DE2525521A1

DE2525521A1 - Schwenkkolbenmaschine mit gegenlaeufigen kolben

Info

Publication number: DE2525521A1
Application number: DE19752525521
Authority: DE
Inventors: Richard James
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-06-10
Filing date: 1975-06-07
Publication date: 1976-04-22
Also published as: US3910239A; JPS598648B2; JPS5110205A; FR2273948B1; FR2273948A1; IT1038846B; GB1460231A; CA1019247A

Description

?>A7FN^T ANWALT η C η C C 1 1

»V.Λ !-'-. £.0 £30 C λ

H¹"¹ · ^ΛλΤ7

6. Juni 1975

Gzk/goe RICHARD JAMES

Schwenkkolbenmaschine mit gegenläufigen Kolben*

Die Erfindung betrifft eine Schwenkkolbenmaschine mit gegenläufigen Kolben und hat zum Ziel, die in der US-PS 3,338,1 "57 beschriebene Bauart von Schwenkkolbenmaschinen zu verbessern.

Die in dieser US-Patentschrift beschriebene Kolbenmaschine hat einen einzelnen Zylinder, der um einen Mittelpunkt gekrümmt ist, mit Einlaß- und Auslaßöffnungen an entgegengesetzten Enden, wobei in dem Kolben zwei einander entgegengesetzte Kolben bewegbar sind. Die Kolben sind über Pleuelstangen mit zwei verschiedenen Kurbeln einer einzigen Kurbelwelle verbunden, wobei die Kurbeln so gegeneinander versetzt sind, daß die Auslaßöffnung vor der Einlaßöffnung geöffnet wird., und daß beide öffnungen im wesentliehen gleichzeitig verschlossen werden. Durch diese Maßnahme wird eine Ausblasperiode ermöglicht, bevor die Einlaßöffnung geöffnet wird; das im wesentlichen gleichzeitig erfolgende Schließen der öffnung verringert oder verhindert den Verlust von neu durch die Einlaßöffnung eingeführtem Kraftstoff durch die Auslaßöffnung hindurch. Diese Maßnahmen werden als asymmetrische' Öffnungs-Zeitsteuerung bezeichnet,

809817/0719

Die Verwendung einer einzelnen Kurbelwelle nit zwei Kurbelzapfen ist zwar für den Betrieb ausreichend, führt jedoch zu teuren Komplikationen bei der Konstruktion der Kolbenmaschine, Infolge des unvermeidbaren axialen Versatzes der Pleuelstangen in Bezug auf die Kurbelwelle müssen die Kolben entsprechend gegeneinander versetzte Abschnitte und Lager aufweisen. Dies wiederum führt dazu, daß eine umständliche Bearbeitung sowohl der Kolben als auch des Zylinders notwendig ist. Außerdem ist es schwierig, eine Druckabdichtung im Zylinder zu erreichen; der Versatz stört die Spülluftströmung, wodurch eine Turbulenz erzeugt wird^ die dasu führt, daß ein Teil der neuen Füllung sich mit den Abgasen vermischt. Dadurch wird eine vollständige Spülung der Gase verhindert, so daß eine verunreinigte Füllung im Zylinder zurückbleibt»

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine vereinfachte Ausführungs form einer Schwenkkolbenmaschine der in der genannten US-PS beschriebenen Art zu schaffen, bei der die genannten Schwierigkeiten nicht auftreten und bei der eine asymmetrische öffnurigs· Zeitsteuerung mit den damit verbundenen vorteilhaften Eigenschaften erzielt wird. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine ist eine Verringerung der Vibration*

Die Erfindung geht a«s von einer- Kolbenmaschine, insbesondere einer Schwenkkolbenmaschine mit einem Zylinder, der in Längs-

S09817/0719

richtung um einen Mittelpunkt gekrümmt ist und mit Auslaß- und Einlaß-Öffnungen versehen ist, die jeweils an einem ersten bzw. einem zweiten Ende des Zylinders angeordnet sind, mit einem ersten und einem zweiten Kolben, die einander gegenüberliegend gleitbar in dem Zylinder passend angeordnet sind und eine Bewegung aufeinander zu und voneinander weg in Verdichtungs- und Arbeitshüben ausführen können, um die Auslaß- und Einlaßöffnungen während ihren Arbeitsliüben freizugeben, wobei jeder Kolben an einem Ende einen Kolbenkopf aufweist, der dem gegenüberliegenden Kolben zugekehrt ist, und eine Lagereinrichtung am anderen Ende, um das Ende einer Pleuelstange zu lagern, eine mit dem anderen Ende jedes Kolbens verbundene Einrichtung, die den Kolben bei seiner Bewegung um den Mittelpunkt führt, wenn der Kolben sich in dem Zylinder hin- und herbewegt; die Kolbenmaschine ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine erste und eine zweite Kurbelwelle für den ersten und den zweiten Kolben mit jeweils einer Kurbel, eine die beiden Kurbelwellen miteinander verbindende Einrichtung, da.mit sich diese mit der gleichen Geschwindigkeit und in Phase drehen, und eine erste und eine zweite Pleuelstange, die jeweils an einem Ende auf der Kurbel der jeweiligen Kurbelwelle und am anderen Ende an der Lagereinrichtung des jeweiligen Kolbens gelagert sind, wobei die Lagereinrichtung des Kolbens und die Kurbeln so angeordnet sind, daß der e'rste Kolben die Auslaßöffnung freigibt, bevor der zweite Kolben die Einlaßöffnung freigibt.

£09817/0719

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Achse der Lagereinrichtung des ersten Kolbens näher an dem Mittelpunkt des Zylinders liegt als die Achse der Lagereinrichtung des zweiten Kolbens. Stattdessen kann auch vorgesehen sein, daß die Kurbellänge der Kurbel für den ersten Kolben größer ist als die Kurbellänge der Kurbel für den zweiten Kolben.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine bevorzugte Ausführunßsform der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform nach der Erfindung, und

Fig. 3 einen Teilschnitt, der eine andere abgewandelte Ausführungsform der Erfindung zeigt,

Da sich die Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 2 in ihrem grundsätzlichen Aufbau ähneln, bezieht sich der einleitende Teil der nachfolgenden Beschreibung auf beide Figuren, wobei unterschiedliche Merkmale anschließend beschrieben werden.

609817/0719

Die Pig. 1 und 2 zeigen Kolbenmaschinen 1 bzw. 2 jeweils in Form einer Brennkraftmaschine. Jede Kolbenmaschine hat eine im wesentlichen kreisförmige Form und weist ein Gehäuse 3 auf, das ein im wesentlichen kreisförmiges oberes Teil ¹I und ein längliches unteres Teil 5 besitzt. Die Enden des Gehäuses sind durch einander gegenüberliegende Seitenwände 6 verschlossen, von denen nur eine in den Figuren dargestellt ist.

Der obere Teil 4 des Gehäuses wird durch eine Viand 7 gebildet, in der Hohlräume 8 ausgebildet sind für den Durchtritt eines Kühlmittels, wie beispielsweise Wasser. Die innere Wand der Wand 7 ist mit einer kreisförmigen inneren Fläche 9 versehen, die um eine zentrale Welle 10 gekrümmt ist, die mittig angeordnet ist und sich quer durch das Gehäuse 3 erstreckt. Die Enden der Welle sind drehbar in den Wänden 6 in herkömmlicher Weise gelagert (nicht gezeigt).

Eine gekrümmte innere Wand 11 ist im Abstand nach innen von der inneren Fläche 9 der Wand 7 angeordnet und konzentrisch mit dieser und mit der Welle 10 aufgeführt. Die innere Wand 11, die Wandfläche 9 und die Endwände 6 bilden einen Zylinder 12, der in Längsrichtung um den Mittelpunkt oder die Längsachse der Welle 10 gekrümmt ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Zylinder 12 einen rechteckigen Querschnitt, es versteht sich

609817/0719

jedoch, daß er Jeden anderen gewünschten Querschnitt haben kann, beispielsweise kreisförmig oder elliptisch. An einem Ende des Zylinders 12 ist eine Einlaßöffnung 13 in der Wand 7 ausgebildet, während am anderen Ende eine Auslaßöffnung 14 sich durch die Wand 7 erstreckt»

Einander gegenüberliegende, in Längsrichtung gekrümmte Kolben 15 und l6 der gleichen Querschnittsgestalt wie der Zylinder sind gleitbar in dem Zylinder aufgenommen und können eine Bewegung aufeinander zu und voneinander weg in Verdichtungs- bzw. Ärbeitshüben ausführen« Die Kolben 15 und 16 haben Kolbenköpfe 17 und 18 an ihren benachbarten Enden, die einander zugekehrt sind» An den von den Kolbenköpfen 17 und 18 abgekehrten Enden der Kolben sind Arme 19 und 20 befestigt. Die Arme 19 und 20 ragen nach innen vor und sind auf der Welle 10 gelagert, wobei ein geeignetes, reibungs ve minderndes Lager 21 für jeden Arm vorgesehen ist.

Die Kolben 15 und 16 können sich in dem Zylinder 12 hin- und herbewegen; da der Zylinder konzentrisch su der Welle 10 angeordnet ist, bewegen sich die Kolben um die Längsachse der Welle. Die Arme 19 und 20 sind starr mit den Kolben 15 und 16 verbunden und drehbar mit der Welle 10 verbunden, so daß die Arme die Kolben auf kreisförmigen Bewegungsbahnen um die Achse der Welle 10 füh~

609817/0719

ren, so daß keine seitliche Kraft gegen die Zylinderwände auftritt. Die Kolben 15 und 16 sind mit einem oder mehreren Kolbenringen nahe ihren jeweiligen Kolbenköpfen in herkömmlicher Weise versehen» Den unteren Teil des Gehäuses 3 bildet ein Kurbelgehäuse mit zwei Kurbelwellen 22 und 23, die in (nicht dargestellten) Lagern in den Endwänden 6 gelagert sind. Eine der Kurbelwellen erstreckt sich durch eine Endwand und bildet den Abtrieb. Innerhalb des Kurbelgehäuses tragen die Kurbelwellen 22 und 23 Zahnräder 2k und 25 derselben Größe, die bei 26 miteinander kämmen. Die Zahnräder und Kurbelwellen werden auf diese Weise gezwungen, sich mit derselben Geschwindigkeit in entgegengesetzten Richtungen zu drehen. Kurbeln 27 und 28 der Kurbelwellen 22 und 23 sind jeweils mit den Kolben 15 und 16 durch Pleuelstangen 29 und 30 verbunden» Die oberen Enden der Pleuelstangen 29 und 30 sind auf Kolbenbolzen 31 und 32 der Kolbsn 15 bzw. 16 gelagert.

Das Kurbelgehäuse hat einen Einlaßanschluß 33 für ein Verbrennungsgemisch. Das Gemisch im Kurbelgehäuse wird zu dem Zylinder 12 während jedes Abwärtshubes der Kolben mittels eines Überleitungskanals 3^ in der Wand 7 übergeleitet, der sich von dem Kurbelgehäuse zur Einlaßöffnung 13 erstreckt. Wenn jedoch die Kraftstoffeinspritzung verwendet wird, wird nur Luft durch den Einlaßanschluß 33 zugeführt. Stattdessen kann sich auch die Einlaßöffnung 13 unmittelbar von einem Vergaser und einer Ladepumpe

609817/0719

durch die Wand 7 hindurch erstrecken. Diese Ausführungsmöglichkeiten sind bekannt und werden daher nicht näher beschrieben. Bei einem Bezinmotor wird eine Zündkerze 35 in der Wand 7 im wesentlichen in der Mitte zwischen den Enden des Zylinders 12 vorgesehen, wie gezeigt, jedoch versteht es sich, daß bei einem Dieselmotor (Zündung durch Druckerhöhung) die Zündkerze weggelassen wird.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist die Achse des Kolbenbolzens 32 näher zu der Achse der Welle 10 angeordnet als die Achse des Kolbenbolzens 31, wobei der Abstand zwischen den Bewegungsachsen der Kolbenbolzen bei 36 dargestellt ist. Zugleich sind die Kurbeln 27 und 28 bei ihrer entgegengesetzten Drehbewegung in Phase zueinander angeordnet.

Mit der in Pig. I dargestellten Anordnung wird erreicht, daß sich der Kolben 16 während seines Arbeitshubes nach unten niit größerer Geschwindigkeit bewegt als der Kolben 15» so daß die Austrittsöffnung IM freigegeben wird, bevor der Kolben 15 die Einlaßöffnung 13 freigibt. Auf diese Welse erreicht man eine Ausblasperiode für das Spülen des Zylinders vor üem öffnen der Einlaßöffnung. Da die beiden Hälften der Maschine, die Jeweils einen Kolben, eine Pleuelstange und eine Kurbelwelle aufweisen, dynasiiscb ausgewuchtet sind, werden die Schwingungen der Maschine

€09817/0719

auf ein Minimum verringert. Die Kolben 15 und 16 schließen die Einlaß- und Auslaßöffnungen im wesentlichen gleichzeitig.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 eilt die Kurbel 28 der Kurbelwelle 23 gegenüber der Kurbel 27 der Kurbelwelle 23 um einen Winkel 37 in Phase vor. In diesem Falle sind jedoch die Achsen der Kolbenbolzen 31 und 32 in gleichem Abstand von der Achse der Welle 10 angeordnet. Die Phasenanordnung der Kurbelwellen in diesem Fall führt dazu, daß die Auslaßöffnung 14 früher geöffnet wird. Es ist festzustellen, daß der Winkel 37 in Fig. 2 übertrieben dargestellt ist, um das angewandte Prinzip zu verdeutlichen. In der Praxis liegt der Winkel 37 in der Größenordnung von 3°.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 wird die gewünschte Bewegung des Kolbens 16 dadurch erreicht, daß die Kurbellänge der Kurbel 28 größer gewählt wird als die Kurbellänge der Kurbel 27. Dieser Unterschied Ist in übertriebener Weise durch die Linien ¹JO und 41 dargestellt, wobei die Linie 40 länger ist als die Linie 4l. Diese Anordnung bewirkt, daß sich der Kolben 16 weiter bewegt als der Kolben 15 während jedes Hubes, so daß der Kolben 16 die Auslaßöffnung 14 bedeckt und freigibt, bevor der Kolben 15 jeweils die Einlaßöffnung 13 bedeckt bzw. freigibt. Die Achsen der Kolbenbolzen 31 und 32 sind in gleichem Abstand zu der Achse der Welle 10 angeordnet, ebenso wie bei Fig. 2.

609817/0719

- ίο -

Da sich zwei Kurbelwellen in entgegengesetzten Richtungen drehen, werden weniger Schwingungen erzeugt als bei einer Kolbenmaschine dieser Art mit einer einzelnen Kurbelwelle. Da sich jede Pleuelstange im wesentlichen nur aufwärts und abwärts bewegt, tritt nur eine verhältnismäßig kleine Schwenkbewegung an der Verbindungsstelle des Kolbens mit seinem Verbindungsarm auf. Außerdem ist es verhältnismäßig leicht, bei dieser Maschine einen Unwuchtausgleich herbeizuführen, weil an jeder Kurbelwelle nur der KoI" ben ausgeglichen werden muß, mit dem sie verbunden ist.

S09817/0719

Claims

Patentansprüche

.AEine Schwenkkolbenmaschine, gekennzeichnet durch einen Zylinder (12), der in Längsrichtung um einen Mittelpunkt (10) gekrümmt ist und mit Auslaß- und !Einlaßöffnungen (14, 13) versehen ist, die jeweils an einem ersten bzw. eirsein zweiten Ende des Zylinders angeordnet sind, einem ersten und einem zweiten Kolben (16, 15)» die einander gegenüberliegend gleitbar in dem Zylinder (12) passend angeordnet sind und eine Bewegung aufeinander zu und voneinander weg in Verdichtungs- und Arbeitshüben ausführen können, urn die Auslaß- und Einlaßöffnungen (14» 13) während ihren Arbeitshüben freizugeben, wobei jeder Kolben an einem Ende einen Kolbenkopf (18, 17) aufweist, der dem gegenüberliegenden Kolben zugekehrt ist, und eine Lagereinrichtung (32, 31) am anderen Ende, um das Ende eine Pleuelstange zu legen, mit dem anderen Ende jedes Kolbens verbundene Einrichtungen (20, 19), die den Kolben (16, 15) bei seiner Bewegung um den Mittelpunkt (10) führen, wenn die Kolben sich in dem Zylinder hin- und herbewegen, eine erste und eine zweite Kurbelwelle (23, 22) für den ersten und den zweiten Kolben (16, 15) mit jeweils einer Kurbel (28, 27), der bei den Kurbelwellen (23, 22) miteinander verbindende Einrichtungen (25, 24), damit diese mit der gleichen Geschwindigkeit und in Phase rotieren, und eine erste und eine zweite Pleuelstange (30, 29), die jeweils an einem Ende auf die Kurbel (28, 27) der jeweiligen Kurbelwelle (23, 22) und am anderen Ende an die Lagereinrichtung (32, 31) des jeweiligen Kolbens gelagert sind, die Lagereinrichtungen (32, 31) des Kolbens und die Kurbeln (28, 27) so angeordnet sind, daß der

609817/0719

erste Kolben (16) die Auslaßöffnung (19) freigibt, bevor der zweite Kolben (15) die Einlaßöffnung (15) freigibt.
2.Eine Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenlagereinrichtungen (32) und die Kurbeln (28, 27) so angeordnet sind, daß der erste Kolben (16) die Auslaßöffnung (H) freigibt, bevor der zweite Kolben (15) während der Arbeitshtibe der Kolben die Einlaßöffnung (13) freigibt, die Kolben während der Verdichtungshube die Of f--

- nungen im wesentlichen zu derselben Zeit verdecken.
3.Eine Schwenkkolbenmaschine, gekennzeichnet durch einen Zylinder (12), der in Längsrichtung um einen Mittelpunkt (10) gekrümmt ist und mit Auslaß- (H)und Einlaßöffnungen (13) versehen ist, die jeweils an einem ersten bzw. einem zweiten Ende des Zylinders angeordnet sind, einem ersten und einem zweiten Kolben (16, 15)» die einander gegenüberliegend gleitbar in dem Zylinder (12) passend angeordnet sind und eine Bewegung aufeinander zu und voneinander weg in Verdichtungs- und Arbeitshüben ausführen können, um die Auslaß- und Einlaßöffnungen (H, 13) wäJiirend ihrer Arbeitshübe freigeben, wobei jeder Kolben an einem Ende einen Kolbenkopf (18, 17) aufweist, der dem gegenüberliegenden Kolben zugekehrt ist, und eine Lagereinrichtung (32, 31) am anderen Ende, um das Ende einer Pleuelstange zu lagern, wobei die Achsen der Lagereinrichtungen (32, 31) der Kolben gleich weit vom Mittelpunkt (10) liegen, mit dem anderen Ende des Kolbens verbundene Einrichtungen (20, 19)» die den Kolben bei seiner Bewegung um den Mittelpunkt führen, wenn die Kolben sich in dem Zylinder hin- und herbewegen, eine erste und eine zweite Kurbelwelle (23, 22) für den ersten und den zweiten Kolben (16, 15) mit jeweils einer Kurbel (16, 15), die beiden Kurbelwellen (23, 22) miteinander verbindende Einrichtungen (25, 24), damit diese mit

609817/0719

der gleichen Geschwindigkeit rotieren, wobei der ΙΙυ/b der Kurbel (28) der ersten Kurbelwelle der Kurbel (29) der zweiten Kurbelwelle bezüglich der Phase vorauseilt, und eine erste und eine zweite Pleuelstange (30'; 29), die jeweils an einem Ende auf die Kurbel (28, 27) der jeweiligen Kurbelwelle und am anderen Ende an die Lagereinrichtungen (32, 31) des jeweiligen Kolbens gelagert .sind.
4. Eine Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 1, 2 oder 3j dadurch gekennzeichnet, daß die die beiden Kurbelwellen miteinander verbindenden Einrichtungen ineinandergreifende Getriebe (25, 24) aufweisen.
5. Eine Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 1,2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die die beider Kurbelwellen (??, ??) rrd.ineinander verbindenden Einrichtungen. (23, 22) die Kurbelwellen zu Drehungen in entgegengesetzte Richtungen veranlassen.
6. Eine Schwenkkolbenmaschine nach einen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagereinrichtung (2.2) des ersten Kolbens näher an dem Mittelpunkt (10) liegt als die Lagereinrichtung (21) des zweiten Kölners (15)·
7. Eine Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub der Kurbel (28) des ersten Kolbens (16) größer ist als der Hub der Kurbel (27) des zweiten Kolbens (15).

809817/0719

Leerseite