B hat ein anderes Ende, das durch ein Füh­ rungsglied eines beweglichen Hebeldrehpunkts mit einer Dreh­ rolle 58B, die zwischen einem Paar Führungsglieder 57B einge­ setzt ist, und einem Stift 60B, der das Hebelglied 56B mit der Rolle 58B verbindet, gelagert ist. Das Hebelglied 56B ist an seinem Zwischenpunkt über einen Stift 60B mit einer Kurbelwel­ le 61B verbunden.

Die mit den im Kurbelgehäuse 69 enthaltenen Hebelgliedern 56A und 56B verbundenen Kurbelwellen 61A und 61B sind beispiels­ weise über einen (nicht dargestellten) Riemen und eine Rolle mit Nockenwellen verbunden, um auf diese Weise auf Nockenwel­ len angeordnete Nocken anzutreiben. Die Nocken treiben in vor­ bestimmten Takten Einlaßventile 62A und 62B sowie Auslaßventi­ le 63A und 63B, die auf den Zylinderköpfen 51A bzw. 51B vor­ gesehen sind, um auf diese Weise vier Zyklen eines Viertaktmo­ tors, d. h. Ausdehnen, Ausstoßen, Ansaugen und Verdichten zu erzielen. Als Folge werden von den Kurbelwellen 61A und 61B zwei durch Pfeile in Fig. 16 angedeutete horizontale synchro­ nisierte Ausgänge mit umgekehrter Drehrichtung erzeugt.

Da es sich bei dem in Fig. 16 gezeigten Motor im Grunde genom­ men um denselben Motor, wie in Fig. 10 dargestellt, handelt, wurde auf eine Erläuterung des Betriebs des Motors aus Fig. 16 verzichtet. Der Motor aus Fig. 16 kann jedoch mit höherer Drehzahl betrieben werden, wenn ein Aufbau ähnlich der jeweils zwischen dem Kolben 52 und den Kurbelwellen 61A bzw. 61B vor­ gesehenen Hebelglieder 56A und 56B als Antriebsmechanismus für die Einlaßventile 62A und 62B sowie für die Auslaßventile 63A und 63B verwendet wird.

In Fig. 17 ist eine Ausführungsform mit einem Aufbau darge­ stellt, der im wesentlichen dem Aufbau der in Fig. 16 darge­ stellten Ausführungsform entspricht. Die Ausführungsform gemäß Fig. 17 ist jedoch so ausgelegt, daß sie für die praktische Produktion weitaus besser geeignet und auch kompakter als die Ausführungsform gemäß Fig. 16 ist. Des weiteren unterscheidet sich die Ausführungsform aus Fig. 17 von derjenigen aus Fig. 16 dahingehend, daß in Fig. 17 (in Fig. 16 nicht dargestellte) Zündkerzen 64A und 64B gezeigt sind, daß Nocken 65A, 66A, 65B und 66B zum Treiben der Ventile enthalten sind und daß Auslaß­ öffnungen 67A und 67B sowie Einlaßöffnungen 68A und 68B spezi­ fisch dargestellt sind. Die anderen Komponenten aus Fig. 17 tragen dieselben Bezugsziffern wie diejenigen aus Fig. 16, weshalb sie hierin nicht weiter beschrieben sind.

In den Fig. 18 und 19 ist eine Ausführungsform dargestellt, in der der grundlegende Aufbau der in Fig. 1 gezeigten Ausfüh­ rungsform in zwei Gruppen verwendet wird, um auf diese Weise Ausgänge von zwei Kolben als eine durch einen einzige Kurbel­ welle kombinierten Ausgang zu erhalten. Diejenigen Komponenten aus den Fig. 18 und 19, die mit den Komponenten aus Fig. 1 korrespondieren, tragen dieselben oder gleiche Bezugsziffern.

Wie in Fig. 18 gezeigt, sind zwei horizontal verlaufende Zy­ linder 11A und 11B mit gleichem Innendurchmesser in einem von Kühlrippen 71 umgebenen Zylinderblock 72 ausgebildet. Fig. 19 zeigt eine entlang der Linie 19A-19A in Fig. 18 geschnittene Ansicht, die einen Motor mit einem Zylinder 11A darstellt, dessen Aufbau mit dem aus Fig. 1 korrespondiert. Der andere Zylinder 11B hat ebenfalls denselben Aufbau.

Ein Kolben 12A ist im Zylinder 11A eingesetzt und ein Paar Rollen-Führungsplatten 13A und 14A sind in einem Öffnungsab­ schnitt 73 vorgesehen, der in einem Mittelabschnitt des Kol­ bens 12A in Richtung nach unten offen ist, so daß die Platten 13A und 14A durch Schrauben unter Einhaltung eines vorbestimm­ ten Abstands zwischen den Platten am Körper des Kolbens 12A befestigt sind. Eine Drehrolle 17A ist zwischen den Rollen- Führungsplatten 13A und 14A eingesetzt, und die Rolle 17A ist über einen Stift 17cA drehbar auf einem Kraftpunkt eines He­ belglieds 18A gelagert. Eine Rolle 21A ist auf einem Stift 21cA gelagert, der als Hebeldrehpunkt für das Hebelglied 18A dient. Die Rolle 21A wird zwischen einem Paar Führungsplatten 19A und 20A gehalten, die auf dem Zylinderblock 72 befestigt sind, so daß die Platten 19A, 20A in die in einem unteren Ab­ schnitt des Zylinderblocks 72 ausgebildete Kurbelkammer 74 ragen. Die Rolle 21A und das Paar Führungsplatten 19A und 20A bilden ein Führungsglied des beweglichen Hebeldrehpunkts.

Eine runde Öffnung 22cA, die als Wirkpunkt dient, ist in einem Punkt auf halber Strecke des Hebelglieds 18A ausgebildet, und ein Kurbelstift 75A einer Kurbelwelle 75 steht mit der Wirk­ punktöffnung 22cA in Eingriff. Ein weiterer Kurbelstift 75B ist ebenfalls auf der Kurbelwelle 75 ausgebildet, und steht mit einer Wirkpunktöffnung 22cB in Eingriff, die in einem He­ belglied 18B ausgebildet ist, die in Verbindung mit einem wei­ teren Zylinder 11B vorgesehen ist.

Die Kurbelwelle 75 durchdringt die Wände des Zylinderblocks 72, die das Kurbelgehäuse 74 bilden und wird durch die Wände gestützt. Ein herausragender Abschnitt der Kurbelwelle wird als Haupt-Drehwelle 77 zur Extraktion einer Ausgangsleistung verwendet und ein weiterer herausragender Abschnitt der Kur­ belwelle ist über einen Riemen 79 und eine Scheibe 80 als Ver­ bindungselemente mit einer nicht dargestellten Nockenwelle und einem Antriebszahnrad 82 eines Startermotors verbunden, um auf diese Weise auf der Nockenwelle angeordnete Nocken anzutrei­ ben. Die Nocken treiben in vorbestimmten Zeittakten Einlaß- und Auslaßventile, die auf den Zylinderköpfen angeordnet sind, um auf diese Weise vier Zyklen eines Viertaktmotors zu erzie­ len, nämlich Ausdehnen, Ausstoßen, Ansaugen und Verdichten.

In Fig. 20 ist schematisch und perspektivisch eine Ausfüh­ rungsform dargestellt, die zwei grundlegende Strukturen ver­ wendet, die mit dem in Fig. 17 dargestellten Grundaufbau kor­ respondieren, um drei Drehungs-Ausgänge zu erhalten. Daher tragen die Komponenten, die auch in Fig. 17 dargestellt sind, dieselben oder ähnliche Bezugsziffern und im folgenden wurde auf eine detaillierte Beschreibung dieser Komponenten verzich­ tet.

In dieser Figur ist ein koaxialer Doppelkolben 52A in einem ersten Zylinder 50A eingesetzt, und die Ausgangsleistung des Kolbens 52A wird von Hebelgliedern 56B1 und 56A1 über zwei Rollen 54B1 und 54A1 des beweglichen Kraftpunkts abgenommen. Ein Hebeldrehpunkt an einem anderen Ende des Hebelglieds 56B1 ist durch ein Paar Führungsplatten 57B1 und eine Rolle 58B1 gelagert, die ein Führungsglied für einen beweglichen Hebel­ drehpunkt bilden, so daß sich dieser Hebeldrehpunkt frei ent­ lang der Platten 57B1 bewegen kann. Daher wird das Schwing- Drehmoment des Hebelglieds 56B1 in eine Drehung einer Kurbel­ welle 60B1 umgewandelt, und als durch einen Pfeil gekennzeich­ nete erste Drehungs-Ausgangsleistung 1 abgenommen.

Ein Hebeldrehpunkt an einem anderen Ende des Hebelglieds 56A1 ist durch ein Paar Führungsplatten 57A1 und eine Rolle 58A1 gelagert, die ein Führungsglied für einen beweglichen Hebel­ drehpunkt bilden, so daß sich dieser Hebeldrehpunkt frei bewe­ gen kann. Daher wird das Schwing-Drehmoment des Hebelglieds 56A1 in eine Drehung einer Kurbelwelle 60A1 umgewandelt, und als durch einen weiteren Pfeil gekennzeichnete zweite Dre­ hungs-Ausgangsleistung 2 in einer Richtung entgegengesetzt zur ersten Drehung abgenommen.

Ein weiterer koaxialer Doppelkolben 52B ist in einen zweiten Zylinder 50A eingesetzt, und die Ausgangsleistung des Kolbens 52B wird über zwei bewegliche Kraftpunktrollen 54B2 und 54A2 von den Hebelgliedern 56B2 und 56A2 abgenommen. Es ist zu be­ achten, daß die Treibphasen der koaxialen Doppelkolben 52A und 52B einander entgegengesetzt sind und sie derart angetrieben werden, daß wenn zum Beispiel der Kolben 52A sich an einem oberen Totpunkt befindet, der Kolben 52B sich an einem unteren Totpunkt befindet. Ein Hebeldrehpunkt an einem anderen Ende des Hebelglieds 56B2 ist durch ein Paar Führungsplatten 57B2 und eine Rolle 58B2 gelagert, die ein Führungsglied für einen beweglichen Hebeldrehpunkt bilden, so daß sich dieser Hebel­ drehpunkt frei bewegen kann. Daher wird das Schwing-Drehmoment des Hebelglieds 56B2 in eine Drehung einer Kurbelwelle 60B2 umgewandelt. Da diese Kurbelwelle 60B2 einstückig mit der Kur­ belwelle 60A1 verläuft, so daß diese zwei Kurbelwellen um 180° phasenversetzt sind, werden die Ausgangsleistungen dieser zwei Kurbelwellen kombiniert und als durch den Pfeil gekennzeichne­ te zweite Drehungs-Ausgangsleistung 2 abgenommen.

Ein Hebeldrehpunkt an einem anderen Ende des Hebelglieds 56A2 ist durch ein Paar Führungsplatten 57A2 und eine Rolle 58A2 gelagert, die ein Führungsglied für einen beweglichen Hebel­ drehpunkt bilden, so daß sich dieser Hebeldrehpunkt frei bewe­ gen kann. Daher wird das Schwing-Drehmoment des Hebelglieds 56A2 in eine Drehung einer Kurbelwelle 60A2 umgewandelt, und als dritte Drehungs-Ausgangsleistung 3 abgenommen, die durch einen weiteren Pfeil in derselben Richtung wie die erste Dre­ hungs-Ausgangsleistung 1 gekennzeichnet ist.

Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind Beispiele, in denen eine Hin- und Herbewegung eines Kolbens über eine Hebel­ vorrichtung des Typs mit beweglichem äußeren Hebeldrehpunkt an eine Kurbelvorrichtung übertragen wird und dann als Drehbewe­ gung von einem Hebeldrehpunkt auf halber Strecke des Hebel­ glieds abgenommen wird. Ist das Hebelglied dieser Hebelvor­ richtung über die Position des beweglichen äußeren Hebeldreh­ punkts hinaus verlängert und ein Führungsglied eines bewegli­ chen Wirkpunkts, das aus einem Paar Führungsplatten und einer Rolle zusammengesetzt ist, auf dem oberen Ende des verlänger­ ten Hebelglieds ausgebildet, so daß beispielsweise ein Kolben einer Pumpe durch das Wirkpunkt-Führungsglied hin- und herbe­ wegt wird, können zwei mechanische Ausgangsleistungen unter­ schiedlichen Typs von einem Motor abgenommen werden.

Fig. 21 zeigt schematisch den Aufbau eines Beispiels eines derartigen Motors wie voranstehend beschrieben. Die Hin- und Herbewegung eines in einen Zylinder 90 eingesetzten Kolbens 91 mit demselben Aufbau wie in Fig. 1 wird über ein Kraftpunkt- Führungsglied, das aus Führungsplatten 91A und 91 und einer Rolle 92 besteht, an ein Hebelglied 93 übertragen, und dann in eine Drehbewegung einer mit einem Wirkpunkt 94 verbundenen Kurbelwelle 95 umgewandelt. Ein anderes Ende des Hebelglieds 93 ist durch ein Führungsglied eines beweglichen Hebeldreh­ punkts gelagert, das aus einem Paar Führungsplatten 96A und 96B und einer Rolle 97 besteht. Dieses Ende des Hebelglieds 93 ist weiter verlängert und eine Rolle 98 ist drehbar am verlän­ gerten Ende des Hebelglieds 93 befestigt. Diese Rolle 98 ist zwischen Führungsplatten 99A und 99B eingefügt, und fungiert daher als Wirkpunkt-Führungsglied. Das Paar Führungsplatten 99A und 99B ist einstückig miteinander ausgeformt und werden als Kolben verwendet, der sich innerhalb eines Zylinders 100 hin- und herbewegt. Dieser Aufbau des Zylinders 100 kann daher beispielsweise als Pumpe verwendet werden.

Bei diesem Aufbau wird die Hin- und Herbewegung des Kolbens 91 durch die Hebelvorrichtung 93 eines Typs mit beweglichem äuße­ ren Hebeldrehpunkt an die Kurbelvorrichtung 95 übertragen und wird dann als Drehbewegung vom Lagerungspunkt 94 auf halber Strecke des Hebelglieds 93 abgenommen. Des weiteren ist ein Führungsglied eines beweglichen Wirkpunkts, bestehend aus dem Paar Führungsplatten 99A, 99B und der Rolle 98, auf dem ver­ längerten oberen Ende des Hebelglieds 93 derart ausgebildet, daß der Kolben einer Pumpe durch das Führungsglied des Wirk­ punkts hin- und herbewegt wird. Daher können von einem Motor mechanische Ausgangsleistungen zweier verschiedener Arten ex­ trahiert werden.

In der in Fig. 18 dargestellten Ausführungsform wird die Hin- und Herbewegung zweier Kolben, die jeweils in zwei parallel zueinander angeordneten Zylindern eingesetzt sind, durch He­ belvorrichtungen eines Typs mit beweglichem äußeren Hebeldreh­ punkt auf Kurbelstifte übertragen, die unterschiedliche Dreh­ phasen haben und mit einer einzigen Kurbelwelle verbunden sind, um auf diese Weise eine einzige Ausgangsleistung zu er­ halten. Zwei Zylinder können jedoch im Abstand zueinander an­ geordnet werden und eine einzige Ausgangsleistung kann von den Zylindern auf eine Weise, die sich von derjenigen der Ausfüh­ rungsform aus Fig. 18 unterscheidet, erhalten werden.

In Fig. 22 ist ein Beispiel einer derartigen unterschiedlichen Weise dargestellt. In zwei Zylindern 101 und 102 eingesetzte Kolben 103 und 104 haben ein Paar Führungsplatten 105A und 105B bzw. ein Paar Führungsplatten 106A und 106B. Eine Rolle 107 ist zwischen den Führungsplatten 105A und 105B eingesetzt, und diese Rolle 107 ist drehbar an einem Kraftpunkt eines er­ sten Hebelglieds 108 befestigt. Eine Rolle 109 ist zwischen den Führungsplatten 106A und 106B eingefügt, und diese Rolle 109 ist drehbar an einem Kraftpunkt eines zweiten Hebelglieds 110 befestigt.

Rollen 111 und 112 sind jeweils an Hebeldrehpunkten anderer Enden der Hebelglieder 108 und 110 befestigt. Diese Rollen 111 und 112 sind jeweils zwischen einem Paar Führungsplatten 113A und 113B bzw. zwischen einem Paar Führungsplatten 114A und 114B eingesetzt und dadurch gelagert.

Wenn, wie in Fig. 22 gezeigt, die Kolben 103 und 104 in den Zylindern 101 und 102 durch die Ausdehnung eines Verbrennungs­ gases nach unten gedrückt werden, wird die Bewegung dieser Kolben 103, 104 über die Führungsglieder des beweglichen Kraftpunkts, bestehend aus Führungsplatten 105A, 105B, 106A und 106B und Rollen 107 und 109, an die Hebelglieder 108, 110 übertragen. Da die Hebeldrehpunkte der Hebelglieder 108 und 110 jeweils durch die Führungsglieder für bewegliche äußere Hebeldrehpunkte, die aus der Rolle 111 und dem Paar Führungs­ platten 113A und 113B sowie dem Paar Führungsplatten 114A und 114B bestehen, gelagert sind, wird eine lineare Bewegung der Kolben 103 und 104 geglättet in eine Drehbewegung eines Kur­ belstifts 116 einer Kurbelwelle 115 umgewandelt.

Alle voranstehenden Ausführungsformen betreffen eine Vorrich­ tung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine lineare Hin- und Herbewegung und umgekehrt. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch auf eine Vorrichtung zur direkten Umwandlung einer Drehbewegung in eine Hin- und Herbewegung eines Hebelglieds verwendet werden, wie es in der folgenden Ausführungsform er­ läutert ist.

In den Fig. 23A und 23B ist ein Beispiel der Vorrichtung dar­ gestellt. In dieser Figur sind die Drehwellen 120 und 121 über nicht dargestellte Kraftübertragungsmechanismen jeweils mit einem Elektromotor verbunden und werden somit zur Drehung an­ getrieben. Die Drehwellen 120 und 121 haben Enden, die über Arme 122 und 123 drehbar mit Hebelgliedern 124 und 125 an Po­ sitionen verbunden sind, die um einen vorbestimmten Abstand von den Enden dieser Hebelglieder 124, 125 entfernt sind. An­ dere Enden der Drehwellen 120 und 121 sind über Arme drehbar mit Hebelgliedern 126 und 127 an Positionen verbunden, die um einen vorbestimmten Abstand von Enden dieser Hebelglieder 126, 127 entfernt sind.

Rollen 128 und 129 sind drehbar an Enden der Hebelglieder 124 und 125 befestigt, und bilden auf diese Weise bewegliche He­ beldrehpunkte. Die Rolle 128 ist drehbar und beweglich zwi­ schen zwei parallelen Führungsplatten 130A und 130B gelagert, während die Rolle 129 drehbar und beweglich zwischen zwei pa­ rallelen Führungsplatten 131A und 131B gelagert ist. Alle die­ se Komponenten, mit Ausnahme der Hebelglieder 124 und 125, sind in einem Gehäuse 132 in Form eines rechteckigen Quaders enthalten. Für die anderen Hebelglieder 126 und 127 relevante Komponenten sind ebenfalls im Gehäuse 132 enthalten. Außerdem sind die Hebelglieder 124, 125, 126 und 127 wie ein Flugobjekt geformt, beispielsweise die Flügel einer Libelle.

Bei diesem Aufbau werden, wenn die Drehwellen 120 und 121 durch Zuführung elektrischen Stroms an einen nicht dargestell­ ten Elektromotor in Drehung versetzt werden, die Hebelglieder 124 und 125 um die Achsen der Rollen 128 und 129 hin- und her­ geschwungen, wobei die Wellen die Drehzentren bilden. Da die Rollen 128 und 129 drehbar und beweglich zwischen den Füh­ rungsplatten 130A und 130B sowie 131A und 131B gelagert sind, werden Drehungen der Drehwellen 120 und 121 geglättet in eine Hin- und Herbewegung der Hebelglieder 124 und 125 umgewandelt. Der Winkel des Hin- und Herschwingens der Hebelglieder 124, 125 kann gemäß einer Entfernung zwischen den Kraftpunkten und den Rollen 128 und 129 der beweglichen Hebeldrehpunkte sowie der Größe der Arme 122 und 123 verändert werden, so daß der Winkel der Auf- und Abbewegung der Flügel 124 und 125 als He­ belglieder verändert werden kann. Das andere Paar Flügel 126 und 127 kann auf dieselbe Art und Weise betrieben werden. Die Einstellung des Anstellwinkels bleibt im Rahmen dieser Be­ schreibung unberücksichtigt.

Wie voranstehend beschrieben ist es gemäß vorliegender Erfin­ dung möglich, eine Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewe­ gung in eine Hin- und Herbewegung und umgekehrt zur Verfügung zu stellen, die eine Verringerung von Energieverlusten bei der Umwandlung einer Hin- und Herbewegung eines Kolbens eines Zwei- oder Viertaktmotors in eine Drehbewegung, eine Verringe­ rung der Größe und/oder des Gewichts des Motors, und eine wei­ tere Verringerung des Gewichts durch Herstellung des Motors unter Verwendung eines keramischen Werkstoffs ermöglicht.

Weitere Vorteile und Modifikationen ergeben sich für den Fach­ mann ohne weiteres. Daher ist die Erfindung in ihrem breiteren Umfang nicht auf die hierin dargestellten und beschriebenen spezifischen Details, repräsentativen Vorrichtungen und Bei­ spiele beschränkt. Dementsprechend können verschiedene Verän­ derungen vorgenommen werden, ohne hierbei vom Gedanken oder Umfang des allgemeinen erfinderischen Konzepts, wie in den nachstehenden Ansprüchen und ihren Entsprechungen definiert, abzuweichen.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur Umwandlung einer kreisförmigen Bewegung in eine Hin- und Herbewegung und umgekehrt, mit:
einem Hebelglied (18) mit einem ersten Führungsglied (13, 14, 17), welches an einem Ende des Hebelglieds vorgesehen ist und als Kraft- oder als Wirkpunkt fungiert, und einem zweiten Führungsglied (19, 20, 21), welches an einem an­ deren Ende des Hebelglieds vorgesehen ist und als beweg­ licher Hebeldrehpunkt fungiert, wobei ein Punkt (22c) zwischen beiden Enden als Wirk- oder als Kraftpunkt fun­ giert und drehbar auf einer Linie angeordnet ist, die ein Drehzentrum eines Drehglieds mit seinem Umfang verbindet,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein sich hin- und herbewegendes Element (12) mit dem ersten Führungsglied (13, 14, 17) verbunden ist und daß das erste und das zweite Führungsglied ein Stützelement (13, 14, 19, 20) aufweisen, um die Kraft- und Wirkpunkte und den beweglichen Hebeldrehpunkt so zu lagern, daß die Kraft- und Wirkpunkte und der bewegliche Hebeldrehpunkt in einer Längsrichtung des Hebelgliedes (18) bewegt wer­ den können.

2. Vorrichtung zur Umwandlung einer kreisförmigen Bewegung in eine Hin- und Herbewegung und umgekehrt, mit:
einem Drehglied (22); und
einem Hebelglied (18) mit einem ersten Führungsglied (13, 14, 17), welches an einem Ende des Hebelglieds vorgesehen ist und als Kraft- oder als Wirkpunkt fungiert, und einem zweiten Führungsglied (19, 20, 21), welches an einem an­ deren Ende des Hebelglieds vorgesehen ist und als beweg­ licher Hebeldrehpunkt fungiert, wobei ein Punkt (22c) zwischen beiden Enden als Wirk- oder als Kraftpunkt fun­ giert und drehbar auf einer Linie angeordnet ist, die ein Drehzentrum des Drehglieds mit seinem Umfang verbindet,
dadurch gekennzeichnet,
daß das erste und das zweite Führungsglied ein Stützele­ ment (13, 14, 19, 20) aufweisen, um die Kraft- oder Wirk­ punkte und den beweglichen Hebeldrehpunkt so zu lagern,
daß die Kraft- oder Wirkpunkte und der bewegliche Hebel­ drehpunkt in einer Längsrichtung des Hebelgliedes bewegt werden können.

3. Vorrichtung zur Umwandlung einer kreisförmigen Bewegung in eine Hin- und Herbewegung und umgekehrt, mit:
einem Drehglied (46);
einem Hebelglied (38) mit einem ersten Führungsglied (35a, 35b, 37), welches an einem Ende des Hebelglieds vorgesehen ist und als Kraft- oder als Wirkpunkt fun­ giert, und einem zweiten Führungsglied (42a, 42b, 43), welches an einem anderen Ende des Hebelglieds vorgesehen ist und als beweglicher Hebeldrehpunkt fungiert, wobei ein Punkt (44) zwischen beiden Enden als Wirk- oder als Kraftpunkt fungiert und drehbar auf einer Linie angeord­ net ist, die ein Drehzentrum des Drehglieds mit seinem Umfang verbindet, und
einem Hubkolbenmotor, der mit dem ersten Führungsglied verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das erste und das zweite Führungsglied ein Stützele­ ment aufweisen, um die Kraft- oder Wirkpunkte und den beweglichen Hebeldrehpunkt so zu lagern, daß die Kraft- oder Wirkpunkte und der bewegliche Hebeldrehpunkt in ei­ ner Längsrichtung des Hebelgliedes bewegt werden können.

4. Vorrichtung zur Umwandlung einer kreisförmigen Bewegung in eine Hin- und Herbewegung und umgekehrt, mit:
einem Hebelglied (93) mit einem ersten Führungsglied, welches an einem Ende des Hebelglieds vorgesehen ist und als Wirkpunkt fungiert, und einem zweiten Führungsglied, welches an einem anderen Ende des Hebelglieds vorgesehen ist und als beweglicher Hebeldrehpunkt fungiert, wobei ein Punkt zwischen beiden Enden als Kraftpunkt fungiert und drehbar auf einer Linie angeordnet ist, die ein Dreh­ zentrum eines Drehglieds mit seinem Umfang verbindet, und einem Drehmotor (95) mit einer Ausgangswelle, die mit dem Kraftpunkt verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein sich hin- und herbewegendes Element einer Hubkol­ benmaschine mit dem ersten Führungsglied (91A, 91B, 92) verbunden ist und daß das erste und das zweite Führungs­ glied ein Stützelement aufweisen, um die Kraft- oder Wirkpunkte und den beweglichen Hebeldrehpunkt so zu la­ gern, daß die Kraft- und Wirkpunkte und der bewegliche Hebeldrehpunkt in einer Längsrichtung des Hebelgliedes bewegt werden können.

5. Vorrichtung zur Umwandlung einer kreisförmigen Bewegung in eine Hin- und Herbewegung und umgekehrt, mit einem Drehglied und einem Hebelglied mit einem ersten Führungs­ glied, welches an einem Ende des Hebelglieds vorgesehen ist und als Kraftpunkt fungiert, und einem zweiten Füh­ rungsglied, welches an einem anderen Ende des Hebelglieds vorgesehen ist und als beweglicher Hebeldrehpunkt fun­ giert, wobei ein Mittelpunkt zwischen beiden Enden als Wirkpunkt fungiert und drehbar auf einer Linie angeordnet ist, die ein Drehzentrum des Drehglieds mit seinem Umfang verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Führungsglied (54A, 54B) mit einem Kolben (52) eines Hubkolbenmotors mit verbunden ist, daß der Kolben beweglich in einem Zylinder (50) eingesetzt ist, daß der Zylinder Enden hat, die beide jeweils mit einer Ein-/Auslaßvorrichtung (62A, 62B, 63A, 63B) zum Ein-/Aus­ lassen eines Kraftstoffgases versehen sind, und daß das erste und das zweite Führungsglied ein Stützelement (57A, 57B) aufweisen, um die Kraft- oder Wirkpunkte und den be­ weglichen Hebeldrehpunkt so zu lagern, daß die Kraft- und Wirkpunkte und der bewegliche Hebeldrehpunkt in einer Längsrichtung des Hebelgliedes bewegt werden können.

6. Vorrichtung zur Umwandlung einer kreisförmigen Bewegung in eine Hin- und Herbewegung und umgekehrt, mit einem Drehglied und einem Hebelglied mit einem Mittelpunkt, der als Wirkpunkt fungiert und drehbar auf einer Linie angeordnet ist, die ein Drehzentrum des Drehglieds mit seinem Umfang verbindet, einem ersten Führungsglied, wel­ ches an einem Ende des Hebelglieds vorgesehen ist und als Wirkpunkt fungiert, und einem zweiten Führungsglied, wel­ ches an einem anderen Ende des Hebelglieds vorgesehen ist und als beweglicher Hebeldrehpunkt fungiert, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Führungsglied (54A, 54B) mit einem Kolben (52) eines Hubkolbenmotors verbunden ist, daß der Kolben beweglich in einem Zylinder (50) eingesetzt ist, daß der Zylinder Enden hat, die beide jeweils mit einer Ein-/Aus­ laßvorrichtung (62A, 62B, 63A, 63B) zum Ein-/Auslassen eines Kraftstoffgases und einer Zündvorrichtung versehen sind, und daß das erste und das zweite Führungsglied ein Stützelement aufweisen, um die Kraft- oder Wirkpunkte und den beweglichen Hebeldrehpunkt so zu lagern, daß die Kraft- und Wirkpunkte und der bewegliche Hebeldrehpunkt in einer Längsrichtung des Hebelgliedes bewegt werden können.

7. Vorrichtung zur Umwandlung einer kreisförmigen Bewegung in eine Hin- und Herbewegung und umgekehrt nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein-/Auslaßvorrichtung Ventile zum Öffnen bzw. Schließen von Ein- und Auslaßöffnungen des Zylinders um­ faßt, einen mit den Ventilen verbundenen Wirkarm, sowie eine Treibvorrichtung (65A, 65B, 66A, 66B) zum Treiben der Ventile über den Wirkarm, daß der Wirkarm ein Kraft­ punkt-Führungsglied aufweist, das mit der Treibvorrich­ tung verbunden ist, ein Wirkpunkt-Führungsglied und ein Führungsglied des beweglichen Hebeldrehpunkts, die beide mit den Ventilen verbunden sind, und daß das Kraftpunkt- Führungsglied und das Führungsglied des beweglichen He­ beldrehpunkts ein Stützglied zum beweglichen Lagern des Kraftpunkts und des beweglichen Hebeldrehpunkts in einer Längsrichtung des Hebelglieds aufweisen.

8. Vorrichtung zur Umwandlung einer kreisförmigen Bewegung in eine Hin- und Herbewegung und umgekehrt, mit:
einem Hubkolbenmotor mit einem Zylinder (50A), einem be­ weglich in dem Zylinder eingesetzten Kolben (52A), an beiden Enden des Zylinders vorgesehene Ein- und Auslaß­ vorrichtungen zum Ein- und Auslassen eines Kraftstoffga­ ses und einer Zündvorrichtung;
einer Vielzahl von Drehgliedern (60A1, 60B1); und
einer Vielzahl von Hebelgliedern (56A1, 56B1), von denen jedes einen Mittelpunkt hat, der als Wirkpunkt fungiert und drehbar auf einer Linie angeordnet ist, die ein Dreh­ zentrum eines jeden Drehglieds und seinen Umfang mitein­ ander verbindet, ein erstes Führungsglied (54A1, 54B1), welches an einem Ende des Hebelglieds vorgesehen ist und als Kraftpunkt fungiert, und ein zweites Führungsglied (57A1, 57B1, 58A1, 58B1), welches an einem anderen Ende des Hebelglieds vorgesehen ist und als beweglicher Hebel­ drehpunkt fungiert, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Führungsglieder derart mit dem Kolben des Hubkolbenmotors verbunden sind, daß die ersten Führungs­ glieder symmetrisch zueinander angeordnet sind.

9. Vorrichtung zur Umwandlung einer kreisförmigen Bewegung in eine Hin- und Herbewegung und umgekehrt, mit:
einem ersten und einem zweiten Hubkolbenmotor, jeweils bestehend aus einem Zylinder, einem in den Zylinder be­ weglich eingesetzten Kolben, an beiden Enden des Zylin­ ders vorgesehenen Ein- und Auslaßvorrichtungen zum Ein- und Auslassen eines Kraftstoffgases, und einer Zündvor­ richtung;
ersten, zweiten und dritten Drehgliedern (60A1, 60B1, 60A2);
einem ersten Hebelglied (56B1) mit einem Mittelpunkt, der als Wirkpunkt fungiert und drehbar auf einer Linie angeordnet ist, die ein Drehzentrum des ersten Drehglieds mit seinem Umfang verbindet, einem ersten Führungsglied (54A1), welches an einem Ende des Hebelglieds vorgesehen ist und als Kraftpunkt fungiert, und einem zweiten Füh­ rungsglied (57B1, 58B1), welches an einem anderen Ende des Hebelglieds vorgesehen ist und als beweglicher Hebel­ drehpunkt fungiert,
einem zweiten Hebelglied (56A1) mit einem Mittelpunkt, der als Wirkpunkt fungiert und drehbar auf einer Linie angeordnet ist, die ein Drehzentrum des zweiten Dreh­ glieds mit seinem Umfang verbindet, einem ersten Füh­ rungsglied (54A1), welches an einem Ende des Hebelglieds vorgesehen ist und als Kraftpunkt fungiert, und einem zweiten Führungsglied (57A1, 58A1), welches an einem an­ deren Ende des Hebelglieds vorgesehen ist und als beweg­ licher Hebeldrehpunkt fungiert, und
dritten und vierten Hebelgliedern (56B2, 56A2) jeweils mit einem Mittelpunkt, der als Wirkpunkt fungiert und drehbar auf einer Linie angeordnet ist, die ein Drehzen­ trum des dritten Drehglieds mit seinem Umfang verbindet,
einem ersten Führungsglied, welches an einem Ende des He­ belglieds vorgesehen ist und als Kraftpunkt fungiert, und
einem zweiten Führungsglied, welches an einem anderen Ende des Hebelglieds vorgesehen ist und als beweglicher Hebeldrehpunkt fungiert, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Führungsglieder (54A2, 54B2) des dritten und vierten Hebelglieds jeweils derart mit den Kolben (52A, 52B) des ersten und des zweiten Hubkolbenmotors verbunden sind, daß die ersten Führungsglieder symme­ trisch zueinander angeordnet sind, daß die ersten Füh­ rungsglieder des ersten und zweiten Hebelglieds jeweils derart mit den Kolben des ersten und des zweiten Hubkol­ benmotors verbunden sind, und daß das erste und das zwei­ te Drehglied in umgekehrter Richtung synchron zu dem dritten Drehglied gedreht werden.

10. Vorrichtung zur Umwandlung einer kreisförmigen Bewegung in eine Hin- und Herbewegung und umgekehrt, mit:
einem Drehglied (95), und
einem Hebelglied (93) mit einem ersten Führungsglied (92), welches an einem Ende des Hebelglieds vorgesehen ist und als Kraftpunkt fungiert, und einem zweiten Füh­ rungsglied (97), welches an einem anderen Ende des Hebel­ glieds vorgesehen ist und als beweglicher Hebeldrehpunkt fungiert, wobei ein Mittelpunkt zwischen beiden Enden als Wirkpunkt fungiert und drehbar auf einer Linie angeordnet ist, die ein Drehzentrum des Drehglieds mit seinem Umfang verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Führungsglied mit einem Kolben (91) eines Hubkolbenmotors verbunden ist, daß der Kolben beweglich in einem Zylinder (90) eingesetzt ist, daß der Zylinder an seinen beiden Enden jeweils mit einer Ein-/Auslaßvor­ richtung zum Ein- bzw. Auslassen eines Kraftstoffgases versehen ist, daß das erste und das zweite Führungsglied ein Stützelement (91A, 91B, 96A, 96B) aufweisen, um die Kraft- und Wirkpunkte und den beweglichen Hebeldrehpunkt so zu lagern, daß die Kraft- und Wirkpunkte und der be­ wegliche Hebeldrehpunkt in einer Längsrichtung des Hebel­ gliedes (93) bewegt werden können, und daß das Hebelglied ein drittes Führungsglied (98) umfaßt, das als Wirkpunkt auf einer Linie fungiert, die von dem als beweglicher Hebeldrehpunkt fungierenden Ende verlängert ist, wobei das dritte Führungsglied mit einem Hubkolbenelement (99A, 99B) eines Hubkolbenmotors verbunden ist.

11. Vorrichtung zur Umwandlung einer kreisförmigen Bewegung in eine Hin- und Herbewegung und umgekehrt, mit einem Drehglied und einem Hebelglied mit einem ersten Führungs­ glied, welches an einem Ende des Hebelglieds vorgesehen ist und als Kraftpunkt fungiert, und einem zweiten Füh­ rungsglied, welches an einem anderen Ende des Hebelglieds vorgesehen ist und als beweglicher Hebeldrehpunkt fun­ giert, wobei ein Mittelpunkt zwischen beiden Enden als Wirkpunkt fungiert und drehbar auf einer Linie angeordnet ist, die ein Drehzentrum des Drehglieds mit seinem Umfang verbindet,
dadurch gekennzeichnet,
daß das erste Führungsglied mit einem Kolben (103, 104) eines ersten und eines′ zweiten Hubkolbenmotors verbunden sind, daß jeder der Kolben beweglich in einem Zylinder (101, 102) eingesetzt ist, daß der Zylinder Enden hat, die beide jeweils mit einer Ein-/Auslaßvorrichtung zum Ein-/Auslassen eines Kraftstoffgases versehen sind, und
daß das erste und das zweite Führungsglied ein Stützele­ ment aufweisen, um die Kraft- und Wirkpunkte und den be­ weglichen Hebeldrehpunkt so zu lagern, daß die Kraft- und Wirkpunkte und der bewegliche Hebeldrehpunkt in einer Längsrichtung des Hebelgliedes bewegt werden können.

12. Flugvorrichtung mit:
einer Vielzahl von Hebelgliedern (124-127), von denen jedes als Flügel der Flugvorrichtung verwendet wird, wo­ bei jedes ein erstes Führungsglied aufweist, welches an einem Ende des Hebelglieds vorgesehen ist und als beweg­ licher Hebeldrehpunkt fungiert, und jedes einen Punkt zwischen dem Ende und einem anderen Ende des Hebelglieds hat, der als Kraftpunkt fungiert und drehbar auf einer Linie angeordnet ist, die ein Drehzentrum eines Dreh­ glieds mit seinem Umfang verbindet, wobei die Hebelglie­ der symmetrisch zueinander angeordnet sind;
eine Vielzahl von Drehgliedern (122, 123) mit Ausgangs­ wellen, die jeweils mit den Kraftpunkten verbunden sind; und
eine Vorrichtung (120, 121) zum Treiben der Vielzahl von Drehgliedern synchron zueinander, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Führungsglied jeweils ein Stützelement aufweisen, um den beweglichen Hebeldrehpunkt so zu lagern, daß der bewegliche Hebeldrehpunkt in einer Längsrichtung des Hebelgliedes bewegt werden kann.