DE19654994C2

DE19654994C2 - Vorrichtung zur Umwandlung einer kreisförmigen Bewegung in eine Hin- und Herbewegung und umgekehrt

Info

Publication number: DE19654994C2
Application number: DE19654994A
Authority: DE
Inventors: Yasuo Yoshizawa
Original assignee: YOSHIKI KOGYO KK
Current assignee: ITRIX CORP., YOKOHAMA, JP
Priority date: 1995-01-13
Filing date: 1996-01-12
Publication date: 2000-08-24
Anticipated expiration: 2016-01-13
Also published as: ATE185186T1; US5887482A; CN1135013A; EP0722054B1; GB2296954B; GB2296954A; MX9600181A; HK1002258A1; EP0722054A1; TW340167B; DE19600953A1; GB9600523D0; DE19600953C2; EP0933561A3; EP0933561A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung einer kreisförmigen Bewegung in eine Hin- und Herbewegung und umgekehrt mit mindestens einem Hebelglied (124, 125, 126, 127) mit einem Führungsglied (128, 129, 130A, 130B, 131A, 131B), welches an einem Ende des Hebelglieds vorgesehen ist und als beweglicher Hebeldrehpunkt fungiert, einem Wirk- oder Kraftpunkt, welcher am anderen Ende vorgesehen ist, und einem Punkt (120, 121) zwischen dem einen und dem anderen Ende des Hebelglieds, der als Kraft- oder Wirkpunkt fungiert und drehbar auf einer Linie angeordnet ist, die ein Drehzentrum eines Drehglieds (122, 123) mit seinem Umfang verbindet. Das Führungsglied weist ein Stützelement (130A, 130B, 131A, 131B) auf, um den beweglichen Hebeldrehpunkt so zu lagern, daß der bewegliche Hebeldrehpunkt in einer Längsrichtung des Hebelglieds (124, 125, 126, 127) bewegt werden kann, wobei das Führungsglied derart ausgebildet ist, daß die Abstände zwischen Kraftpunkt, Wirkpunkt und Hebeldrehpunkt konstant gehalten werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwand lung einer kreisförmigen Bewegung in eine Hin- und Herbewegung und umgekehrt gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Eine derartige Vorrichtung ist bekannt aus der FR 12 50 455, bei der jedoch der Hebeldrehpunkt zwischen Kraftpunkt und Wirkpunkt angeordnet ist. Bei Anwendung dieser Vorrichtung in einer elek trischen Zahnbürste können dadurch große Auslenkungen des Bür stenkopfes erzielt werden.

Nachteilig an dem Stand der Technik gemäß der FR 12 50 455 ist jedoch, daß mit einer derartigen Vorrichtung während eines kom pletten Bewegungszyklusses keine konstante Kraftübertragung si chergestellt werden kann.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 derart weiterzubilden, daß sie den obengenannten Nachteil nicht mehr aufweist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkma len gemäß Anspruch 1.

Aus der JP 4-134-104 A ist eine Vorrichtung bekannt, mit der ebenfalls eine Kreisbewegung in eine Hin- und Herbewegung umge wandelt werden kann. Allerdings gestattet auch die darin be schriebene Vorrichtung keine konstante Kraftübertragung während eines gesamten Bewegungszyklusses.

Aus der nachveröffentlichten DE 44 16 989, angemeldet von der selben Anmelderin wie die vorliegende Erfindung, ist eine Vor richtung zur Umwandlung einer kreisförmigen Bewegung in eine Hin- und Herbewegung und umgekehrt bekannt, bei der jedoch der Hebeldrehpunkt zwischen den zwei Enden des Hebelglieds angeord net ist.

In Fig. 24 ist ein Zylinderabschnitt eines herkömmlichen Vier takt-Hubkolbenmotors dargestellt. Gemäß dem Aufbau dieses Motor ist eine Pleuelstange 4 als Verbindung zwischen einem Kolben 2 und einer Kurbelwelle 3 vorgesehen, um die Hin- und Herbewegung des sich im Zylinder 1 auf- und abbewegenden Kolbens 2 in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umzusetzen. In dieser Figur be zeichnet 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 vermeiden, da der Kolben 2 und die Kurbelwelle 3 über die Pleuelstange 4 miteinander verbunden sind. Insbesondere läßt sich nicht die gesamte mechanische Energie vom Kolben 2 an die Kurbelwelle 3 übertragen, da Reibungswärme durch den seitlichen Schub während des Verlaufs der Hin- und Herbewegung des Kolbens 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 vi briert, tritt zwischen dem Kolben und dem Zylinder, beispiels weise in einem Viertakt-Hubkolbenmotor, seitlicher Schub auf. Aufgrund eines somit durch den seitlichen Schub bedingten Ener gieverlusts muß die Leerlaufdrehzahl des Motors auf ca. 1000 Umdrehungen pro Minute erhöht werden, was zu einem Problem 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 Energiewir kungsgrad eines herkömmlichen Hubkolbenmotors durch eine ge strichelte Linie und derjenige eines Motors mit Z-Mechanismus durch eine durchgezogene Linie dargestellt.

Das späte Ansteigen und frühe Abfallen eines Kolbens, die 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 Energie aufgebraucht.

Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung sind in der folgen den 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 Kombina tionen, die in den nachstehenden Ansprüchen besonders hervor gehoben sind, realisieren und erreichen.

In den beigefügten Zeichnungen, die zusammen mit der voran stehenden allgemeinen Beschreibung und der nachstehenden detaillierten Beschreibung der Erläuterung der Prinzipien der Erfindung dienen, zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht, die einen Teil-Querschnitt eines Aufbaus eines Viertakt-Motors darstellt;

Fig. 2 eine Darstellung einer Ortskurve oder einer Betriebs kurve zur Verdeutlichung des Betriebs entsprechender Teile des in Fig. 1 dargestellten Motors;

Fig. 3 eine Darstellung von Betriebskurven zur Verdeutlichung des Betriebs entsprechender Teile einer Modifikation des in Fig. 1 dargestellten Motors;

Fig. 4 eine Darstellung von Betriebskurven zur Verdeutlichung des Betriebs entsprechender Teile einer weiteren Modi fikation des in Fig. 1 dargestellten Motors;

Fig. 5 eine Kurve, die ein Verhältnis einer Kolbenposition und eines Drehungswinkels einer Kurbelwelle gemäß dem Motor 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 dem Motor 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 Hebelvorrichtung des Typs mit beweglichem äußeren Hebeldrehpunkt und eine Kurbelwelle in dem Motor aus Fig. 1 darstellt;

Fig. 9 eine Tabelle, in der die Charakteristiken eines her kömmlichen Hubkolbenmotors, diejenigen eines Motor mit Z-Mechanismus des Typs mit beweglichem inneren Hebel drehpunkt und diejenigen eines Motors mit Z-Mechanis mus des Typs mit beweglichem äußeren Hebeldrehpunkt miteinander verglichen werden;

Fig. 10 eine Vorderansicht, die einen Querschnitt eines Motors mit Z-Mechanismus des Typs mit beweglichem äußeren Hebeldrehpunkt darstellt;

Fig. 11 eine Draufsicht, die einen Querschnitt des Motors mit Z-Mechanismus des Typs mit beweglichem äußeren Hebel drehpunkt gemäß Fig. 10 darstellt;

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

Fig. 13 eine Vorderansicht, die einen Querschnitt des Motors mit Z-Mechanismus des Typs mit beweglichem äußeren Hebeldrehpunkt darstellt;

Fig. 14 eine Draufsicht, die einen Querschnitt des Motors mit Z-Mechanismus des Typs mit beweglichem äußeren Hebel drehpunkt gemäß Fig. 13 darstellt;

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

Fig. 16 eine Vorderansicht, die einen Querschnitt eines Motors mit Z-Mechanismus des Typs mit beweglichem äußeren Hebeldrehpunkt darstellt;

Fig. 17 eine Vorderansicht, die einen Querschnitt einer prak tisch umgesetzten Form des Motors aus Fig. 10 dar stellt;

Fig. 18 eine Vorderansicht, die einen Querschnitt eines Motors mit Z-Mechanismus des Typs mit beweglichem äußeren Hebeldrehpunkt darstellt;

Fig. 19 eine Seitenansicht, die einen Querschnitt eines Motors mit Z-Mechanismus des Typs mit beweglichem äußeren Hebeldrehpunkt gemäß Fig. 18 darstellt;

Fig. 20 eine perspektivische Ansicht, die einen Motor mit Z- Mechanismus des Typs mit beweglichem äußeren Hebel drehpunkt darstellt;

Fig. 21 eine Ansicht, die schematisch einen Aufbau eines Mo tors mit Z-Mechanismus des Typs mit beweglichem äu ßeren Hebeldrehpunkt darstellt;

Fig. 22 eine Ansicht, die schematisch einen Aufbau eines Mo tors mit Z-Mechanismus des Typs mit beweglichem äu ßeren Hebeldrehpunkt darstellt;

Fig. 23A und 23B Ansichten, die schematisch einen Aufbau einer Flugvor richtung darstellen, die unter Verwendung einer Vor richtung zur Umwandlung einer kreisförmigen Bewegung in eine Hin- und Herbewegung und umgekehrt gemäß vor liegender Erfindung gebildet ist; und

Fig. 24 eine Ansicht, die schematisch einen herkömmlichen Hub kolbenmotor darstellt.

Die in den Ansprüchen beanspruchte Erfindung ist in den Fig. 23a und 23b dargestellt. Die Fig. 1 bis 22 und Fig. 24 sowie die dazugehörige Beschreibung sind nicht Gegenstand der Erfin dung wie in den Ansprüchen beansprucht, sondern geben nur Hin tergrundinformation sowie Erklärungen zur Erfindung, um deren Tragweite zu erfassen.

Fig. 1 ist eine Querschnittsdarstellung, die den gesamten Aufbau eines Viertakt-Motors zeigt mit einem Aufbau, in dem ein säulen förmiger Kolben 12 in einem Zylinder 11 in horizontaler Position eingesetzt ist, und vertikal einander gegenüberliegende Wand oberflächenelemente 13 und 14 in einem Kerbenabschnitt in einer mittleren Position des Kolbens 12 ausgebildet sind. Zylinderköp fe 11A und 11B sind jeweils an beiden Enden des Zylinders 11 vorgesehen, und der Zylinder 11 ist mit einer Zündkerze und Einlaß- und Auslaßventilen versehen, die in der Figur nicht dargestellt sind. Nicht dargestellte Kolbenringe sind an einer äußeren Wand in der Nähe beider Enden des Kolbens 12 vorgesehen, wodurch eine Abdichtung 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 Hebel gliedes 18 gelagert, das als Kraftpunkt dieses Gliedes 18 fun giert und zwischen den Wandoberflächen der Elemente 13 und 14 nach unten ragt. Die Wandoberflächen der Elemente 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 wer den 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 dieser Art ist es möglich, eine stabile Drehung der Kurbelwelle 22 mit einer geringeren Drehzahl von 100 Drehun gen pro Minute oder weniger aufrechtzuerhalten, während gleich zeitig 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 Kraftfahrzeug eingebaut ist, und die Effi zienz der axialen Ausgangsleistung wird somit erheblich ver bessert.

In den Fig. 2, 3 bzw. 4 sind Ortskurven der Bewegung des Dreh zentrums 17c der Drehrolle 17 als Kraftpunkt des Hebelglieds 18, des Drehzentrums 21c der Drehrolle 21 als Hebeldrehpunkt und eines Verbindungspunkts 22c der Kurbelwelle 22 als Wirkpunkt in dem Motor aus Fig. 1 dargestellt. In den Fig. 2 und 4 sind Bei spiele gezeigt, in denen das Verhältnis des Abstands zwischen dem Hebeldrehpunkt 21c und dem Kraftpunkt 17c zum Abstand zwi schen dem Hebeldrehpunkt 21c und dem Wirkpunkt 22c 2 : 1 beträgt. In Fig. 3 ist ein Beispiel gezeigt, in dem das Verhältnis des Abstands zwischen dem Hebeldrehpunkt 21c und dem Kraftpunkt 17c zum Abstand zwischen dem Hebeldrehpunkt 21c und dem Wirkpunkt 22c 4 : 1 beträgt. Wie diesen Darstellungen zu entnehmen ist, bewegt sich der Wirkpunkt 22c auf einem absoluten Kreis ent sprechend einer abgeplatteten kreisförmigen Bewegung des Kraft punkts 17c, während der bewegliche Hebeldrehpunkt 21c eine lineare Hin- und Herbewegung entlang de Längsrichtung des He belglieds 18 ausführt.

In Fig. 5 ist eine Kurve gezeigt, in der eine durchgezogene oder ununterbrochene Linie ein Verhältnis zwischen dem Kolbenhub und dem Drehwinkel des in Fig. 1 gezeigten Motors darstellt. Dieses durch die durchgezogene Linie 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 verdichteten Kraftstoffgas ausgeführt wird, wodurch ein maximale Verbrennungsdruck entsteht. Andererseits wird während des Ausdehnungsverlaufs im Anschluß an die 180°- Stellung ein schneller Hub des Kolbens 12 verhindert, so daß der Verbrennungsdruck 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 die Zündung mit einem ausreichend verdichteten 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 des in Fig. 1 gezeigten Motors bewegt, wobei seine Hübe eine absolute Sinuskurve bilden.

Fig. 8 erleichtert eine Analyse des in Fig. 1 gezeigten Betriebs 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 Zylinders 11 ist mit y bezeichnet, L1 stellt den Abstand zwischen dem Wirk punkt 22c und dem Drehzentrum 21c der Drehrolle 21 als bewegli chem Hebeldrehpunkt des Hebelglieds 18 dar, L2 bezeichnet einen Abstand zwischen dem Kraftpunkt 17c und dem mit der Kurbelwelle 22 verbundenen Wirkpunkt 22c, r stellt einen Drehradius der Kurbelwelle 22 dar, α bezeichnet einen Winkel zwischen dem He belglied 18 und der Kurbelwelle 22, und θ stellt einen Drehwin kel der Kurbelwelle 22 dar.

Genauer gesagt läßt sich der Hub y des Kolbens 12 des in Fig. 1 dargestellten Motors 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 Glei chung nur durch lineare Terme von θ ausgedrückt, und bildet da her eine absolute Sinuskurve, wie durch die durchgezogene Linie in Fig. 5 dargestellt. Somit ist der Hub des Kolbens 12 ein idealer, so daß eine im Inneren des Zylinders 11 erzeugte Wärme energie 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 Bei behaltung des Phasenunterschieds von 180° angetrieben und ver schoben, dann heben sich die von den Kolben erzeugten Schwin gungen auf und die Motoren können daher eine geräuscharme Motor einheit 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 als Mechanismus zur Übertragung von Kraft vom Kolben an die Kurbelwelle verwen det wird, mit den Motorcharakteristiken eines Motors mit einer herkömmlichen Pleuelstange und denjenigen eines Motors, bei dem als Kraftübertragungsmechanismus ein Hebelglied verwendet wird, das mit einem inneren Hebeldrehpunkt gemäß einer früheren Anmel dung desselben Erfinders (nämlich der japanischen Patentanmel dung Nr. 6-49506, deren Priorität für die deutsche Patentanmel dung P 44 16 989 in Anspruch genommen 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-)Bohrungsdurchmesser von 86 mm hat und mit einer Drehzahl von 3000 Umdrehungen pro Minute arbeitet. Zur Vereinfachung der nachstehenden Erläuterung werden die Motoren mit dem oben genannten Hebelmechanismus als Motor mit Z-Mecha nismus des Typs mit innerem Hebeldrehpunkt und Motoren mit Z-Me chanismus des Typs mit äußerem Hebeldrehpunkt bezeichnet.

Wie aus Fig. 9 zu erkennen ist, erreicht ein Leistungsverlust aufgrund von seitlichem Schub der Kolben in einem herkömmlichen Motor ca. 19% der angegebenen Leistung, während derjenige des Z-Motors des Typs mit innerem Hebeldrehpunkt der vorhergehenden Anmeldung ca. 8,6% beträgt, was ein auf ungefähr die Hälfte des Leistungsverlusts des herkömmlichen Motors verringerter Wert ist. Bei dem Z-Motor des Typs mit äußerem Hebeldrehpunkt ist der Leistungsverlust bemerkenswert gering, d. h. 2,7%. Der Begriff "indizierte Leistung" bezeichnet eine Arbeitslast, die durch Subtraktion eines Ausstoßverlusts und eine Wärmeverlusts von ei ner Verbrennungsleistung bestimmt wird. Da bei dem Z-Motor des Typs mit äußerem Hebeldrehpunkt die Verschiebung des Kraftpunk tes, durch den der Kolben zu seiner Bewegung angetrieben wird, während der Bewegung des Kolbens klein ist, ist das Moment, durch das der Kolben gedreht wird, klein, und der Reibungs koeffizient ist klein, so daß der seitliche Schub auf einen sehr kleinen Betrag verringert 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 Wärmeerzeu gungs-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 Verlust von der in der Figur angegebenen Arbeitslast subtrahiert wird. Wenn die durch einen seitlichen Schub bedingte Arbeitslast auf einen Wert von 85% eines mechanischen Verlusts geschätzt wird, be trägt der mechanische Verlust 17,25 PS. Dieser mechanische Ver lust wird von der in der Figur angegebenen Arbeitslast abgezo gen, woraus sich eine effektive Arbeitslast von 62,7 PS berech net. Die Berechnung erfolgt unter der Annahme, daß der mecha nische Verlust eines Z-Motors des Typs mit äußerem Hebeldreh punkt und ohne Arbeitslast eines seitlichen Schubs gleich demje nigen eines herkömmlichen Motors ist.

Eine Verlustleistung (J) aufgrund von seitlichem Schub ist in Fig. 9 besonders auffällig. Diese Leistung beträgt vorliegend Erfindung 66,0, was offensichtlich im Vergleich zu einem her kömmlichen Motor auf 15% verringert ist. Im Vergleich zu einem Motor mit Z-Mechanismus des Typs mit innerem Hebeldrehpunkt gemäß der früheren Anmeldung ist die Verlustleistung aufgrund von seitlichem Schub auf ca. 1/3 verringert.

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 verwendet wird, bezüglich der effektiven Leistung eines herkömmlichen Motors als Referenz von 1,00. Somit wird eine Steigerung von 25% im Vergleich zu einem herkömmlichen Motor erzielt.

Des weiteren liegt das Gewicht eines Motors mit Z-Mechanismus des Typs mit äußerem Hebeldrehpunkt 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, nämlich 450 mm × 550,0 mm × 420,0 mm.

Der Motor mit Z-Mechanismus des Typs mit äußerem Hebeldrehpunkt erreicht eine Leistung (pro Gewichtseinheit) von 1,47 PS/kgf bei einer Drehzahl von 6500 Umdrehungen pro Minute, während der her kömmliche Motor eine Leistung (pro Gewichtseinheit) von nur 0,97 PS/kgf bei einer Drehzahl von 6500 Umdrehungen pro Minute er reicht.

Außerdem hat die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung einen rever siblen Mechanismus, und kann als Pumpe zur Kompression und Zu führung einer Flüssigkeit oder eines Gases verwendet werden, wenn ein (nicht dargestellter) Elektromotor mit der Kurbelwelle 22 verbunden ist, um diese Kurbelwelle zu drehen und anzutrei ben, um auf diese Weise den Kolben 12 im Zylinder 11 in eine Hin- und Herbewegung zu versetzen.

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

In den Fig. 10, 11 und 12 ist in verschiedenen Ansichten sche matisch der Aufbau eines Zweitaktmotors dargestellt, 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 Zweitaktmotors eine Einlaßöffnung 31 und eine Auslaßöffnung 32 vorgesehen. Ein Zylinderkopf 33 ist an einem oberen Ende des Zylinders 30 vorgesehen. Die Einlaßöffnung 31 ist mit einem Vergaser 31a verbunden, der über ein im Motorblock 41 ausgebildetes Kurbelgehäuse 41A am Motorblock 41 befestigt ist. Schmieröl wird zusammen mit Kraftstoff durch Einspritzen eines Kraftstoff/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 Führungswände 35a und 35b ausgebildet sind, die in einer Richtung senkrecht zur Mittelachse des Kolbens 34 verlaufen. Eine Drehrolle 37 ist zwischen den Führungsplatten 35a und 35b in einer Richtung senk recht 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 Füh rungsplatten 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 Führung platten 42a und 42b fungieren zusammen mit der Drehrolle 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 befestigt. Der Stift 44 steht mit einer Exzenterscheibe 46 in Eingriff, 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 Dich tungsring ist auf einem Umfang des Kolbens 34 vorgesehen, wo durch eine Abdichtung bezüglich eines Kraftstoff-Öl-Gemisches gewährleistet ist.

In dem in den Fig. 10 bis 12 dargestellten Motor ist das Hebel glied 38 durch ein Führungsglied eines beweglichen Hebeldreh punkts mit demselben Aufbau wie in dem in Fig. 1 dargestellten Motor gelagert, und der Wirkpunkt des Hebelglieds 38 ist drehbar über den Stift 44 mit der Kurbelöffnung der Exzenterscheibe 46 verbunden.

Im einzelnen ausgedrückt: Wenn bei diesem Zweitaktmotor ein durch den Vergaser 31a eingeführtes Gasgemisch während des Einlaß- und Verdichtungsvorgangs verdichtet und durch eine (nicht dargestellte) Zündkerze in der Nähe eines oberen Tot punktes des Kolbens gezündet wird, dehnt sich das Verbrennungs gas aus, wodurch der Kolben 34 nach unten gedrückt wird. Diese Bewegung des Kolbens 34 wird über die Rolle 37 an ein Hebelglied 38 mit einem äußeren Hebeldrehpunkt übertragen und wird dann über den Stift 44 an die Exzenterscheibe 46 übertragen, die diese Bewegung in eine Drehbewegung umwandelt und die Bewegung an die Haupt-Drehwelle 45 überträgt.

Wenn der Kolben 34 in dem Motor 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 ansonsten durch die Reak tion des Hebelgliedes 38 verursacht wird, da der Kolben 34 und das Hebelglied 38 über das Führungsglied des beweglichen Kraft punkts, 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 Energie verlust im Vergleich zu einem herkömmlichen Motor erheblich ver ringert. Auf dieselbe Art und Weise ist der bewegliche Hebel drehpunkt des Hebelglieds 38 durch die Führungsplatten 42a und 42b und die Drehrolle 43 gelagert, die miteinander kombiniert sind, um als Führungsglied des beweglichen Hebeldrehpunkts zu fungieren. Daher wird die Hin- und Herbewegung des Kolbens 34 mit geringeren Verlusten 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 Hauptteil des Kolbens 34 aus einem keramischen Werkstoff hergestellt wer den. Da außerdem der seitliche Schub (des Kolbens) gering ist, werden Energieverluste verringert, so daß die Leerlaufgeschwin digkeit 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 Dreifache desjenigen eines herkömmlichen Motors beträgt. Obwohl es bekannt ist, daß ein herkömmlicher Hubkolbenmotor nur einen Wärmewir kungsgrad von 20% aufgrund des mechanischen Verlusts ein schließlich des seitlichen Schubs des Kolbens erzielt, kann dieser Motor zu einer starken Verringerung der mechanischen Verluste führen. Unter der Annahme, daß zum Beispiel ein me chanischer Verlust von 10% wiedergewönnen wird, kann ein hoher Wärmewirkungsgrad von 50% oder mehr erreicht werden, 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 ein Motor dargestellt, bei dem ein Zylinder 30 und ein Kolben 34 verwendet werden, und der mit Hebelgliedern 38A und 38B in Verbindung mit dem Kolben 34 ver sehen ist. Diejenigen Bauteile aus den Fig. 13 bis 15, die mit denjenigen des in den Fig. 10 bis 12 dargestellten Motors kor respondieren, tragen gleiche Bezugsziffern, und auf diese Bau teile wird nachstehend entweder überhaupt nicht oder nur kurz eingegangen.

In dem in den Fig. 13 bis 15 dargestellten Motor werden eine oder beide Haupt-Drehwellen 45A und 45B von einem (nicht dar gestellten) Startermotor gedreht, so daß sich zum Beispiel der Kolben 34 im Zylinder 30 in die Nähe des in der Figur gezeigten oberen Totpunkts bewegt, wodurch ein Kraftstoff-Gas-Gemisch verdichtet wird. Wenn in diesem Zustand das Kraftstoff-Gas- Gemisch durch eine (nicht dargestellte) Zündkerze 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 Kraftpunkt-Führungsglieder je weils im Uhrzeigersinn bzw. entgegen den Uhrzeigersinn gedreht, wobei die Komponenten 42aA, 42bA, und 43A sowie die Komponenten 42aB, 42bB, und 43B als bewegliche Hebeldrehpunkte angeordnet sind. Die Komponenten 42aA, 42bA und 43A bilden ein Führungs glied eines beweglichen Hebeldrehpunkts, während die Komponenten 42aB, 42bB und 43B ebenfalls ein weiteres Führungsglied des beweglichen Hebeldrehpunkts bilden. Wenn die Hebelglieder 38A und 38B in die oben genannten Richtungen gedreht werden, werden die Haupt-Drehwellen 45A und 45B durch die Stifte 44A bzw. 44B jeweils entgegen den Uhrzeigersinn bzw. im Uhrzeigersinn ge dreht. Als Folge bewegt sich der Kolben 34 im Zylinder 30 in die Nähe des unteren Totpunkts in den Figuren, wodurch der Ausstoß vorgang abgeschlossen ist und eine Vorverdichtung eines einge saugten Gases gleichzeitig im Kurbelgehäuse 41A erfolgt. Während dieser Vorgang wiederholt stattfindet, kann der Zweitaktmotor die kontinuierliche Drehung von selbst, ohne Unterstützung durch den Startermotor, aufrechterhalten. Folglich können zwei Aus gänge in Form einer Drehung in entgegengesetzten Richtungen durch zwei Haupt-Drehwellen 45A und 45B auf der Grundlage eines einzigen Zylinders 30 und eines einzigen Kolbens 34 erhalten werden.

In Fig. 16 ist ein Viertaktmotor vom horizontalen koaxialen Typs dargestellt, bei dem Zylinderköpfe 51A und 51B jeweils an beiden Enden eines horizontal angeordneten 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 Kraftpunkte 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 eingefügt ist, und einem Stift 59A, der das Hebelglied mit der Rolle 58A verbindet. Das Hebelglied 56A ist an seinem Zwischenpunkt über einen Stift 60A mit einer Kurbelwelle 61A verbunden.

Das Hebelglied 56B hat ein anderes Ende, das durch ein Führungs glied eines beweglichen Hebeldrehpunkts mit einer Drehrolle 58B, die zwischen einem Paar Führungsglieder 57B eingesetzt ist, und einem Stift 60B, der das Hebelglied 56B mit der Rolle 58B ver bindet, gelagert ist. Das Hebelglied 56B ist an seinem Zwischen punkt über einen Stift 60B mit einer Kurbelwelle 61B verbunden.

Die mit den im Kurbelgehäuse 69 enthaltenen Hebelgliedern 56A und 56B verbundenen Kurbelwellen 61A und 61B sind beispielsweise über einen (nicht dargestellten) Riemen und eine Rolle mit Noc kenwellen verbunden, um auf diese Weise auf Nockenwellen ange ordnete Nocken anzutreiben. Die Nocken treiben in vorbestimmten Takten Einlaßventile 62A und 62B sowie Auslaßventile 63A und 63B, die auf den Zylinderköpfen 51A bzw. 51B vorgesehen sind, um auf diese Weise vier Zyklen eines Viertaktmotors, d. h. Ausdeh nen, Ausstoßen, Ansaugen und Verdichten zu erzielen. Als Folge werden von den Kurbelwellen 61A und 61B zwei durch Pfeile in Fig. 16 angedeutete horizontale synchronisierte Ausgänge mit umgekehrter Drehrichtung erzeugt.

Da es sich bei dem in Fig. 16 gezeigten Motor im Grunde genommen um denselben Motor, wie in Fig. 10 dargestellt, handelt, wurde auf eine Erläuterung des Betriebs des Motors aus Fig. 16 ver zichtet. 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 vorgesehenen Hebelglieder 56A und 56B als Antriebsmechanismus für die Ein laßventile 62A und 62B sowie für die Auslaßventile 63A und 63B verwendet wird.

In Fig. 17 ist ein Motor mit einem Aufbau dargestellt, der im wesentlichen dem Aufbau des in Fig. 16 dargestellten Motors entspricht. Der Motor gemäß Fig. 17 ist jedoch so ausgelegt, daß er für die praktische Produktion weitaus besser geeignet und auch kompakter als der Motor gemäß Fig. 16 ist. Des weiteren unterscheidet sich der Motor aus Fig. 17 von demjenigen 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, wes halb sie hierin nicht weiter beschrieben sind.

In den Fig. 18 und 19 ist ein Motor dargestellt, in der der grundlegende Aufbau des in Fig. 1 gezeigten Motors in zwei Gruppen verwendet wird, um auf diese Weise Ausgänge von zwei Kolben als eine durch einen einzige Kurbelwelle 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 ver wendet und ein weiterer herausragender Abschnitt der Kurbelwelle ist über einen Riemen 79 und eine Scheibe 80 als Verbindungs elemente mit einer nicht dargestellten Nockenwelle und einem Antriebszahnrad 82 eines Startermotors verbunden, um auf diese Weise auf der Nockenwelle angeordnete Nocken anzutreiben. Die Nocken treiben in vorbestimmten Zeittakten Einlaß- und Auslaß ventile, die auf den Zylinderköpfen angeordnet sind, um auf diese Weise vier Zyklen eines Viertaktmotors zu erzielen, näm lich Ausdehnen, Ausstoßen, Ansaugen und Verdichten.

In Fig. 20 ist schematisch und perspektivisch ein Motor dar gestellt, der zwei grundlegende Strukturen verwendet, die mit dem in Fig. 17 dargestellten Grundaufbau korrespondieren, um drei Drehungs-Ausgänge zu erhalten. Daher tragen die Kompo nenten, die auch in Fig. 17 dargestellt sind, dieselben oder ähnliche Bezugsziffern und im folgenden wurde auf eine de taillierte Beschreibung dieser Komponenten verzichtet.

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 Rol len 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 gela gert, die ein Führungsglied für einen beweglichen Hebeldrehpunkt bilden, so daß sich dieser Hebeldrehpunkt frei entlang der Plat ten 57B1 bewegen kann. Daher wird das Schwing-Drehmoment des Hebelglieds 56B1 in eine Drehung einer Kurbelwelle 60B1 umgewan delt, und als durch einen Pfeil gekennzeichnete 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 Motoren sind Beispiele, in denen eine Hin- und Herbewegung eines Kolbens über eine Hebelvorrichtung des Typs mit beweglichem äußeren Hebeldrehpunkt an eine Kurbel vorrichtung übertragen wird und dann als Drehbewegung von einem Hebeldrehpunkt auf halber Strecke des Hebelglieds abgenommen wird. Ist das Hebelglied dieser Hebelvorrichtung über die Posi tion des beweglichen äußeren Hebeldrehpunkts hinaus verlängert und ein Führungsglied eines beweglichen Wirkpunkts, das aus ei nem Paar Führungsplatten und einer Rolle zusammengesetzt ist, auf dem oberen Ende des verlängerten Hebelglieds ausgebildet, so daß beispielsweise ein Kolben einer Pumpe durch das Wirkpunkt- Führungsglied hin- und herbewegt wird, können zwei mechanische Ausgangsleistungen unterschiedlichen Typs von einem Motor abge nommen werden.

Fig. 21 zeigt schematisch den Aufbau eines Beispiels eines der artigen Motors wie voranstehend beschrieben. Die Hin- und Herbe wegung eines in einen Zylinder 90 eingesetzten Kolbens 91 mit demselben Aufbau wie in Fig. 1 wird über ein Kraftpunkt-Füh rungsglied, 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 Kurbelwel le 95 umgewandelt. Ein anderes Ende des Hebelglieds 93 ist durch ein Führungsglied eines beweglichen Hebeldrehpunkts 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 verlängerten Ende des Hebel glieds 93 befestigt. Diese Rolle 98 ist zwischen Führungsplatten 99A und 99B eingefügt, und fungiert daher als Wirkpunkt-Füh rungsglied. 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 äußeren 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 Führungs glied eines beweglichen Wirkpunkts, bestehend aus dem Paar Füh rungsplatten 99A, 99B und der Rolle 98, auf dem verlängerten oberen Ende des Hebelglieds 93 derart ausgebildet, daß der Kol ben einer Pumpe durch das Führungsglied des Wirkpunkts hin- und herbewegt wird. Daher können von einem Motor mechanische Aus gangsleistungen zweier verschiedener Arten extrahiert werden.

In dem in Fig. 18 dargestellten Motor wird die Hin- und Herbe wegung zweier Kolben, die jeweils in zwei parallel zueinander angeordneten Zylindern eingesetzt sind, durch Hebelvorrichtungen eines Typs mit beweglichem äußeren Hebeldrehpunkt auf Kurbel stifte übertragen, die unterschiedliche Drehphasen haben und mit einer einzigen Kurbelwelle verbunden sind, um auf diese Weise eine einzige Ausgangsleistung zu erhalten. Zwei Zylinder können jedoch im Abstand zueinander angeordnet werden und eine einzige Ausgangsleistung kann von den Zylindern auf eine Weise, die sich von derjenigen des Motors 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 ersten Hebel glieds 108 befestigt. Eine Rolle 109 ist zwischen den Führungs platten 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 Kol ben 103, 104 über die Führungsglieder des beweglichen Kraft punkts, 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 Führungsplatten 113A und 113B sowie dem Paar Führungsplatten 114A und 114B bestehen, gelagert sind, wird eine lineare Bewegung der Kolben 103 und 104 geglät tet in eine Drehbewegung eines Kurbelstifts 116 einer Kurbelwel le 115 umgewandelt.

Alle voranstehenden Motoren betreffen eine Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine lineare Hin- und Her bewegung und umgekehrt. Die vorliegende Erfindung betrifft jedoch eine Vorrichtung zur direkten Umwandlung einer Drehbe wegung in eine Hin- und Herbewegung eines Hebelglieds, wie es in der folgenden Ausführungsform erläutert 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 Positionen verbunden sind, die um einen vorbestimmten Abstand von den Enden dieser Hebelglieder 124, 125 entfernt sind. Andere 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 Hebel drehpunkte. Die Rolle 128 ist drehbar und beweglich zwischen zwei parallelen Führungsplatten 130A und 130B gelagert, während die Rolle 129 drehbar und beweglich zwischen zwei parallelen Führungsplatten 131A und 131B gelagert ist. Alle diese Komponen ten, 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 Hebelglie der 124, 125, 126 und 127 wie ein Flugobjekt geformt, beispiels weise die Flügel einer Libelle.

Bei diesem Aufbau werden, wenn die Drehwellen 120 und 121 durch Zuführung elektrischen Stroms an einen nicht dargestellten Elek tromotor in Drehung versetzt werden, die Hebelglieder 124 und 125 um die Achsen der Rollen 128 und 129 hin- und hergeschwun gen, wobei die Wellen die Drehzentren bilden. Da die Rollen 128 und 129 drehbar und beweglich zwischen den Führungsplatten 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 Hebelglieder 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 Beschreibung unberücksichtigt.

Claims

1. Vorrichtung zur Umwandlung einer kreisförmigen Bewegung in eine Hin- und Herbewegung und umgekehrt mit:
mindestens einem Hebelglied (124; 125; 126; 127), mit einem Führungsglied (128, 130A, 130B; 129, 131A, 131B), welches als beweglicher Hebeldrehpunkt fungiert und ein Stützele ment (130A, 130B; 131A, 131B) aufweist, um den beweglichen Hebeldrehpunkt so zu lagern, daß der bewegliche Hebeldreh punkt in einer Längsrichtung des Hebelglieds (124; 125; 126; 127) bewegt werden kann, einem Wirk- oder Kraftpunkt, welcher an einem Ende des Hebelglieds (124; 125; 126; 127) vorgesehen ist, und einem Punkt (120; 121) auf dem Hebel glied (124; 125; 126; 127), der als Kraft- oder Wirkpunkt fungiert und drehbar auf einer Linie angeordnet ist, die ein Drehzentrum eines Drehglieds (122; 123) mit seinem Umfang verbindet,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Führungsglied an einem Ende des Hebelglieds (124; 125; 126; 127) vorgesehen ist und der Punkt (120; 121) zwischen dem einen und dem anderen Ende des Hebelglieds (124; 125; 126; 127) angeordnet ist, wobei das Führungs glied und die Verbindung von Hebelglied (124; 125; 126; 127) und Punkt (120; 121) derart ausgebildet ist, daß die Abstände zwischen Kraftpunkt, Wirkpunkt und Hebeldrehpunkt konstant gehalten werden.

2. Flugvorrichtung mit einer Vielzahl von Vorrichtungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Hebelgliedern (124, 125, 126, 127) als Flügel der Flugvorrichtung verwendet werden, wobei die Hebelglieder (124, 125, 126, 127) symmetrisch zueinander angeordnet sind und die Vielzahl von Drehgliedern (122; 123) Ausgangswellen aufweisen, die jeweils mit den Kraft punkten verbunden sind, und die Flugvorrichtung weiterhin eine Vorrichtung (120; 121) zum Treiben der Vielzahl von Drehgliedern synchron zueinander aufweist.