DE2353807A1 - Four-piston toroidal reciprocating engine - has diametrically opposed pistons connected, each pair acting on a crank - Google Patents
Four-piston toroidal reciprocating engine - has diametrically opposed pistons connected, each pair acting on a crankInfo
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Abstract
Description
Horst.Hendel . 235380?Horst.Hendel. 235380?
8 München 60
Schwetzingenstr. 10/VI.8 Munich 60
Schwetzingenstrasse 10 / VI.
Bogenkolben—BrennkraftmaschineArc-piston internal combustion engine
Gegenstand der Erfindung ist eine Bogenkolben-Brennkraftmaschine, insbesondere für Antrieb von Kraftfahrzeugen, bestehend aus vier Bogenkolben, die gleichmäßig im Kreis urn eine Pendelwelle angeordnet sind und deren hin- und hergehende Bewegungen über zwei Schwingen mit Pleuel auf eine Kurbelwelle übertragen werden.The invention relates to an arc-piston internal combustion engine, in particular for driving motor vehicles, consisting of from four curved pistons, which urn evenly in a circle a pendulum shaft are arranged and their reciprocating Movements via two rockers with a connecting rod on a crankshaft be transmitted.
Die bekannte ortsbewegliche Kolben-Brennkraftmaschine, der sog. Motor, arbeitet im offenen Prozeß, d. h., für die Verbrennung wird stets Kraftstoff und Frischluft zugeführt, und nach der Verbrennung treten Abgase in die freie Atmosphäre aus. Dieser Umstand verursacht heute bei der breiten Anwendung der Antriebsart im Individualverkehr, vor allem in den Ballungszentren, große Luftverschmutzung, die noch durch einen relativ schlechten !Wirkungsgrad der Kolben-Brennkraftmaschinen uud den damit verbundenen größeren Brennstoffverbrauch verstärkt wird. Nur etwa 3O^ der bei der Verbrennung freiwerdenden Wärmeenergie werden in nutzbare mechanische Energie umgewandelt.The known portable piston internal combustion engine, the so-called. Motor, works in the open process, i. i.e., for incineration fuel and fresh air are always supplied, and after combustion, exhaust gases are released into the open atmosphere. With the widespread use of this type of drive in private transport, especially in metropolitan areas, this fact causes large air pollution that is still caused by a relatively bad! efficiency of piston internal combustion engines and the associated greater fuel consumption is increased. Only about 30 ^ of the heat energy released during combustion are converted into usable mechanical energy.
Die Erfindung hat zum Ziel, den spezifischen Brennstoffverbrauch einer gemischverdichtenden Kolben-Brennkraftmaschine zu senken. Zu diesem Zweck sind jeweils zwei sich in einem Ringhohlraum des Gehäuses gegenüberliegende Bogenkolben durch zwei überkreuz auf einer Pendelwelle verankerten Kolbenhebeln zu zwei Bogenkolbenpaaren verbunden, die durch Verdrehen der beiden KolbenhebelnThe invention has the goal of the specific fuel consumption a mixture-compressing piston internal combustion engine. For this purpose, two arc pistons opposite one another in an annular cavity of the housing are opened by two crosswise ones a pendulum shaft anchored piston levers to two pairs of curved pistons connected by twisting the two piston levers
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: ORIGINAL INSPECTED : ORIGINAL INSPECTED
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gegeneinander vier volumenändernde Brennkammern im Ringhohlraum bilden, die jeweils von zwei Bogenkolben begrenzt werden.Form against each other four volume-changing combustion chambers in the annular cavity, which are each delimited by two curved pistons.
Durch diese Anordnung der Bogenkolben wird die ¥irkung einer Gegenkolben-Brennkraftmaschine erreicht, mit den Vorteilen der dabei anfallenden kurzen Kolbenwege und den großen Aktivflächen in den Brennkammern, wobei nur vier Kolben zur Bildung von vier Brennkammern erforderlich sind. Bei einer Gegenkolben-Brennkraftmaschine bekannter Ausführung sind vergleichsweise zur Bildung von vier Brennkammern acht Kolben erforderlich.This arrangement of the curved pistons has the effect of an opposed piston internal combustion engine, with the advantages the resulting short piston paths and the large active surfaces in the combustion chambers, with only four pistons to form of four combustion chambers are required. In an opposed piston internal combustion engine known design are comparative eight pistons are required to form four combustion chambers.
Zur Bewegungssteuerung der vier Bogenkolben im Ringhohlraum des Gehäuses werden nur zwei Kolbenhebel benötigt, die wiederum auch nur zwei Kurbelwellenkröpfungen für die Umsetzung der Hin- und Herbewegung der vier Bogenkolben in Drehbewegung erfordern. Damit kann die Kurbelwelle wegen der geringeren Torsionsbelastungen dementsprechend schwächer dimensioniert werden, wobei eine zweifache Lagerung der Kurbelwelle ausreichend ist..To control the movement of the four curved pistons in the ring cavity of the housing, only two piston levers are required, which in turn also only two crankshaft throws for the implementation of the Require reciprocation of the four arc pistons in rotary motion. This allows the crankshaft because of the lower Torsional loads dimensioned accordingly weaker where a double bearing of the crankshaft is sufficient ..
Eine weitere Entlastung der Kurbelwelle ergibt sich dadurch,, daß die Kräfte für die Gasverdichtung in den Brennkammern nicht wie bei den bekannten Hubkolben-Brennkraftmaschinen über die Kurbelwelle übertragen werden, sondern lediglich über die Kolbenhebel und die Pendelwelle. Die Lagerkräfte der Kurbelwelle der Bogenkolben-Brennkraftmaschine sind ebenfalls kleiner, verglichen mit den Lagerkräften der Kurbelwelle bei bekannten Hubkolben-Brennkraftmaschinen, da die Kurbelwelle der Bogenkolben-Brennkraftmaschine gleichzeitig über beide Kurbelwellenkröpfungen angetrieben wird und die dabei wirksamen Kräfte nahezu gegeneinander wirken. Anders verhält es sich aber bei den bekannten Hubkolben-Brennkraftmaschinen, wo die Kurbelwelle, wie z. B. beim Reihenmotor, immer nur durch Hauptkräfte einer Richtung in den Lagern belastet wird, was erhebliche Reibungskräfte und damit höheren Verschleiß zur Folge hat.A further relief of the crankshaft results from this, that the forces for gas compression in the combustion chambers are not as in the known reciprocating internal combustion engines are transmitted via the crankshaft, but only via the piston lever and the pendulum shaft. The bearing forces of the crankshaft the arc piston internal combustion engine are also smaller compared to the bearing forces of the crankshaft in known ones Reciprocating internal combustion engines, since the crankshaft of the arc piston internal combustion engine is driven at the same time via both crankshaft throws and the effective forces are almost act against each other. The situation is different with the known reciprocating internal combustion engines, where the crankshaft, how z. B. in the in-line engine, is always loaded by main forces in one direction in the bearings, which causes considerable frictional forces and thus higher wear and tear.
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Die Anordnung der Bogenkolben und ihre Bewegung im Ringhohlraum erlauben eine kompakte Bauweise der Bogenkolben-Brennkraftmaschine , weil jeder der Bogemkolben zwei Aktivflächen aufweist, von denen bei jeder Bewegung eine Aktivfläche eine Brennkammer verkleinert und-die zweite Aktivfläche des gleichen Bogenkolbens gleichzeitig eine Brennkammer vergrößert. Dadurch wird jede Kolbenbewegung doppelt genutzt, wobei der Raum für die Kolbenführung im Ringhohlräum auf ein Minimum beschränkt bleibt. ,The arrangement of the arc pistons and their movement in the annular cavity allow a compact design of the arc piston internal combustion engine because each of the arc pistons has two active surfaces has, of which one active surface with each movement Combustion chamber and -the second active area of the same Arc piston at the same time enlarged a combustion chamber. As a result, every piston movement is used twice, whereby the Space for the piston guide in the ring cavity to a minimum remains limited. ,
Da die Bogenkolben-Brennkfaftmaschine nach dem Viertaktverfahren arbeitet und in jeder seiner vier Brennkammern einer der vier Takte gleichzeitig abläuft und im Kreis einer Richtung von Brennkammer zu Brennkammer wechselt, wird erfindungsgemäß der Gaswechsel in den vier Brennkammern durch Drehen eines mit Schlitzen versehenen, an der äußeren Seite des Gehäuses zentrisch zum Ringhohlraum angeordneten Steuerkegels durchgeführt. Der Strömungskanal, der die Brennkammern mit den Steuerschlitzen des Steuerkegels verbindet, mündet in eine achsnahe trichterförmige Ausbildung auf der äußeren Seite des Gehäuses, so daß die Relativbewegung der dichtenden Fläche am Steuerkegel zur dichtenden Fläche am Gehäuse relativ klein ist. .Because the arc-piston internal combustion engine is based on the four-stroke process works and one of the four cycles runs simultaneously in each of its four combustion chambers and changes in a circle from combustion chamber to combustion chamber, is according to the invention the gas exchange in the four combustion chambers by turning one with slots on the outer side of the housing carried out centrally to the annular cavity arranged control cone. The flow channel that the combustion chambers with connects the control slots of the control cone, opens into a funnel-shaped formation close to the axis on the outer one Side of the housing, so that the relative movement of the sealing Area on the control cone relative to the sealing area on the housing is small. .
Für eine ausreichende Abdichtung der Brennkammern ist jeder Bogenkolben mit je einer Nut rings um die Aktivflächen versehen, in der sich jeweils vier Dichtwinkel in zwei Schichten befinden, die mit einer in der Nut eingelegten Wellenfeder gegen die Brennkammerwandung drücken. Das Einlegen der Dichtwinkel in die Nut des Bogenkolbens erfolgt so, daß die Stoßkanten des ersten Dichtwinkelpäares von dem zweiten Dichtwinkelpaar überdeckt werden.To ensure that the combustion chambers are adequately sealed, each curved piston is provided with a groove around the active surfaces, in each of which there are four sealing brackets in two layers, each with a wave spring inserted in the groove press against the combustion chamber wall. Inserting the sealing angle into the groove of the curved piston takes place in such a way that the abutting edges of the first pair of sealing angles are separated from the second pair of sealing angles are covered.
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Die Massenkräfte der hin- und hergehenden Teile der Bogenkolben-Brennkraftmaschine gleichen sich weitgehendst selbst aus 9 das gilt vor allem für die Bogenkolben, die Kolbenhebel und die Schwingen. Aus der Bewegungssteuerung der Bogenkolben durch, die Kurbelwelle, das Pleuel und die Schwinge ergibt sich eine Asymmetrie in der Bewegung der aus diesen Teilen gebildeten, die Massenkraft© gegenseitig ausgleichenden zwei Elementgruppen, die jedoch bei günstigem Längenverhältnis von Schwinge zu Pleuel nur unwesentlich den Massenausgleich behindert. The inertia forces of reciprocating parts of the arc piston internal combustion engine is largely the same even from 9 this is especially true for the arc pistons, piston lever and the swing. The movement control of the curved piston by the crankshaft, the connecting rod and the rocker results in an asymmetry in the movement of the two groups of elements formed from these parts, which mutually compensate for the inertial force ©, which, however, only insignificantly hampers the mass balance if the length ratio of the rocker to the connecting rod is favorable .
Für die rotierenden Teile der Bogenkolben-Brennkraftmaschine ist ein vollkommener Ausgleich gegeben oder kann durch einfache Mittel erreicht werden, wie z. B. durch Anbringung von Gegengewichten an der Kurbelwelle.For the rotating parts of the arc-piston internal combustion engine is a perfect balance given or can be achieved by simple Means can be achieved such. B. by attaching counterweights to the crankshaft.
Die bei der Bogetikolben-Brennkraftmaschine auftretenden Massenmomente, sind wegen der relativ kleinen Hebelarme vernachlässigbar klein, so daß auf einen Ausgleich verzichtet werden kann.The moments of inertia occurring in the arcuate piston internal combustion engine, are negligibly small because of the relatively small lever arms, so that compensation is not necessary can.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird wie folgt anhand der Zeichnungen, näher· erläutert.An embodiment of the invention is based on the following of the drawings, explained in more detail.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Bogenkolben-Brennkraftmaschine mit Kolbenstellung in der Brennkammer I am Anfang des Verdichtungstaktes,1 shows a cross section through an arc-piston internal combustion engine with piston position in combustion chamber I at the beginning of the compression stroke,
Fig. 2 ein-Arbeitsdiagramm der vier Brennkammern mit Totpunktkoordinaten und Angabe der Drehrichtung des Steuerkegels,2 shows a working diagram of the four combustion chambers with dead center coordinates and indication of the direction of rotation of the control cone,
Fig. 3 eine Bogenkolben-Brennkraftmaschine im Axialschnitt mit Darstellung einer geschlossenen und einer zum Gasansäugen geöffneten Brennkammer, sowie einen Bogenkolben mit Dichtwinkeln.3 shows an arc-piston internal combustion engine in axial section with a representation of a closed and an open combustion chamber for gas aspiration, as well as a curved piston with sealing angles.
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Das Gehäuse (i) der Bogenkolben-Brennkraftroaschine ist zu einem auf einer Seite offenen Ringhohlraum ausgebildet, in dem sich vier Bogenkolben (2) befinden, die den Ringhohlraum in jeweils um 90 versetzte vier Brennkammern (8) aufteilen - wie in Fig. 1 dargestellt. Die Pendelbewegung der -Bogenkolben (2) im Ringhohlraum wird mit zwei kreuzweise angeordneten zentrisch zum Ringhohlraum von einer im Gehäuse (i) gelagerten Pendelwelle (5) gehalten und mit den Bogenkolben (2) formschlüssig verbundenen Kolbenhebein (3) gesteuert«, Dazu ist die innere Wandung des Ringhohlraums mit entsprechenden Aussparungen (6) versehen, in denen die Kolbenhebel (3) die Pendelbewegung zusammen mit den Bogenkolben (2) ausführen. Durch das Verdrehen der beiden Kolbenhebel (3) gegeneinander bewegen sich die Bogenkolben (2) zueinander hin bzw. voneinander weg und verändern so das Volumen der vier Brennkammern (8), wobei stets zwei der Pendelwelle (5) gegenüberliegende Brennkammern (-8) ihr Volumen verkleinern und gleichzeitig die zwei anderen Brennkammern (8) ihr Volumen vergrößern. Auf diese Weise liefern die Bogenkolben (2) einen Bewegungsablauf für den Viertaktbetrieb.The housing (i) of the arc-piston internal combustion engine is closed an annular cavity open on one side is formed in which are four curved pistons (2) that form the annular cavity divide into four combustion chambers (8) offset by 90 each - As shown in Fig. 1. The pendulum movement of the -bow piston (2) in the ring cavity is arranged with two crosswise centric to the ring cavity of one in the housing (i) supported pendulum shaft (5) and with the curved piston (2) positively connected piston lifting leg (3) controlled «, this is the inner wall of the annular cavity is provided with corresponding recesses (6) in which the piston levers (3) perform the pendulum movement together with the curved piston (2). By the Turning the two piston levers (3) against each other move the curved pistons (2) towards each other or away from each other and change so the volume of the four combustion chambers (8), always being two of the pendulum shaft (5) opposite combustion chambers (-8) her Reduce the volume and at the same time increase the volume of the two other combustion chambers (8). In this way they deliver Arc piston (2) a sequence of movements for four-stroke operation.
Mit Schwingen (13)» von denen eine auf der Pendelwelle (5) zusammen mit einem Kolbenhebel (3.) fest aufsitzt und die zweite Schwinge (13) über einer auf der Pendelwelle (5) sitzenden Lagerhülse (12) mit dem zweiten Kolbenhebel (3) starr verbunden ist, wird die Bewegung der Bogenkolben (2) über zwei Pleuel (7}.auf eine Kurbelwelle (Τ4) übertragen, die im Gehäuse (1) zweifach gelagert ist. Eine Deckplatte (11) verschließt den Ringhohlraum auf der offenen Seite des Gehäuses (1) und bildet so vier geschlossene Brennkammern (8)j die von den mit Dichtwinkeln (9) versehenen Bogenkolben (2) abgedichtet werden.With rockers (13) »one of which on the pendulum shaft (5) together is firmly seated with a piston lever (3.) and the second rocker arm (13) over a bearing sleeve seated on the pendulum shaft (5) (12) is rigidly connected to the second piston lever (3), the movement of the curved piston (2) via two connecting rods (7} .auf a crankshaft (Τ4) is transmitted, which is carried out twice in the housing (1) is stored. A cover plate (11) closes the annular cavity on the open side of the housing (1), thus forming four closed ones Combustion chambers (8) j those with sealing angles (9) provided arc piston (2) are sealed.
An der der Deckplatte (11). abgewandten Seite des Gehäuses (1) befindet sich zentrisch zum Ringhohlraum ein mit Bohrungen (18) für den Gemischansaug versehener Ansaugstutzen. (.19.)«" dessenOn the cover plate (11). remote side of the housing (1) is located centrally to the ring cavity with holes (18) Intake manifold provided for mixture intake. (.19.) «" Of
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innerer Ansaugkanal (20) der Gemischzuführung dient. Das Gehäuse (1) um den Ansaugstutzen (19) bildet eine trichterförmige Fläche aus, in die die Strömungskanäle (15) der Brennkammern(8) einmünden. Das Öffnen und Schließen der Brennkammern (8) erfolgt an dieser Fläche mit Hilfe eines entsprechend ausgebildeten Steuerkegels (16), der drehbar auf dem Ansaugstutzen (19) gelagert ist und mit einem über eine Gewindebuchse (21) nachstellbaren Drucklager (22) in der für eine sichere Abdichtung nötigen Lage gehalten -wird.inner intake duct (20) serves to supply the mixture. The case (1) around the intake port (19) forms a funnel-shaped Area into which the flow channels (15) of the combustion chambers (8) merge. The combustion chambers (8) are opened and closed on this surface with the aid of an appropriately designed one Control cone (16), which rotates on the intake manifold (19) is mounted and with an adjustable via a threaded bushing (21) The thrust bearing (22) is held in the position required for a secure seal.
Beim Ansaugen des Gasgemisches in die Brennkammern (8) ist der entsprechende Strömungskanal (15) über einen Einlaßschlitz (27) im Steuerkegel (16) mit dem Ansaugkanal (20) verbunden. Beim Verdichten und Verbrennen des Gasgemisches ist der Strömungskanal (15) vom Steuerkegel (16) verschlossen. Nach Beenden der Verbrennung wird der Strömungskanal (15) wieder geöffnet, und zwar durch einen Auslaßschlitz (26) im Steuerkegel (16), der den Strömungskanal (15) mit dem Auslaßkanal (25) des am Steuerkegel (16) anliegenden Abgasflantsches (I7) verbindet. Über die an dem Abgasflantsch (17) befindlichen Auslaßkanäle (25) gelangen die Abgase in schalldämpfende Vorrichtungen und von dort ins Freie.When the gas mixture is sucked into the combustion chambers (8), the corresponding flow channel (15) via an inlet slot (27) connected in the control cone (16) to the intake duct (20). When the gas mixture is compressed and burned, the flow channel is (15) closed by the control cone (16). After finishing the Combustion, the flow channel (15) is opened again, through an outlet slot (26) in the control cone (16), the the flow channel (15) with the outlet channel (25) of the control cone (16) adjacent exhaust flange (I7) connects. About the reach the outlet ducts (25) located on the exhaust flange (17) the exhaust gases in sound-absorbing devices and from there to the outside.
Die Steuerung der Arbeitsgänge in den einzelnen Brennkammern (8) erfolgt durch das Drehen des Steuerkegels (16), der von der Kurbelwelle (i4),über ein Zwischenrad (2k) angetrieben wird, wobei die Kurbelwelle (i4) mit doppelter Umdrehungszahl gegenüber dem Steuerkegel (16) dreht» Bei einer vollen Drehung des Steuerkegels (16) werden in allen Brennkammern (8) alle vier Takte, wie Ansaugen, Verdichten, Verbrennen und Ausstoßen durchgespielt. Dabei wechseln die vier Takte in den einzelnen Brennkammern (8) im Kreis der Drehrichtung des Steuerkegels (16).The operations in the individual combustion chambers (8) are controlled by turning the control cone (16), which is driven by the crankshaft (i4) via an intermediate gear (2k) , with the crankshaft (i4) rotating at twice the speed of the control cone (16) rotates »When the control cone (16) is fully rotated, all four cycles, such as intake, compression, combustion and exhaust, are played through in all combustion chambers (8). The four cycles in the individual combustion chambers (8) change in the circle of the direction of rotation of the control cone (16).
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Die Einleitung der Verbrennung des verdichtenden Gasgemisches in den Brennkammern (8) erfolgt iraAusführungsbeispiel durch von einem Zündverteiler in der richtigen Reihenfolge gezündeten vier Zündkerzen (4), die radial in der die Brennkammern (8.) "begrenzenden Gehäusewand angebracht sind. Der im Ausfülirungs"beispiel nicht gezeigte Zündverteiler wird von der Welle (23) des Zwischenrades (24) synchron zum Steuerkegel (16) angetrieben.The initiation of the combustion of the compressing gas mixture in the combustion chambers (8) is carried out in the exemplary embodiment ignited by an ignition distributor in the correct order four spark plugs (4) which delimit the combustion chambers (8) ″ radially Housing wall are attached. The one in the execution example Ignition distributor, not shown, is driven by the shaft (23) of the Intermediate wheel (24) driven synchronously with the control cone (16).
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| DE19732353807 DE2353807A1 (en) | 1973-10-26 | 1973-10-26 | Four-piston toroidal reciprocating engine - has diametrically opposed pistons connected, each pair acting on a crank |
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| DE2353807A1 true DE2353807A1 (en) | 1975-04-30 |
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Family Applications (1)
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| DE19732353807 Pending DE2353807A1 (en) | 1973-10-26 | 1973-10-26 | Four-piston toroidal reciprocating engine - has diametrically opposed pistons connected, each pair acting on a crank |
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|---|---|
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- 1973-10-26 DE DE19732353807 patent/DE2353807A1/en active Pending
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