DE19642883A1 - Reciprocating piston engine with adjustable piston stroke and cylinder chamber - Google Patents

Reciprocating piston engine with adjustable piston stroke and cylinder chamber

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DE19642883A1 DE1996142883 DE19642883A DE19642883A1 DE 19642883 A1 DE19642883 A1 DE 19642883A1 DE 1996142883 DE1996142883 DE 1996142883 DE 19642883 A DE19642883 A DE 19642883A DE 19642883 A1 DE19642883 A1 DE 19642883A1
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Abstract

The engine has a crank shaft consisting of several parts, which are joint together, positively, and displaceably. This forms a crank shaft, the components of which are at right angles to each other when in long-stroke position, to give a maximum crank stroke and high torque. When the two end sections of the crankshaft are moved apart, the crank arms occupy a relatively angled expanded position, so that the crank bolt approaches the crank shaft axis. This causes piston stroke and torque to be reduced, and the engine to occupy the short-stroke position.

Description

Bekanntes: Herkömmliche Hubkolbenmaschinen arbeiten entsprechend ihren jeweiligen technischen Auslegungen als "Kurzhuber" bis hin zum "Langhuber" mit jeweils konstruk­ tiv definitiv festgelegten Kolbenhüben und Zylinderhub­ räumen.Known: Conventional reciprocating machines work according to their respective technical designs as "Short stroke" to the "long stroke" each with construct Definitely fixed piston strokes and cylinder stroke vacate.

Die sich daraus ergebenden Drehmomente, Kompressionen und Drehzahlen sind maßgebend für die Verwendbarkeit dieser Maschinen, wobei die Spielräume für diese Verwendbarkeiten relativ klein sind.The resulting torques, compressions and Speeds are decisive for the usability of these Machines, the scope for these uses are relatively small.

Sollen solche Maschinen in unterschiedlichen Einsatzgebie­ ten und Belastungsbereichen arbeiten, so müssen ihnen in­ folge ihrer relativ eng begrenzten Leistungs-Elastizität entsprechende Getriebe zwischen anzutreibender und antrei­ bender Maschine zwischengeschaltet werden, um auf diesem Wege diesen Mangel an Verwendbarkeit auszugleichen. Hubkolben-Maschinen, bei denen Kolbenhub und/oder Zylinder­ hubraum diesen oben genannten Mangel durch entsprechende Verstellbarkeit aus gleichen können, sind bisher nicht be­ kannt.Such machines should be used in different areas areas and stress areas, they must follow their relatively narrow performance elasticity Corresponding gear between the driven and driving interposed to the machine Ways to compensate for this lack of usability. Reciprocating machines, where piston stroke and / or cylinder displacement this above-mentioned defect by appropriate Adjustability from the same can not be so far knows.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Bau von Maschinen zu er­ möglichen, bei denen durch Verstellen des Kolbenhubes und/oder des Zylinder-Hubraumes Drehmomente, Kompressionen und Drehzahlen den jeweiligen Belastungen entsprechend einge­ stellt werden können.The object of the invention is to construct machines possible, in which by adjusting the piston stroke and / or of the cylinder displacement torques, compressions and Speeds according to the respective loads can be put.

Neues: Die Lösung dieser Aufgabe wird hier durch das Spreizen bzw. Neigen der Kurbelarme (Fig. 1a mit Fig. 3c) und/oder durch die Verschiebbarkeit des Zylinders ZYL (Fig. 4) entlang seiner Zylinderachse ZYLA erreicht. New: The solution to this task is achieved here by spreading or tilting the crank arms ( Fig. 1a with Fig. 3c) and / or by the displacement of the cylinder ZYL ( Fig. 4) along its cylinder axis ZYLA.

Fig. 1a und Fig. 1b zeigen die Kurbelarm-Spreizung Y im Bereich der Kurbelwellenteile KWT' und KWT''; . Fig. 1a and 1b show the crank arm spread-Y in the area of the crankshaft parts KWT 'and KWT'';

Fig. 2a und Fig. 2b zeigen die Kurbelarm-Spreizung Y im Bereich des Kurbelbolzens KUB; . Fig. 2a and 2b show the crank arm spread-Y in the area of the crank pin KUB;

Fig. 3a mit Fig. 3c zeigen die einhüftige Kurbel mit den sich parallel miteinander neigenden Kurbelarmen KA' und KA''. Fig. 3a with Fig. 3c show the single-hip crank with the crank arms KA 'and KA''which incline parallel to one another.

Ferner zeigen dieFurthermore, the

Fig. 1a die Form der Langhub-Stellung; Fig. 1a, the shape of the long stroke position;

Fig. 1b die Form der Kurzhub-Stellung; FIG. 1b shows the shape of the short-stroke position;

Fig. 2a die Form der Langhub-Stellung; FIG. 2a, the shape of the long-stroke position;

Fig. 2b die Form der Kurzhub-Stellung; FIG. 2b shows the shape of the short-stroke position;

Fig. 3a die Form der Langhub-Stellung; FIG. 3a shows the shape of the long-stroke position;

Fig. 3b die Form der Kurzhub-Stellung; FIG. 3b shows the shape of the short-stroke position;

Fig. 3c die Form der Kurzhub-Stellung; Fig. 3c, the shape of the short-stroke position;

Fig. 4 zeigt die Verstellbarkeit von Hubraum und Kompres­ sion durch Senken bzw. Heben des Zylinders ZYL um den Wert Z entlang der Zylinderachse ZYLA. Fig. 4 shows the adjustability of the displacement and compression by lowering or lifting the cylinder ZYL by the value Z along the cylinder axis ZYLA.

Fig. 5 zeigt schematisch dargestellt eines der vielen An­ wendungsbeispiele, hier einen luftgekühlten Einzylinder-Viertakt-Brenn­ kraft-Motor. Fig. 5 shows schematically one of the many application examples, here an air-cooled single-cylinder four-stroke internal combustion engine.

Die Zeichnung stellt links von der senkrechten Zylin­ derachse ZYLA die Maschine in Langhub-Stellung, rechts von ZYLA in Kurzhub-Stellung dar.The drawing represents the left of the vertical cylinder the ZYLA axis the machine in the long stroke position, to the right of ZYLA in the short-stroke position.

Die beiden Kurbelwellenteile KWT' und KWT'' werden mittels der Kurbelwellenschaltung KWSGH - per Öldruck - in die ge­ wünschte Stellung gebracht.The two crankshaft parts KWT 'and KWT' 'are by means of the crankshaft gearbox KWSGH - by oil pressure - in the ge desired position.

Die beiden Kurbelwellenteile KWT' und KWT'' gleiten hierzu sowohl im axialen wie im radialen Sinne in den kurbelwellenlagern KWL' und KWL''.The two crankshaft parts KWT 'and KWT' 'slide for this both in the axial and radial sense in the crankshaft bearings KWL 'and KWL' '.

Die beiden Kurbelwellenteile KWT' und KWT'' tragen (im Mo­ torgehäuse)jeweils eine Schwungscheibe (SCHW' und SCHW''), ferner sind die Kurbelwellenteile KWT' und KWT'' als Hohl­ wellen mit Axial-Verzahnung ausgebildet. The two crankshaft parts KWT 'and KWT' '(in Mon door housing) one flywheel (SCHW 'and SCHW' '), furthermore, the crankshaft parts KWT 'and KWT' 'are hollow Shafts designed with axial teeth.  

In diese beiden Hohlwellen können entsprechend ausgebil­ dete Steckachsen eingeschoben werden, die als Ab- oder Antriebswellen für Maschinen dienen.In these two hollow shafts can be trained accordingly Dete thru axles are inserted that as off or Serve drive shafts for machines.

X zeigt das Maß der Veränderung des Kolbenhubes,
Y zeigt das Maß der Veränderung der Kurbelarm-Spreizung.X shows the extent of the change in the piston stroke,
Y shows the amount of change in crank arm spread.

Z ist das Maß der Verschiebung des Zylinders ZYL entlang der Zylinderachse ZYLA.Z is the amount of displacement along the cylinder ZYL the cylinder axis ZYLA.

OT' und OT'' sind die erreichbaren "Oberen Totpunkte".OT 'and OT' 'are the attainable "top dead centers".

Durch die Verschiebung Z wird der Zylinder-Hubraum hin­ sichtlich der Kompression und hinsichtlich des jeweils ge­ gebenen OT eingestellt.By shifting Z the cylinder capacity is reduced visually the compression and in terms of ge given OT set.

Die Zylinderverschiebung Z parallel zur Zylinderachse ZYLA wird bei dem dargestellten Beispiel mittels mehrerer, ring­ förmig angeordneter hydraulischer Schub/Zug-Zylinder HYZ bewirkt.The cylinder displacement Z parallel to the cylinder axis ZYLA is in the example shown by means of several, ring hydraulic push / pull cylinder HYZ causes.

Das System der spreiz- bzw. neigbaren Kurbelarme KA kann im Prinzip der Konstruktion praktisch aller Hubkolben-Ma­ schinen zugrunde gelegt werden, einerlei, ob es sich dabei um antreibende- Maschinen, wie z. B. Brennkraft-Hubkolben-Mo­ tore, oder um anzutreibende Maschinen, wie z. B. Hubkolben- Kompressoren handelt.The system of the expandable or inclinable crank arms KA can in principle the construction of practically all reciprocating piston dimensions seem to be the basis, regardless of whether it is around driving machines, such as B. internal combustion piston-Mo gates, or to be driven machines such. B. Reciprocating Compressors.

Besonders eignen sich hierzu Einzylinder-, Boxer- und Stern­ motore bzw. Maschinen.Single-cylinder, boxer and star are particularly suitable for this engines or machines.

BezugszeichenlisteKWA Kurbelwellenachse;
KWT '+'' Kurbelwellenteile '+'';
KA '+'' Kurbelarme '+'';
KWL '+'' Kurbelwellen-Lager '+'';
KUB Kurbelbolzen;
SCHW Schwungscheiben '+'' ;
KWSCH Kurbelwellen-Schaltung;
ZYL Zylinder;
ZYLA Zylinderachse;
HYZ Hub-und Zug-Zylinder (hydraulisch);
X Maß der Veränderung des Kolbenhubes;
Y Maß der Kurbelarm-Spreizung bzw. Neigung;
Z Maß der Veränderung des Zylinder-Hubraumes;
OT' bzw. OT'' sind die erreichbaren "Oberen Totpunkte".KWA crankshaft axis;
KWT '+''crankshaftparts' + '';
KA '+''crankarms' + '';
KWL '+''crankshaftbearing' + '';
KUB crank pin;
SCHW flywheels' + '';
KWSCH crankshaft circuit;
CYL cylinder;
ZYLA cylinder axis;
HYZ lifting and pulling cylinders (hydraulic);
X amount of change in piston stroke;
Y measure of the crank arm spread or inclination;
Z measure of the change in cylinder displacement;
OT 'or OT''are the attainable "top dead centers".

Claims (4)

1. Hubkolben-Maschine, bei der Kolbenhub und Zy­ linder-Hubraum verstellbar sind, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Maschine eine Kurbel­ welle KW hat, die aus mehreren mit einander gelenkig, verschiebbar und kraftschlüssig verbundenen Teilen so zusammengesetzt ist (Fig. 1a, Fig. 1b und Fig. 5), daß sie eine Gesamt-Kurbelwelle darstellt, deren Einzeltei­ le KWT' + KA' + KUB + KA'' + KWT'' in der Langhub-Stellung rechtwinkelig zueinander ste­ hen und der Gesamt-Kurbelwelle dabei den größten Kurbelhub und ein entsprechend hohes Dreh­ moment geben,
oder daß durch das Auseinanderbewegen der bei­ den Teile KWT' und KWT'' auf ihrer gemeinsamen Kurbelwellenachse KWA die beiden Kurbelarme KA' und KA'', in deren Außengelenken der Kurbelbol­ zen KUB gelagert ist, eine zueinander geneigte Spreizstellung einnehmen, wodurch sich der Kurbel­ bolzen KUB der Kurbelwellenachse KWA parallel nä­ hert, dadurch Kolbenhub und Drehmoment entspre­ chend abnehmen und die Maschine im Verlauf zuneh­ mender Spreizung Y die Eigenschaften der Kurzhub- Stellung annimmt, jedoch die Kurzhub-Stellung bzw. die Langhub-Stellung jederzeit gewechselt werden können.1. Reciprocating machine, in which the piston stroke and cylinder displacement are adjustable, characterized in that the machine has a crankshaft KW, which is composed of several articulated, displaceable and non-positively connected parts ( Fig. 1a, Fig. 1b and Fig. 5) that it represents an overall crankshaft, the individual parts le KWT '+ KA' + KUB + KA '' + KWT '' stand at right angles to each other in the long-stroke position and the total crankshaft give the largest crank stroke and a correspondingly high torque,
or that by moving apart the parts KWT 'and KWT''on their common crankshaft axis KWA, the two crank arms KA' and KA '', in the outer joints of which the crank bolt zen KUB is mounted, assume an inclined spreading position, as a result of which the crank Bolt KUB approaches the crankshaft axis KWA in parallel, thereby reducing the piston stroke and torque accordingly and the machine assumes the properties of the short-stroke position as the spread Y increases, but the short-stroke position or the long-stroke position can be changed at any time. 2. Hubkolben-Maschine, nach Anspruch 1 dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Maschine eine Kurbelwelle hat (Fig. 2a, Fig. 2b und Fig. 5), die aus meh­ reren mit einander gelenkig, verschiebbar und kraftschlüssig verbundenen Teilen so zusammenge­ setzt ist, daß sie eine Gesamt-Kurbelwelle darstellt, deren Einzelteile KWT'+ KA' + KUB + + KA'' + KWT'' in der Langhub-Stellung recht­ winklig zueinander stehen und der Gesamt-Kurbel­ welle dabei den größten Kolbenhub und ein ent­ sprechend hohes Drehmoment geben,
oder daß durch das Auseinanderbewegen der bei Außengelenke der Kurbelarme KA' und KA'' auf dem (langen) Kurbelbolzen KUB eine auseinan­ dergehende Spreizung der Kurbelarme KA' und KA'' entsteht, wodurch sich der Kurbelbolzen KUB der Kurbelwellenachse KWA parallel nähert, dadurch Kolbenhub und Drehmoment entsprechend abnehmen und die Maschine im Verlauf zunehmender Sprei­ zung Y die Eigenschaften der Kurzhub-Stellung annimmt, jedoch die Kurzhub-Stellung bzw. die Langhub-Stellung jederzeit gewechselt werden können.2. Reciprocating machine, according to claim 1, characterized in that the machine has a crankshaft ( Fig. 2a, Fig. 2b and Fig. 5), which is composed of a number of mutually articulated, displaceable and non-positively connected parts that it represents an overall crankshaft, the individual parts KWT '+ KA' + KUB + + KA '' + KWT '' are at right angles to each other in the long-stroke position and the overall crankshaft is the largest piston stroke and accordingly give high torque,
or that by moving apart the outer joints of the crank arms KA 'and KA''on the (long) crank pin KUB, there is a spreading of the crank arms KA' and KA '', whereby the crank pin KUB approaches the crankshaft axis KWA in parallel, thereby causing the piston stroke and decrease the torque accordingly and the machine assumes the properties of the short-stroke position in the course of increasing spread Y, but the short-stroke position or the long-stroke position can be changed at any time. 3. Hubkolben-Maschine, nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine eine einhüftig gelagerte Kurbelwelle KW hat (Fig. 3a, Fig. 3b, Fig. 3c), die aus mehreren miteinander gelenkig, verschiebbar und kraftschlüssig verbun­ denen Teilen so zusammengesetzt ist, daß sie ei­ ne Gesamt-Kurbelwelle KW darstellt, deren Einzel­ teile KW, KA', KA'' und KUB parallelogrammartig einander so zugeordnet sind, daß bei rechtwinke­ liger Stellung dieser Einzelteile zueinander sich eine Langhub-Stellung mit hohem Hub und hohem Drehmoment,
bei Parallelverschiebung der o.g. Einzelteile sich eine Kurzhub-Stellung mit entsprechend nie­ derem Hub und niederem Drehmoment ergibt und der Kurbelbolzen KUB aus dieser Kurbelwellen-Konstruk­ tion einhüftig herausragt, so daß auch hier die Veränderung von Kolbenhub und Drehmoment mit­ tels Winkelveränderung der Kurbelarme KA' und KA'' zu den Achsen von KW und KUB erreicht wird. 3. Reciprocating machine, according to claims 1 and 2, characterized in that the machine has a crank crank shaft KW mounted on one hip ( Fig. 3a, Fig. 3b, Fig. 3c), the parts of which are articulated, displaceable and non-positively connected is composed such that it represents a total crankshaft KW, the individual parts KW, KA ', KA''and KUB are assigned to each other in parallelogram-like fashion so that when the individual parts are at right angles, a long-stroke position with a high stroke and high torque,
with parallel displacement of the above-mentioned individual parts, a short-stroke position results with a correspondingly low stroke and low torque and the crank pin KUB protrudes from this crankshaft construction, so that here too the change in piston stroke and torque by means of angular change of the crank arms KA 'and KA '' to the axes of KW and KUB is reached. 4. Hubkolben-Maschine, nach den Ansprüchen 1 mit 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine (Fig. 4 und Fig. 5) einen (mehrere) Zylin­ der ZYL hat, dessen (deren) Achse(n) ZYLA senk­ recht zur Kurbelwellenachse KWA steht (stehen) und daß der (die) Zylinder ZYL mittels einer Vorrichtung mit dem Maschinengehäuse so verbun­ den ist (sind), daß er (sie), entlang seiner (ihrer) Zylinderachse(n) ZYLA um den Wert Z ver­ schiebbar ist (sind), so daß der (die) Zylinder­ kopf (Zylinderköpfe) in jene Lage zu den Oberen Totpunkten OT' bzw. OT'' der Maschine(n) gebracht werden kann (können), die sowohl zur Er­ zeugung des (der) gewünschten Zylinder-Volumens (Zylinder-Volumina), als auch zur Einstellung der gewünschten Kompression (Kompressionen) erfor­ derlich ist (sind).4. Reciprocating machine, according to claims 1 to 3, characterized in that the machine ( Fig. 4 and Fig. 5) has one (several) Zylin the ZYL, the (whose) axis (s) ZYLA perpendicular to the crankshaft axis KWA stands (stand) and that the cylinder (s) ZYL is (are) connected to the machine housing by means of a device in such a way that it (they) can be moved along its cylinder axis (s) ZYLA by the value Z ( are), so that the (the) cylinder head (cylinder heads) can be brought into that position to the top dead center OT 'or OT''of the machine (s), both for the generation of the (the) desired Cylinder volume (cylinder volumes), as well as for setting the desired compression (compression) is (are) required.
DE1996142883 1996-10-17 1996-10-17 Reciprocating piston engine with adjustable piston stroke and cylinder chamber Withdrawn DE19642883A1 (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007017153A1 (en) 2007-04-11 2008-10-16 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Multi-cylinder reciprocating piston internal combustion engine, has crankshaft relocatable towards rotation axis, and piston rod rotatably supported in bearing pin of piston, where pin axis is arranged parallel to rotation axis

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102007017153A1 (en) 2007-04-11 2008-10-16 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Multi-cylinder reciprocating piston internal combustion engine, has crankshaft relocatable towards rotation axis, and piston rod rotatably supported in bearing pin of piston, where pin axis is arranged parallel to rotation axis

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