DE2720357A1

DE2720357A1 - Balanced IC engine with opposed pistons - has connection to crank by parallelogram linkage pivoted to pistons at diagonally opposite points

Info

Publication number: DE2720357A1
Application number: DE19772720357
Authority: DE
Inventors: Werner Zink
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-05-06
Filing date: 1977-05-06
Publication date: 1978-11-16

Abstract

The IC engine has two coaxial cylinders extending radially from opposite sides of a crankshaft axis. Four pivotally connected links forming a parallelogram are pivoted at two diagonally opposite points to the respective pistons. At the other two points of the parallelogram the links are pivoted to the one ends of two connecting rods. The other ends of the connecting rods are pivoted to two diametrally opposite crank pins of the crankshaft. The pistons move in opposite directions, avoiding out of balance forces. Symmetry of the link connection ensures that the pistons are free from side loads.

Description

Verbrennungskraftmaschine Internal combustion engine

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Kolbenverbundsystem und vorzugsweise ohne Ventilsteuervorrichtiinen.The invention relates to an internal combustion engine with a piston composite system and preferably without valve control devices.

Rei den bekannter Hubkolbenverbrennungsmotoren erfolgt eine ständige Leistungssteigerung und somit eine erhöhte fualitätsforderung. Die Herstellungskosten für die erforderlichen Präzisionsteile steigen unumgänglich. Zu den erforderlichen Präzisionsteilen kommt die Froblematik der Steuerorgane, Fehlerquellen durch thermische und mechanische Einflüsse können auftreten. Temperaturunterschiede zwischen Ein- und Auslaßventil.Rei the well-known reciprocating internal combustion engines takes place a constant Increase in performance and thus an increased demand for quality. The manufacturing cost for the necessary precision parts increase inevitably. To the required Precision parts come the problematic of the control organs, sources of error through thermal and mechanical influences can occur. Temperature differences between and exhaust valve.

Bei allen Hubkolbenmotoren ist das Raumvolumen zu groß und dadurch erfolgt ein zu hohes Gesamtgewicht. Quereinbau der Motoren im Fahrzeugbau sind erforderlich. Bei Reihenmotoren sind zum Massenausgleich lästige Gegengewichte erforderlich. Lange Kurbelwellen mit vielen lagerstellen sind nicht zu vermeiden, dazu die starke Dimensionierung um die Verwindungskräfte beherrschen zu können. Durch Ventilsteuerungen ist die Drehzahl der Motoren begrenzt. Eine weitere Proplematik bei allen Hubkolbenmotoren bildet die Kolbenfilhrung im Zylinder. Der Kolben wird im Zylinder geführt, beim Arbeitshub liegt er an der Druckseite an, beim Verdichten an der Gegendruckseite, dc hedeutet, daß der Kolben ständig die Anlage wechselt. Bei zu enger Spielgebung entstehen am Kolben Verschleißerscheinungen. Bei zu großem Spiel entsteht eis Klappern und damit ein hoher Geräuschpegel. Beim Arbeits'nub entsteht auf der Druckseite außerdem eine hohe Radialkraft die den erforderlichen Ölfilm wegdrückt und ebenfalls Verschleißerscheinungen zur Folge hat.In all reciprocating engines, the volume of space is too large and therefore the total weight is too high. Transverse installation of the engines in vehicle construction is required. With in-line engines, annoying counterweights are required to balance the masses. Longing Crankshafts with many bearing points cannot be avoided, as is the large dimensioning to be able to control the twisting forces. By valve controls is the Motor speed limited. Another problem with all reciprocating engines forms the piston duct in the cylinder. The piston is guided in the cylinder on the working stroke if it is on the pressure side, when compressing on the counter pressure side, dc heutet, that the piston constantly changes the system. If the game is too tight, on Piston signs of wear. If there is too much play, there is ice rattling and thus a high level of noise. With the Arbeits'nub there is also a high radial force that pushes away the required oil film and also signs of wear has the consequence.

Die Erfindung hat diese angezeigten Nachteile nicht aufzuweisen.The invention does not have these indicated disadvantages.

Die Anordnung der Zylinder mit deren Brennräumen und Kolben zueinander erlauben eine raumsparende und sehr leichte Bauweise.The arrangement of the cylinders with their combustion chambers and pistons to one another allow a space-saving and very light construction.

Die hochwertigen träzisionsteile der Ventilsteuere inrichtun.-en werden durch einen einfachen Steuerring ersetzt. Senkung der Herste lungskosten und eine starke Gewichtsreduzierung können erreicht werden. Durch die gegenläufige Anordnung der Kolben sind keine Gegengewichte erforderlich und ein exakter Massenausgleich ist gewährleistet. Die Brennräume können optimal gestaltet werden, dadurch erfolgt eine sehr gute Verbrennung. Das neuartie parallelogramm ähnliche Verbundsystem gestattet beispielsweise bei vier Kolben nur zwei Pleuelanordnungen zur Kraftübertragung an die Kurbelwelle. Ferner garantiert es eine einwnndfreie Padialführung der Kolben 7ur K-urbewellenmitte. Die Kolben bekommen die Führung durch das Verbundsystem das auch die Radialkräfte aufnimmt sodaß ein Klappern in Zylinder nicht eintreten kann. Fine Geräuschbildung durch die Kolben ist nicht mehr möglich und die Vrrscllei nmselichkeit auf ein minimum reduziert.The high-quality precision parts of the valve control equipment are replaced by a simple control ring. Reduction in manufacturing costs and a great weight reduction can be achieved. Due to the opposing arrangement the piston no counterweights are required and an exact mass balance is guaranteed. The combustion chambers can be optimally designed, this takes place a very good burn. The new type of parallelogram-like composite system is permitted For example, with four pistons only two connecting rod assemblies for power transmission the crankshaft. Furthermore, it guarantees a proper padial guidance of the pistons 7ur K-ur wave center. The pistons get the lead through the composite system also absorbs the radial forces so that rattling in the cylinder cannot occur. It is no longer possible to generate noise from the pistons and The availability of security is reduced to a minimum.

Temperaturschwankungen zwischen Ein- und Auslaßventil gibt es durch eine Öffnung nicht mehr. Durch die schmale Bauweise kann eine einfache und eng gelagerte Kurbelwelle verwendet werden. Höhere Drehzahlen können erreicht werden bei einem geräuscharmen Lauf. Außerdem erlaubt die Erfindung ein sehr wirksames Kühlsystem. Die Zylinder können mit einer Flii.ssigkeits- oder Luftkühlung konzipiert werden und im Innenraum erfolgt eine Ölkühlung. Der Motor kann horizontal oder vertikal eingebaut werden. Mit dieser Erfindung ist es möglich das Kolben verbundsystem als feststehende Ausführungsart mit umlaufenden Steuermitteln zu konzipieren, oder das ganze Kolbenverbundsystem um die Kurbelwelle mit einer Übersettzung von vorzugsweise 1:3 rotieren zu lassen, wobei die Zündstelle und die Fih- und Auslaßöffnung am feststehenden Außengehäuse angebracht sind. Das vorzugsweise mit vier Brennkammern gezeigte system kann als Bsueinhe#t nebeneinander gekoppelt werden, sodaß man acht oder mehr Brennkammern erholten kann. Diese einem schmale Bauweise erschließen Einbaumöglichkeiten, insbesondere bei der Kleinfahrzeug und der Motorradentwicklung.There are temperature fluctuations between the inlet and outlet valve no more opening. Due to the narrow design, a simple and tightly mounted Crankshaft can be used. Higher speeds can be achieved with one quiet running. In addition, the invention allows a very efficient cooling system. The cylinders can be designed with liquid or air cooling and there is oil cooling in the interior. The motor can be horizontal or vertical to be built in. With this invention it is possible to use the piston as a composite system to design a fixed type of construction with revolving control means, or that entire piston composite system around the crankshaft with a ratio of preferably Rotate 1: 3, with the ignition point and the Fih and outlet opening at the fixed Outer housing are attached. The system preferably shown with four combustion chambers can be coupled as a single unit next to one another, so that eight or more combustion chambers are created can recover. This narrow design opens up installation options, in particular in small vehicles and motorcycle development.

Ein Ausführungsbeispiel dargestellt in den Zeichnungen, wobei Fig. 1 einen Radialschnitt (t.-R) durch 7y]indor und Kolben, sowie dem Verbundsystem zeit, Fir. 2 eine Axialschnittebene nach der linie C-D zeigt, Fig. 3 ein abgewickeltes Schema des Steuerringes darstellt, Fig. 4 eine gestreckte Darstellung der Übertragungsglieder zeigt.An embodiment shown in the drawings, wherein Fig. 1 a radial section (t.-R) through 7y] indor and piston, as well as the composite system Time, Fir. 2 shows an axial sectional plane along the line C-D, Fig. 3 shows a developed diagram of the control ring, FIG. 4 shows a stretched view the transmission links shows.

Beschreibung: Ein feststehendes mehrteiliges Gehäuse 1 mit ortsfest angebrachten Zündstellen 2, ferner Zylinder 3,4,5 und 6, indem sich jeweils ein Kolben 7 bewegt. Zwischen Kolben 7 und Gehäuse 1 werden Brennräume 8,9,10 und 11 gebildet. Bei der in Figur 1 dargestellten Arbeitsstellung erfolgt im Brennraum 8 die Zündung mit anschließendem Arbeitshub, im Brennraum 9 erfolgt die Verdichtung, im Prennrruni 10 der Ansaughub und im Brennraum 11 der Ausstoß der verbrannten Gase. Um die Zylinder ist ein Raum 12 für Kühlmittel vorgesehen. Die Kolben 7 sind über Bolzen 32 mit Verbindungsglieder 13 und 14 verbunden. Alle Verbindungsglieder 13 und 14 haben in ihrer Mitte einen Drehpunkt mit dem Bolzen 15, auf dem doppelseitig Stützringe 16 und 17 fiir Verbindungsglieder 13 und Stützringe 18 und 19 für die Verbindungsglieder 14 gelagert sind und alle Stützringe 16,17,18 und 19 gemeinsam auf der Kurbelwelle gelagert sind (20). Sämtliche Drehpunkte insgesamt bilden ein Parallelogramm deren Mittelpunkt die Kurbelwellenmitte darstellt. Ferner sind mehrteilige Pleuel 21 und 22 zum Teil gabelförmig vorgesehen die über ein Exzenter 23 und 24 mit der Kurbelwelle 20 kraftschlüssig verbunden sind. Die Verbindungsglieder 13 und 14, die Stützringe 16,17,18 und 19, sowie die Pleuel 21 und 22 sind so angeordnet, das sie symmetrisch zur Schnittebene A-B liegen. Im Gehäuse 1 sind Einlaßanschluß 25 und Auslaßanschluß 26 vorgesehen (Figur 1). Im feststehenden Gehäuse 1 ist an den Brennräumen 8,9,10 und 11 je eine Öffnung 27,28,29 und 30 vorgesehen, durch die Frischgase eintreten und Abgase austreten können. Um diese Brennraumöffnungen 27,28,29 und 70 im Gehäuse 4 drehbar gelagert ist ein Steuerrin. 31 angeordnet der einen Frischkanal 33 mit Druchbruch 34 und einen Abgaskanal 35 mit Druchbruch 36 enthält. Die Durchbrüche 34 und 36 liegen in der F8rehrichtuno gesehen hintereinander und gleiten deckungsgleich an den Öffnungen 27, 28,29 und 30 der Brennräume 8,9,10 und 11 wobei. Am Steuerring 31 befindet sich ein Zahnkranz 37, der über Zwischenrader 38 und 39 mit dem an der Kurbelwelle 20 festverbundenem Zahnrad 40 mit entsprechender Übersetzung, vorzugsweise 1:2 in Verbindung sthet (Fig.2). Die frehrichtung des Steuerrings 31 ist vorzugsweise gleichsinning mit der Kurbelwelle 20. Eine Gegenläufigkeit ist auch ausführbar. Alle Kolben 7 sind gegenüber den Zylindern 3,4,5 und 6, sowie Steuerrring 31 gegenüber dem Gehäuse 1 und den Prennrnumen 8,9, 10 und 11 mit bekannten Dichtungsmitteln vorgesehen die nicht besonders dargestellt wurden.Description: A fixed, multi-part housing 1 with a stationary attached ignition points 2, furthermore cylinders 3, 4, 5 and 6, by each one Piston 7 moves. Combustion chambers 8, 9, 10 and 11 are formed between piston 7 and housing 1 educated. In the working position shown in Figure 1 takes place in the combustion chamber 8 the ignition with subsequent working stroke, compression takes place in the combustion chamber 9, in the pre-runner 10 the intake stroke and in the combustion chamber 11 the emission of the burned gases. A space 12 for coolant is provided around the cylinders. The pistons 7 are over Bolts 32 are connected to connecting links 13 and 14. All connecting links 13 and 14 have a pivot point in their center with the bolt 15, on the double-sided Support rings 16 and 17 for connecting links 13 and support rings 18 and 19 for the Connecting members 14 are mounted and all support rings 16,17,18 and 19 together are mounted on the crankshaft (20). All pivot points in total form a Parallelogram whose center is the center of the crankshaft. Furthermore, they are multi-part Connecting rods 21 and 22 are provided in the form of a fork, some of which are provided via an eccentric 23 and 24 are positively connected to the crankshaft 20. The connecting links 13 and 14, the support rings 16, 17, 18 and 19, as well as the connecting rods 21 and 22 are arranged so that they are symmetrical to the cutting plane A-B. In the case 1 inlet connection 25 and outlet connection 26 are provided (FIG. 1). In the fixed Housing 1 is provided with an opening 27, 28, 29 and 30 on each of the combustion chambers 8, 9, 10 and 11, through which fresh gases can enter and exhaust gases can escape. Around these combustion chamber openings 27, 28, 29 and 70 rotatably mounted in the housing 4 is a control valve. 31 arranged the a fresh duct 33 with a breakthrough 34 and an exhaust gas duct 35 with a breakthrough 36 contains. The openings 34 and 36 lie one behind the other in the direction of rotation and slide congruently on the openings 27, 28, 29 and 30 of the combustion chambers 8, 9, 10 and 11 where. On the control ring 31 there is a ring gear 37, which has intermediate gears 38 and 39 with the gear 40 firmly connected to the crankshaft 20 with a corresponding one Translation, preferably 1: 2 in connection (Fig.2). The direction of rotation of the Control ring 31 is preferably in the same direction as the crankshaft 20. Opposite rotation is also executable. All pistons 7 are opposite the cylinders 3, 4, 5 and 6, as well Control ring 31 with respect to the housing 1 and the Prennrnumen 8,9, 10 and 11 with known Sealing means are provided which have not been specifically shown.

Funktion: Die in Figur 1 gezeichneten Stellungen zeigen im Zylinder 3 die beendete Verdichtung, es kann die 7iindung erfolgen, im Zylinder 4 ist der Ansaughub beendet, im Zylinder 5 1;eine Füllung und im Zylinder 6 ist der trbeitshub beendet. Erfolgt nun im Brennraum 8 die Zündun und somit der Peginn des Arbeitshubes im Zylinder 3, so wird die Kraft iiber Pleuel 21 und exzenter 23 auf die Kurbelwelle 20 weitergeleitet, die sich in Pfeilrichtung dreht. Nach erfolgtem Hub hat sich die Kurbelwelle 20 um 1800 und gleichzeitig der Steuerring 31 um 90° gedreht. Durch das Verbundsystem wurde während dieser Hubbewegung im Zylinder 4 verdichtet, in Zylinder 5 durch Schlitz 34 aus dem Frischgaskanal 33 angesaugt und im Zylinder 6 die verbrannten Gase durch Schlitz 36 in den Abgaskanal 35 ausgestoßen. Dieser Vorgang wiederholt sich bei weiterer Drehung des Steuerringes 31. Die im Abgaskanal 35 gesammelten Abgase werden über den Austritt 26 abgeleitet. Frischgase werden durch den Eintritt 25 dem Frischgaskanal 33 zugeführt. Beim Arbeitshub in den Zylindern 4 und 6 wird die Kraft.durch das Verbundsystem geteilt an Pleuel 21 und 22 weitergeleitet und es erfolgt eine Zugbeanspruchung im Pleuel 21 und 22.Function: The positions shown in Figure 1 show in the cylinder 3 the completed compression, the connection can take place, in cylinder 4 is the Intake stroke ended, in cylinder 5 1; one filling and in cylinder 6 the work stroke is finished. If now the ignition takes place in the combustion chamber 8 and thus the Peginn of the working stroke in cylinder 3, the force via connecting rod 21 and eccentric 23 forwarded to the crankshaft 20, which rotates in the direction of the arrow. To After the stroke has taken place, the crankshaft 20 has turned 1800 and at the same time the control ring 31 rotated by 90 °. Due to the composite system, during this stroke movement in the cylinder 4 compressed, sucked into cylinder 5 through slot 34 from fresh gas duct 33 and in the cylinder 6, the burned gases are discharged through the slot 36 into the exhaust passage 35. This process is repeated with further rotation of the control ring 31. The im Exhaust gases collected from the exhaust duct 35 are discharged via the outlet 26. Fresh gases are fed to the fresh gas duct 33 through the inlet 25. With the working stroke in Cylinders 4 and 6, the force is divided by the composite system at connecting rod 21 and 22 and there is a tensile load in the connecting rods 21 and 22.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

Claims 1. Internal combustion engine whose cylinder with the Combustion chambers, are arranged opposite radially around the drive axis and the Volume change takes place in the radial direction to the drive axis, characterized in that that the piston n, inside, over the piston pin rotatable with connecting links, which are mounted around the drive axis, interconnected and symmetrical to the cutting line A-B are arranged with the connecting links in their middle a bearing point and rotatable with the symmetrically arranged to the cutting plane A-B Support rings are mounted around the center of the crankshaft, with the individual pivot points Overall, a parallelogram forms the center of the crank shaft center lies.

2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized that, the piston with piston pin a forced radial movement towards the center of the crankshaft and the radial forces are taken over by the entire composite system during the working stroke.

3. Internal combustion engine according to claims 1 and 2, characterized in that that with an arrangement of four cylinders, two opposing pistons via piston pins each with a connecting rod which, on the one hand, is preferably fork-shaped and both arranged symmetrically to the cutting plane A-B, with the same Center of gravity, transferring power to the crankshaft via an eccentric arrangement are connected.

4. Combustion: power machine according to claims 1-3, characterized in that that two opposing pistons are not directly connected to the drive axle Connected, their force halved over the connecting links during the working stroke en the neighboring piston pins, and through even tensile stress of the Forward connecting rod to the crankshaft, 5. Internal combustion engine according to the claims 1-4 characterized in that the entire composite system including cylinders rotates around the crankshaft axis with a corresponding transmission ratio preferably 1: 3, the on u.

Exhaust duct, as well as the ignition point on the stationary outer housing, stationary are appropriate.

6. Internal combustion engine according to claims 1-4, characterized in that that each combustion chamber on the periphery or on the front side of the system is preferably only has an opening through which fresh gases can enter or exhaust gases can exit, all openings have the same radial distance from the center of the crankshaft.

7. Internal combustion engine still dedurch claims 1-4 and 6 characterized in that a control ring is provided to control the fresh and exhaust gases is, which has a fresh gas duct and an exhaust duct, is rad uni the crankshaft axis moved and with a toothed gear from the crankshaft with a gear ratio is controlled.

8. Internal combustion engine according to claims 1-.4 and 6-. 7th.

characterized in that the control ring in the fresh gas duct and each has a breakthrough in the exhaust duct, seen one behind the other in the direction of rotation lie and slide congruently past the openings of the combustion chambers.

9. Internal combustion engine according to claims 1-4 and 6-8, characterized characterized in that the angular distances and the length of the openings matched are that they always appear at the respective combustion chamber opening if the corresponding one The intake or discharge cycle begins.

10. Combustion engine according to claims 1-4 and 6-9, as through characterized in that only one circumferential control ring is required for several combustion chambers is that not only has breakthroughs for fresh and exhaust gases, but also Seals combustion chambers that are in the work or compression stroke.