DE2253563A1

DE2253563A1 - PISTON DIESEL ENGINE

Info

Publication number: DE2253563A1
Application number: DE19722253563
Authority: DE
Inventors: Gerhard Mederer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-11-02
Filing date: 1972-11-02
Publication date: 1974-05-16

Description

Hubkolben-Dieselmotor Die Erfindung bezieht sich auf einen Hubkolben-Dieselmotor mit Pleuelstangenantrieb der Kurbelwelle. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, einen derartigen Motor so auszubilden, daß bei verhältnismäßig gedrängter Bauweise die Leistung beachtlich gesteigert wird. Reciprocating Diesel Engine The invention relates to a reciprocating diesel engine with connecting rod drive of the crankshaft. It is based on the task of one to train such a motor that with a relatively compact design Performance is increased considerably.

Das erstrebte Ziel wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der Kolben kreisbogenförmig ausgebildet und mittels eines vom Krümmungsmittelpunkt des Kolbens radial verlaufenden, um diesen Mittelpunkt schwenkbeweglichen Radialarmes im zugehörigen Zylinder geführt ist und daß die die Kraft auf die zur belwelle übertragende Pleuelstange am Radialarm angelenkt ist, wobei der Winkel zwischen dem vom Krümmungsmittelpunkt zur Pleuelstangenschwenkachse verlaufenden Radiusvektor und der Pleuelstangenlängsachse im oberen und unteren Totpunkt zwischen 10° und 90° liegt, vorzugsweise 41° beträgt. Dabei empfiehlt es sich, die Plewelstangenschwenkachse etwa halb so weit vom Krümmungsmittelpunkt entfernt zu halten wie die Kolbenlängsachse vom Krümmungsmittelpunkt. Von besonderem Vorteil ist es, den Kolben als Doppelkolben auszubilden, wobei die Zündung des einen Kolbens in der oberen Totpunktlage und die Zündung des anderen Kolbens in der unteren Totpunktlage erfolgt.The aim is achieved according to the invention in that the piston is designed in the shape of a circular arc and by means of one from the center of curvature of the piston radially extending radial arm pivotable about this center point is guided in the associated cylinder and that the force is transmitted to the belwelle Connecting rod is hinged on the radial arm, the angle between that of the center of curvature to the connecting rod pivot axis and the connecting rod longitudinal axis in the upper and lower dead center is between 10 ° and 90 °, preferably 41 °. It is recommended that the connecting rod pivot axis be about half as far from the center of curvature to be kept away like the piston longitudinal axis from the center of curvature. It is particularly advantageous to design the piston as a double piston, the Ignition of one piston in top dead center and ignition of the other Piston takes place in the bottom dead center position.

Im übrigen empfiehlt es sich, die Ausbildung so zu treffen, daß zwei symmetrisch zu der rechtwinklig auf der Radialarmschwenkachse an der Durchtrittsstelle der Radialarmlängsachse errichteten Ebene angeordnete Pleuelstangen vorgesehen sind.In addition, it is advisable to make the training so that two symmetrical to that at right angles on the radial arm pivot axis at the point of passage the radial arm longitudinal axis arranged level arranged connecting rods are provided.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Konstruktion wird die Kraft auf das Pleuel, herrührend fom Verbrennungsdruck auf den Kolben im Bereich des oberen Totpunktes und des unteren Totpunktes, etwa auf das Dreifache verstärkt. Diese Verstärkung ergibt sich zum einen durch die Anlenkung der Pleuelstange am Radialarm mit der halben Entfernung des Kolbens vom Krümmungsmittelpunkt, zum anderen durch den Winkel zwischen Pleuelstange und Radiusvektor vom Krümmungsmittelpunkt zur Anlenkstelle der Pleuelstange.Due to the construction according to the invention, the force on the Connecting rod resulting from the combustion pressure on the piston in the area of top dead center and the bottom dead center, amplified about three times. This reinforcement results on the one hand from the articulation of the connecting rod on the radial arm with the half distance of the piston from the center of curvature, to the other by the angle between connecting rod and radius vector from the center of curvature to the articulation point the connecting rod.

Nach der Zündung steigt der zwischen dem Radiusvektor und der Pleuelstangenlängsachse gebildete Winkel bis auf 900 an. Zugleich geht aber auch der Verbrennungsdruck stark zurück. Somit steht in demjenigen Bereich, in welchem der meiste Brennstoff verbrennt, die höchste Kraft zur Verfügung. Bei der weiteren Bewegung des Kolbens vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt geht die Kraft am Pleuel vom zweifachen Verbrennungsdruck am Kolben wieder auf den dreifachen Wert über.After ignition, the between the radius vector and the longitudinal axis of the connecting rod increases formed angles up to 900. At the same time, however, the combustion pressure is also strong return. Thus, in the area in which most of the fuel burns, the highest force available. With the further movement of the piston from the top Dead center to bottom dead center is the force on the connecting rod from twice the combustion pressure on the piston again to three times the value.

Das Verhältnis vom Kolbenhub zum Kolbendurchmesser kann trotz gedrängter Bauweise zu 4 : 1 und sogar darüber gewählt werden.The ratio of the piston stroke to the piston diameter can be reduced despite being more compact Construction method to 4: 1 and even more can be chosen.

Hierdurch ergibt sich eine hohe Wirtschaftlichkeit bei langem Hub und damit großer Füllung.This results in a high level of economy with a long stroke and therefore great filling.

Durch die Ausbildung als Doppelkolben wird erreicht, daß bei einer Umdrehung der Kurbelwelle zwei Zündungen des Doppelkolbens erfolgen. Hierdurch ergibt sich eine verhältnismäßig gute Durchzugskraft.By training as a double piston is achieved that with a Rotation of the crankshaft, two ignitions of the double piston take place. This results in relatively good pulling power.

Die Führung des Kolbens mittels des Radialarmes bringt die bisher übliche Kolbenführung mittels des Kolbenmantels an der Zylinderwand in Fortfall. Infolgedessen kann keine Abnutzung zwischen Kolbenmantel und Zylinderwand erfolgen. Ein Festfressen des Kolbens ist praktisch ausgeschlossen. Weil keine Reibungserwärmung zwischen Kolben und Zylinder auftritt, kann die Kolbengeschwindigkeit beachtlich hoch gewählt werden. Hinzukommt, daß der Zylinder völlig geschlossen ist, so daß das Abdichtproblem entfällt.The guidance of the piston by means of the radial arm brings the hitherto The usual piston guide by means of the piston jacket on the cylinder wall is no longer available. As a result, there can be no wear between the piston skirt and the cylinder wall. Seizing of the piston is practically impossible. Because no frictional heating occurs between the piston and cylinder, the piston speed can be considerable be chosen high. In addition, the cylinder is completely closed, so that the sealing problem is eliminated.

Insbesondere deswegen, weil der Kolben im Zylinder nicht geführt wird, kann ein verhältnismäßig hoher Verbrennungsdruck von mehr als 100 atü zugelassen werden. Gerade diese Tatsache führt zur erstrebten Verbesserung des Wirkungsgrades.Especially because the piston is not guided in the cylinder, A relatively high combustion pressure of more than 100 atmospheres can be permitted will. It is precisely this fact that leads to the desired improvement in efficiency.

Durch Zulassung verhältnismäßig hoher Verdichtung wird der Kraftstoff schnell und sehr vollkommen verbrannt, so daß-der Energieverlust durch die Abgase verhältnismäßig niedrig liegt.By allowing relatively high compression, the fuel becomes burned quickly and very completely, so that-the loss of energy through the exhaust gases is relatively low.

Es ist anzustreben, den Zylinder nicht zu kühlen, so daß möglichst wenig Wärme vom Zylinder abgezogen wird. Infolgedessen sind die Wärmeverlusté-verhältnismäßig gering, was gleichfalls zur Steigerung des Wirkungsgrades beträgt.The aim is not to cool the cylinder, so that as possible little heat is drawn from the cylinder. As a result, the heat losses are é-proportional low, which is also used to increase the efficiency.

Von Bedeutung ist es auch noch, daß der Kolben infolge des Fortfalles der Führung an der Zylinderwand nicht geschmiert zu werden braucht. Damit entfallen auch die Verbrennungsrückstände vom Schmierstoff.It is also important that the piston as a result of the omission the guide on the cylinder wall does not need to be lubricated. This does not apply also the combustion residues from the lubricant.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung erläutert, die ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Es zeigen: Fig. 1 den Motor im Längsschnitt entlang der Linie I-I in Fig. 2, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1.The invention is explained below with reference to the drawing, which illustrates an embodiment. 1 shows the engine in longitudinal section along the line I-I in FIG. 2, FIG. 2 shows a section along the line II-II in FIG Fig. 1, FIG. 3 shows a section along the line III-III in FIG. 1.

Der Kolben 1 ist hohl gehalten und als Doppelkolben ausgebildet.The piston 1 is kept hollow and designed as a double piston.

An seinen Stirnseiten ist er bei 2 und 3 verschlossen. Sein Krümmungsrnittelpunkt ist mit 4 bezeichnet. Etwa auf halber Länge weist der Kolben 1 eine zum Krümmungsmittelpunkt 4 gerichtete Gabel 5 auf, an welcher das freie Ende 6 des Radialarmes 7 mittels Bolzen 8 befestigt ist. Der Radialarm 7 ist schwenkbeweglich auf dem l-Iohlzapfen 9 gelagert, der in den Gehäusewänden 10, 11 fest eingesetzt ist. Der Hohlzapfen 9 ist koaxial zum Krümmungsmittelpunkt 4 angeordnet. Somit läuft seine Achse 4', die zugleich die Schwenkachse des Radialarmes 7 bildet, durch den Krümmungsmittelpunkt 4.It is closed at 2 and 3 on its front sides. Its center of curvature is denoted by 4. Approximately halfway along its length, the piston 1 has a center of curvature 4 directed fork 5 on which the free end 6 of the radial arm 7 by means of Bolt 8 is attached. The radial arm 7 is pivotable on the hollow pin 9 stored, which is firmly inserted in the housing walls 10, 11. The hollow pin 9 is arranged coaxially to the center of curvature 4. So its axis runs 4 ', which at the same time forms the pivot axis of the radial arm 7, through the center of curvature 4th

Am Gehäuse 12 sind die Zylinder 13, 14 mittels der Bolzen 15 befestigt. Diese Zylinder weisen den gleichen Krümmungsradius R auf wie der Kolben 1. Dieser kann mit seiner einen Seite sich innerhalb des einen Zylinders und mit der anderen Seite innerhalb des anderen Zylinders frei bewegen. Einer Führung seines Außenmantels an den Zylinderwänden bedarf es nicht, weil die Führung vom Radialarm 7 übernommen wird. Lediglich die Kolbenringe kommen an der Zylinderwand zur Anlage. Die Zylinder können beispielsweise aus warmfestem Stahl gegossen und, sofern erforderlich, geschliffen sein. Auf alle Fälle sollten sie hart verchromt werden.The cylinders 13, 14 are fastened to the housing 12 by means of the bolts 15. These cylinders have the same radius of curvature R as the piston 1. This can be with one side inside one cylinder and with the other Move side freely within the other cylinder. A guide to its outer jacket there is no need on the cylinder walls because the radial arm 7 takes over the guidance will. Only the piston rings come to rest on the cylinder wall. The cylinders can for example be cast from heat-resistant steel and, if necessary, ground be. In any case, they should be hard chrome plated.

Der Radialarm 7 ist nach Art eines plattenförmigen Segmentes gestaltet. An dem Segmentvorsprung 16 sind symmetrisch zu der rechtwinklig auf der Radialarmschwenkachse 4' an der Durchtrittsstelle der Radialarmlängsachse 17 errichteten Ebene zwei Pleuelstangen 18, 18' angelenkt. Hierzu wird der Segmentvorsprung 16 von dem Zapfen 19 durchsetzt, auf welchem die Pleuelstangen 18, 18' gelagert sind. Die Schwenkachse 20 der Pleuelstangen 18, 182 ist von der Kolbenschwenkachse 4' um das Stück E entfernt, wogegen die Kolbenlängsachse L von der Schwenkachse 4' doppelt so weit entfernt ist.The radial arm 7 is designed in the manner of a plate-shaped segment. On the segment projection 16 are symmetrical to that at right angles on the radial arm pivot axis 4 'at the point of passage of the radial arm longitudinal axis 17 erected level two connecting rods 18, 18 'hinged. For this purpose, the segment projection 16 is penetrated by the pin 19, on which the connecting rods 18, 18 'are mounted. The pivot axis 20 of the connecting rods 18, 182 is from the piston pivot axis 4 'to the Piece E removed, whereas the piston longitudinal axis L is twice as far away from the pivot axis 4 ' is.

Die Pleuelstangen 18, 18' treiben auf die Kurbelwelle 21, die im Gehäuse 12 gelagert ist. Von der Kurbelwelle 21 aus wird die Drehkraft abgegeben. Im übrigen ist auf der Kurbelwelle 21 noch ein Schwungrad 22 befestigt. Außerdem trägt die Kurbelwelle 21 das Antriebsrad 23 für die Nockenwelle 24. Ferner ist auf der Kurbelwelle 21 noch ein Antriebsrad 25 für die nichtgezeigte Ölpumpe angebracht.The connecting rods 18, 18 'drive on the crankshaft 21, which is in the housing 12 is stored. The rotating force is output from the crankshaft 21. Furthermore a flywheel 22 is also attached to the crankshaft 21. In addition, the Crankshaft 21 is the drive wheel 23 for the camshaft 24. It is also on the crankshaft 21 still attached a drive wheel 25 for the oil pump, not shown.

Die Nockenwelle 24 ist in dem Hohl zapfen 9 und in den Gehäusewänden 26, 26' drehbeweglich gelagert. Von der Nockenwelle aus werden die Einspritzdüsen 27, die etwa bei 28, 28' in die Zylinder 13, 14 münden, und die nichtgezeigten Auslaßventile, die bei a und b in die Zylinder 13 bzw. 14 eingesetzt sind, sowie die gleichfalls nichtgezeigten Luftansaugventile, welche bei c und d eingesetzt sind, gesteuert.The camshaft 24 is in the hollow pin 9 and in the housing walls 26, 26 'rotatably mounted. The injection nozzles are located from the camshaft 27, which open into cylinders 13, 14 at around 28, 28 ', and the exhaust valves, not shown, which are inserted into the cylinders 13 and 14 at a and b, as well as the same Air intake valves not shown, which are used at c and d, controlled.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Ausbildung so gewählt, daß der Winkel X zwischen dem vom Krümmungsmittelprnftt 4 zur Schwenkachse 20 der Pleuelstangen 18, ' verlaufenden Radiusvektor V und der Pleuelstangenlängsachse P 10 beträgt, -wenn der Kolben 1 die in der Zeichnung dargestellte obere Totpunktlage einnimmt. Ein VinkelOt' von ebenfalls 410 ist zwischen dem Radiusvektor V und der Längsachse P vorhanden, wenn der Kolben 1 seine untere Totpunktlage einnimmt.In the embodiment shown, the design is chosen so that that the angle X between that of the means of curvature 4 to the pivot axis 20 of the Connecting rods 18, 'extending radius vector V and the connecting rod longitudinal axis P 10 is when the piston 1 is in the top dead center position shown in the drawing occupies. A VinkelOt 'of 410 is also between the radius vector V and the Longitudinal axis P is present when the piston 1 assumes its bottom dead center position.

Wenn der Kolben 1 sich aus seiner unteren Totpunktlage im Gegenzeigerdrehsinn bewegt, dann wird über das Ventil bei c Luft angesaugt. Das Ventil bei a wird geschlossen. Beim Bewegen vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt wird die Luft komprimiert.When the piston 1 moves counter-clockwise from its bottom dead center position moves, then air is sucked in via the valve at c. The valve at a is closed. When moving from bottom dead center to top dead center, the air is compressed.

Nunmehr wird über die Einspritzdüse 27 Dieselöl in den Zylinder 13 eingespritzt. Es erfolgt Zündung und der Kolben 1 wird im Uhrzeigerdrehsinn zurückgetrieben. Kurz bevor der Kolben 1 den unteren Totpunlct erreicht, öffnet das Ventil bei a. Infolge seines Uberdrucltes strömt Verbrennungsgas durch das Ventil bei a ab.Diesel oil is now fed into the cylinder 13 via the injection nozzle 27 injected. There is ignition and the piston 1 is driven back clockwise. Shortly before the piston 1 reaches the lower dead point, the valve opens at a. As a result of his Excessive combustion gas flows through the valve at a from.

Bei seiner Bewegung vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt hat der Kolben 1 über das bei d eingesetzte Ventil Luft angesaugt, die bei geöffnetem Ventil bei b die Verbrennungsgase zunächst vor sich hertreibt. Das Ventil bei b wird alsdann geschlossen, so daß die im Zylinder 14 befindliche Luft nunmehr komprimiert wird. Sobald der Kolben im Zylinder 14 sich etwa im Bereich der Einmündungsstelle 28 der Einspritzdüse befindet, erfolgt Zündung, so daß der Kolben nunmehr im Uhrzeigergegendrehsinn in den Zylinder 13 getrieben wird. Er saugt dabei Frischluft Liber das bei c befindliche Ventil an und treibt auf seinem weiteren Weg in den Zylinder 13 die restlichen Verbrennungsgase über das Ventil bei a aus. Alsdann wird das Ventil bei a geschlossen und die im Zylinder 13 befindliche Luft wird komprimiert. Das Spiel wiederholt sich.When moving from top dead center to bottom dead center, the Piston 1 sucked in air via the valve inserted at d, which when the valve was open at b initially drives the combustion gases in front of it. The valve at b is then closed, so that the air in the cylinder 14 is now compressed. As soon as the piston in the cylinder 14 is approximately in the area of the confluence point 28 of the Injection nozzle is located, ignition takes place so that the piston is now counterclockwise is driven into the cylinder 13. It sucks in fresh air over the one located at c Valve on and drives the remaining combustion gases on its way into the cylinder 13 via the valve at a. Then the valve is closed at a and the im Air located in cylinder 13 is compressed. The game repeats itself.

Die Frischluft wird iiber die Ventile bei c und d mit Uberdruci zugeführt.The fresh air is supplied at overpressure via the valves at c and d.

Claims

1. Reciprocating diesel engine with at least one on the crankshaft driving connecting rod, characterized in that the piston (1) is in the shape of a circular arc formed and by means of one of the center of curvature (4) of the piston (1) radially extending around this center point (4) pivotable radial arm (7) in the associated Cylinder (13) is guided and that the force transmitted to the crankshaft (21) The connecting rod (18) is articulated on the radial arm (7), the angle (>) between that running from the center of curvature (4) to the connecting rod pivot axis (20) Radius vector (V) and the connecting rod longitudinal axis (P) at top and bottom dead center is between 100 and 900, preferably 41.

2. Reciprocating diesel engine according to claim 1, characterized in that that the connecting rod pivot axis (20) is about half as far from the center of curvature (4) is at a distance like the piston longitudinal axis (L) from the center of curvature.

3. Reciprocating diesel engine according to one or both of the preceding Claims, characterized in that the piston (1) is designed as a double piston is, with the ignition of one piston in the top dead center and the ignition of the other piston takes place in the bottom dead center position.

4. I-piston diesel engine according to one or more of the preceding Claims, characterized in that two are symmetrical to the perpendicular the radial arm pivot axis (4 ') at the point of passage of the radial arm longitudinal axis (17) constructed level arranged connecting rods are provided.

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