DE2912454C2 - Transmission between a reciprocating rod and a cranked shaft - Google Patents
Transmission between a reciprocating rod and a cranked shaftInfo
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Description
2525th
Die Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe zwischen einer hin- und hergehenden Stange und einer mit einer Kurbel versehenen Welle, wobei an der Kurbel ein erster Hebel angelenkt ist, der mit einem zweiten Hebel gelenkig verbunden ist, welcher um einen ortsfesten Drehpunkt schwenkt und über eine Kulissenverbindung mit der hin- und hergehenden Stange gekoppelt ist, wobei der den Abstand zwischen dem ortsfesten Drehpunkt und dem Anlenkpunkt zwischen erstem und zweitem Hebel bildende Hebelarm kleiner ist als der den Abstand zwischen dem ortsfesten Drehpunkt und dem Anlenkpunkt zwischen dem zweiten Hebel und der hin- und hergehenden Stange bildende Hebelarm.The invention relates to a transmission between a reciprocating rod and one with a Crank provided shaft, wherein a first lever is articulated on the crank, which with a second lever is articulated, which pivots about a fixed pivot point and a link connection is coupled to the reciprocating rod, the distance between the stationary The pivot point and the articulation point between the first and second lever forming the lever arm is smaller than that the distance between the fixed pivot point and the articulation point between the second lever and the reciprocating rod forming lever arm.
Ein derartiges Getriebe ist aus CH-PS 4 35 905 als Koppelgetriebe bekannt, mit dem eine gleichförmige Drehbewegung in eine periodische hin- und hergehende Bewegung mit relativ großen Stillständen in den Endstellungen des hin- und herbewegten Gliedes umgewandelt wird. Dieses bekannte Koppelgetriebe ist jedoch nicht dazu geeignet, eine hin- und hergehende Bewegung in eine Drehbewegung umzuwandeln. Im Hinblick auf die mit diesem Koppelgetriebe erzeugten relativ großen Stillstände in den Endstellungen des hin- und herbewegbaren Gliedes wäre auch unter Benutzung einer Schwungmasse dieses bekannte Koppelgetriebe nicht in der Lage, eine hin- und hergehende Bewegung in eine Drehbewegung umzusetzen.Such a gear is known from CH-PS 4 35 905 as a coupling gear with which a uniform Rotary motion into a periodic reciprocating motion with relatively large stoppages in the End positions of the reciprocating limb is converted. This well-known linkage is but not suitable for converting a reciprocating motion into a rotary motion. in the With regard to the relatively large standstills generated with this coupling gear in the end positions of the reverse and movable link would also be this known coupling mechanism using a flywheel unable to convert a reciprocating motion into a rotary motion.
Aus DE-PS 7 58 775 und US-PS 39 65 758 sind Getriebe für bezüglich der Fördermenge einstellbare Pumpen, insbesondere Einspritzpumpen für Brennkraftmaschinen, bekannt. Diese Getriebe weisen einen Kurbeltrieb und einen zwischen diesem Kurbeltrieb und der Kolbenstange der Pumpe angeordneten Hebel auf. Zur Verstellung des Kolbenhubes wird bei diesen bekannten Getrieben der Drehpunkt dieses Hebels bezüglich der Anlenkungsstelle der Kurbel und der Anlenkungsstelle der Kolbenstange verstellt. Jedoch sind auch diese bekannten Getriebe nicht geeignet, eine hin- und hergehende Bewegung in besonders vorteilhafter Weise in eine Drehbewegung umzusetzen.From DE-PS 7 58 775 and US-PS 39 65 758 gear for adjustable with respect to the delivery rate Pumps, in particular injection pumps for internal combustion engines, are known. These transmissions have a Crank drive and a lever arranged between this crank drive and the piston rod of the pump. To adjust the piston stroke, the fulcrum of this lever is used in these known transmissions adjusted with respect to the articulation point of the crank and the articulation point of the piston rod. However these known gears are also not suitable, a reciprocating movement is particularly advantageous Way to translate it into a rotary motion.
Aus AT-PS 2 90 235 ist ein an einer Kolbenkraftmaschine anwendbares Getriebe bekannt, bei welchem die Pleuelstange über eine damit gelenkig verbundene Zwischenstange mit dem Kolben verbunden ist An die Gelenkstelle zwischen der Pleuelstange und der Zwischenstange ist wiederum gelenkig eine Kompensierschwinge angesetzt, die an der dem Gelenk gegenüberliegenden Ende ortsfest schwenkbar gelagert ist. Mit dieser Kompensierschwinge sollen die bei Kurbelgetrieben auftretenden Stützkräfte kompensiert werden, um die sich bewegenden Gleitflächen verkleinern zu können, was Verminderung des Gewichtes und Verschleißes am Kolben und Zylinder verspricht Eine Beeinflussung des übertragenen Drehmoments ist aber mit diesem Getriebe nicht möglich. Aus US-PS 27 75 899 ist es auch bekannt, ein solches Getriebe auf zwei sich gegenübergesetzte Zylinder-Kolben-Anordnungen anzuwenden, wobei die beiden Zwischenstangen und die beiden Pleuelstangen in einer gemeinsamen Gelenkanordnung miteinander verbunden sind, so daß jede Pleuelstange für das jeweils andere System die Funktion der Kompensierschwinge übernimmt Die Kurbeln, an denen die beiden Pleuelstangen angreifen, sind dann mittels Zahnradgetriebe miteinander gekoppelt Auch bei einem solchen Zwillingsgetriebe lassen sich lediglich die von den Kolben auf die Zylinderwände ausgeübten Querkräfte besser beherrschen. Es ist aber nicht möglich, das übertragene Drehmoment zu beeinflusse;].From AT-PS 2 90 235 a applicable to a piston engine transmission is known in which the The connecting rod is connected to the piston via an intermediate rod articulated therewith The articulation point between the connecting rod and the intermediate rod is, in turn, an articulated compensating rocker attached, which is mounted in a stationary pivotable manner at the end opposite the joint is. This compensating rocker is intended to compensate for the supporting forces that occur in crank gears to be able to reduce the moving sliding surfaces, which reduces the weight and Wear on the piston and cylinder promises An influence on the transmitted torque is, however not possible with this gearbox. From US-PS 27 75 899 it is also known to have such a transmission to apply two opposite cylinder-piston arrangements, with the two intermediate rods and the two connecting rods are connected to one another in a common joint arrangement, so that Each connecting rod takes on the function of the compensating rocker for the other system Cranks, on which the two connecting rods engage, are then coupled to one another by means of gear drives Even with such a twin gear, only the pistons can be applied to the cylinder walls better control of the transverse forces exerted. But it is not possible to increase the transmitted torque influence;].
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, mittels eines Getriebes der eingangs beschriebenen Art eine günstige Beeinflussung von Kolbenkraftmaschinen, insbesondere hinsichtlich Leistungssteigerung, Vergrößerung des elastischen Arbeitsbereiches und verbesserter Ausnutzung der zugeführten Energie, hervorzurufen.In contrast, the invention is based on the object, by means of a transmission of the type described above Kind of a favorable influence on piston engines, especially with regard to increased performance, Enlargement of the elastic working area and improved utilization of the supplied Energy to evoke.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für die Anwendung bei einer Kolbenkraftmaschine auf den Enden der hin- und hergehenden Stange Kolben fest angeordnet sind.According to the invention, this object is achieved in that for use in a piston engine pistons are fixedly arranged on the ends of the reciprocating rod.
Durch die Erfindung wird erreicht, daß das von der die beiden Kolben tragenden Stange auf die Kurbelwelle übertragene Drehmoment wesentlich verstärkt wird und somit das maximale Drehmoment der Kolbenkraftmaschine über einen großen Drehzahlbereich annähernd ohne nennenswerten Abfall gehalten wird. Die Kraftmaschine arbeitet dadurch nicht nur in einem größeren elastischen Bereich, sondern entfaltet das maximale Drehmoment auch bereits bei niedrigeren Drehzahlen, als dies bisher möglich ist. Hieraus ergibt sich wiederum, daß die Ansaug- und Auspuffverhältnisse und bei Brennkraftmaschinen auch die Verbrennungsverhältnisse beim Arbeitshub wesentlich besser beherrscht werden können als bisher.The invention achieves that the rod carrying the two pistons onto the crankshaft transmitted torque is significantly increased and thus the maximum torque of the piston engine is held over a large speed range with almost no significant drop. the As a result, the engine not only works in a larger elastic range, but also unfolds it maximum torque even at lower speeds than was previously possible. From this it follows in turn, that the intake and exhaust ratios and, in the case of internal combustion engines, the combustion ratios during the working stroke are much better controlled than before.
Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, daß nur einer der beiden Kolben ein Antriebskolben ist. Der zweite Kolben kann als Arbeitskolben, beispielsweise für einen Kompressor benutzt werden, was für aufgeladene Brennkraftmaschinen von besonderem Vorteil ist, um Luft oder ein Luft-Brennstoffgemisch in wesentlich verbesserter Weise vorzuverdichten.In the context of the invention it is also possible that only one of the two pistons is a drive piston. Of the second piston can be used as a working piston, for example for a compressor, what for supercharged internal combustion engines is particularly advantageous to air or an air-fuel mixture in much better way to precompress.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtEmbodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing. It shows
F i g. 1 einen erfindungsgemäß ausgestatteten Motor in axialem Schnitt durch Zylinder und Motorgehäuse,F i g. 1 a motor equipped according to the invention in an axial section through the cylinder and motor housing,
F i g. 2 einen erfindungsgemäßen Motor in Vorderansicht, F i g. 2 an engine according to the invention in a front view,
F i g. 3 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßF i g. 3 is a side view of the invention
ausgestatteten Motors mit drei parallel angeordneten Systemen gemäß F i g. 1.equipped engine with three systems arranged in parallel according to FIG. 1.
F i g. 4 ein Schema der gemäß F i g. 1 bis 3 benutzten Ausführungsform des erfindungsgemäßen .Systems,F i g. 4 is a diagram of the according to FIG. 1 to 3 used embodiment of the .System according to the invention,
Fig.5 das Schema einer zweiten Austührungsform des erfindungsgemäßen Systems und5 shows the scheme of a second embodiment of the system according to the invention and
F i g. 6 das Schema einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems.F i g. 6 the scheme of a third embodiment of the system according to the invention.
Bei den dargestellten Beispielen ist an jedem Ende einer Verbindungsstange 11 ein Kolben 10 test angebracht Die Verbindungsstange 11 ist über einen Schwinghebel 20 mit dem Pleuel 30 verbunden. Der Schwinghebel 20, der die oszillierende Hin- und Herbewegung der Verbindungsstange 11 und des Kolbenpaares über das Pleuel 30 in eine Drehbewegung der Kurbelwelle 40 umsetzt, ist an seinem der Verbindungsstange 11 entgegengesetzten Endbereich am Motorgehäuse 50 über einen Ankerbolzen 21 drehbar gelagert. Zur Gelenkverbindung 12 mit der Verbindungsstange 11 enthält der Schwinghebel 20 in seinem entsprechenden Endbereich einen begrenzt radial bezüglich der Schwenkachse 21 gleitend geführten Gleit- und Gelenkstein 22. Der Schwinghebel 20 ist an diesem Ende gabelförmig mit zwei Laschen 24 ausgebildet, die Führungen für den Gleit- und Gelenkstein 22 enthalten.In the examples shown, a piston 10 is test at each end of a connecting rod 11 attached The connecting rod 11 is connected to the connecting rod 30 via a rocker arm 20. Of the Rocker arm 20 that controls the oscillating back and forth movement of the connecting rod 11 and the Pairs of pistons converts via the connecting rod 30 into a rotational movement of the crankshaft 40, is at its the Connecting rod 11 on the opposite end area on the motor housing 50 via an anchor bolt 21 rotatably mounted. For the articulated connection 12 with the connecting rod 11, the rocker arm 20 contains in its corresponding end region a limited radially with respect to the pivot axis 21 slidably guided Slide and joint block 22. The rocker arm 20 is fork-shaped with two tabs 24 at this end which contain guides for the sliding and joint block 22.
Um die oszillierende Bewegung in eine rotierende Drehbewegung umzusetzen, ist der Schwinghebel 20 in seinem mittleren Bereich mit einer Aussparung 27 versehen, in der das Ende der Pleuelstange 30 eingesetzt und über einen Pleuelstangenbolzen 31 mit dem Schwinghebel 20 drehbar verbunden ist. Um die rotierenden und oszillierenden Massen so gering wie möglich zu halten, ist der Schwinghebel 20 mit Ausnehmungen 28 versehen.In order to convert the oscillating movement into a rotating rotary movement, the rocker arm 20 is shown in FIG its central area is provided with a recess 27 in which the end of the connecting rod 30 is inserted and is rotatably connected to the rocker arm 20 via a connecting rod pin 31. To the To keep rotating and oscillating masses as low as possible, the rocker arm 20 is with Recesses 28 provided.
Der Zylinder 14 bildet mit dem Motorgehäuse 50 eine Gießeinheit, wobei der Zylinder 14 in bekannter Weise Kühlkanäle 15 aufweist. Entsprechend dem radialen Schwenkbereich des Schwinghebels 20 ist zwischen dem Zylinder 14 und dem Motorgehäuse 50 eine axiale Aussparung 16 vorgesehen, die dem Schwinghebel einen freien Durchlaß zwischen dem Motorgehäuse 50 und dem Zylinder 14 erlaubt. Die beiden Enden des Zylinders 14 können mit einem handelsüblichen Zylinderkopf 17 verschlossen sein. Eine ölwanne 51 bildet zusammen mit dem Motorgehäuse 50 sowie dem Zylinder 14 und den beiderseitigen Zylinderköpfen 17 eine für den Verbrennungsvorgang notwendige abgeschlossene Einheit.The cylinder 14 forms a casting unit with the motor housing 50, the cylinder 14 in a known manner Has cooling channels 15. According to the radial pivot range of the rocker arm 20 is between the Cylinder 14 and the motor housing 50 an axial recess 16 is provided which the rocker arm allows a free passage between the motor housing 50 and the cylinder 14. The two ends of the Cylinder 14 can be closed with a commercially available cylinder head 17. An oil pan 51 forms together with the motor housing 50 as well as the cylinder 14 and the cylinder heads 17 on both sides a self-contained unit necessary for the combustion process.
Fig.2 zeigt die beiderseitige Anordnung der Zylinderkopfe 17 am Zylinder 14 und die für den Betrieb der Brennkraftmaschine notwendigen Teile, wie Einlaß- und Auslaßventile 60 und 61, Nockenwellen 62, Zündverteiler 65, Zündkerzenkanäle 66, Lichtmaschine 67, Einlaßkanal 69, Aüslaßkanal 70, Ansaugstutzen 71 mit luftzuführendem Trichter 72 und Kraftstoffeinspritzdüse 73. Soweit diese Teile anzutreiben sind, erfolgt dies mittels Zahnriemen 63 und Zahnriemenrädern 64.Fig.2 shows the mutual arrangement of the Cylinder heads 17 on cylinder 14 and those for operation the internal combustion engine necessary parts, such as inlet and outlet valves 60 and 61, camshafts 62, Ignition distributor 65, spark plug ducts 66, alternator 67, inlet duct 69, outlet duct 70, intake manifold 71 with air-feeding funnel 72 and fuel injection nozzle 73. As far as these parts are to be driven, this is done by means of toothed belt 63 and toothed belt wheels 64.
Fig.3 zeigt, daß mehrere, beispielsweise drei Systeme, gemäß F i g. 1 und 2 nebeneinander in einem gemeinsamen Motorgehäuse angeordnet sein können.3 shows that several, for example three systems, according to FIG. 1 and 2 side by side in one common motor housing can be arranged.
Die Funktion der Vereinigung von Getriebe und Kolbenkraftmaschine, beispielsweise Brennkraftmaschine, wird im folgenden anhand von F i g. 4 näher erläutert:The function of the union of transmission and piston engine, for example internal combustion engine, will be explained in the following with reference to FIG. 4 explained in more detail:
Dabei bedeuten die in F i g. 4 benutzten Bezeichnungen wie folgt:The mean in FIG. 4 terms used as follows:
F5, — Stoffkraft F 5 , - fabric strength
Fo — oszillierende Massen Fo - oscillating masses
FT — Tangentialkraft F T - tangential force
Md — Drehmoment Md - torque
r:r2 — Hebelarm-Verhältnis r: r 2 - lever arm ratio
Pk — an d. Kurbelwelle abgegebene Leistung Pk - an d. Power output from the crankshaft
ω — Winkelgeschw.ω - angular velocity
Wenn man sich in den F i g. 1 und 4 die Bewegung des ίο links gezeigten Kolbens 10 bei der nach der Zündung erfolgenden polytropischen Expansion von links nach rechts ablaufend vorstellt, so wird über die Verbindungsstange 11, den Schwinghebel 20 und das Pleuel 30 am Kurbelzapfen 4i eine Tangentialkraft Ft erzeugt, für die gilt:If you look at Figs. 1 and 4 the movement of the piston 10 shown on the left in the polytropic expansion occurring after the ignition running from left to right, a tangential force Ft is generated via the connecting rod 11, the rocker arm 20 and the connecting rod 30 on the crank pin 4i, for which is applicable:
wobei der Wert — > 1 ist, weil der sich von derwhere the value is -> 1 because it differs from the
ortsfesten Schwenkachse 21 des Schwinghebels 20 zum Anlenkungsbereich 12 der Verbindungsstange 11 erstreckende Hebelarm r größer als der sich von der ortsfesten Schwenkachse 21 zum Anlenkungsbereich 31 des Pleuels 30 erstreckende Hebelarm η ist. Gemäß der Darstellung der Fig.4 ergibt sich dann für das Drehmomentfixed pivot axis 21 of the oscillating lever 20 for attachment region 12 of the connecting rod 11 extending lever arm of the connecting rod is located than the η 30 extending lever arm r is greater by the stationary pivot axis 21 for attachment region 31st According to the illustration in FIG. 4, the result is then for the torque
Md = FT ■ r2 M d = F T ■ r 2
und für die an der Kurbelwelle abgegebene Leistungand for the power delivered to the crankshaft
Pk = F τ ■ r2 ■ ω .
Wie man aus der Momentengleichung Pk = F τ ■ r 2 ■ ω.
How to get from the equation of moments
FtT2 = M11 = (Fst -F0)-—-r2 r\FtT 2 = M 11 = (Fst -F 0 ) -—- r 2 r \
ersehen kann, wirkt sich das Hebelverhältnis r: η verstärkend auf das an den Kurbelwellenzapfen 41 aufgebrachte Drehmoment aus. Infolge des höheren Drehmoments bei gleichbleibender Winkelgeschwindigkeit ω erhöht sich infolgedessen auch die Leistung an der Kurbelwelle 40.As can be seen, the lever ratio r : η has a reinforcing effect on the torque applied to the crankshaft journal 41. As a result of the higher torque at a constant angular velocity ω, the power on the crankshaft 40 also increases as a result.
Praktisch gleiche Wirkung wird auch bei abgewandelten Ausführungen erreicht, wie sie in den F i g. 5 und 6 schematisch angedeutet sind. Wie man aus F i g. 5 ersehen kann, ist eine zweiarmige Ausbildungsform des Schwinghebels 20 möglich, wobei der Schwinghebel 20 wiederum bei 21 ortsfest drehbar gelagert ist. Am einen Endbereich des Schwinghebels 20 ist das Pleuel 30 bei 31 angelenkt und am anderen Endbereich des Schwinghebels 20 bei 12 die Verbindungsstange 11. Auch hierbei soll der zwischen der ortsfesten Schwenkachse 21 und der Anlenkung 31 des Pleuels 30 gebildete Hebelarm η kurzer als der zwischen der ortsfesten Schwenkachse 21 und dem Anlenkungsbereich 12 der Verbindungsstange wirksame Hebelarm rsein.Practically the same effect is also achieved with modified versions, as shown in FIGS. 5 and 6 are indicated schematically. As one can see from FIG. 5, a two-armed embodiment of the rocker arm 20 is possible, the rocker arm 20 in turn being rotatably mounted in a stationary manner at 21. At one end portion of the swing lever 20, the connecting rod is hinged at 31 30 and the connecting rod 11. Also in this case to the other end portion of the swing lever 20 at 12, the short η 30 lever arm formed between the stationary pivot axis 21 and the articulation 31 of the connecting rod than that between the stationary pivot axis 21 and the articulation area 12 of the connecting rod effective lever arm.
Wie Fig.6 zeigt,-ist es auch möglich, zwei parallel zueinander angeordnete Kolbenpaare 10 über einen Schwinghebel 20 zu verbinden. Dabei ist der Schwinghebel 20 ebenfalls als zweiarmiger Hebel ausgebildet, der in mittleren Teil seine ortsfeste Schwenkachse 21 hat und in seinen beiden Endbereichen Gleit- und Gelenksteine trägt, um an jedem Ende eine Anlenkung 12 je einer Verbindungsstange 11 zu bilden. Jede Verbindungsstange trägt dann an jedem Ende einenAs Fig.6 shows, it is also possible to have two in parallel To connect mutually arranged piston pairs 10 via a rocker arm 20. Here is the rocker arm 20 also designed as a two-armed lever, which has its stationary pivot axis 21 has and in its two end areas carries sliding and joint blocks to a linkage at each end 12 to form a connecting rod 11 each. Each connecting rod then carries one at each end
Kolben 10. Das Pleuel 30 wird dann in einem Zwischenbereich zwischen der ortsfesten Schwenkachse 21 und einem der Anlenkungsbereiche 12 für die Verbindungsstange 11 angeordnet. Dabei soll der zwischen der Anlenkung 31 des Pleuels 30 und der ortsfesten Schwenkachse 21 wirksame Hebelarm η kürzer als di. zwischen den Anlenkungsbereichen 12 der Verbindungsstangen 11 und der ortsfesten Schwenkachse 21 wirksamen Hebelarme r'und r"sein. Die beiden Hebelarme r' und r" können dabei unterschiedlich lang sein. Es lassen sich dann beispielsweise zwei Kolbenpaare 10' und 10" mit unterschiedlich langem Hub betätigen.Piston 10. The connecting rod 30 is then arranged in an intermediate area between the stationary pivot axis 21 and one of the articulation areas 12 for the connecting rod 11. The lever arm η effective between the articulation 31 of the connecting rod 30 and the stationary pivot axis 21 should be shorter than di. between the articulation areas 12 of the connecting rods 11 and the stationary pivot axis 21 effective lever arms r ' and r " . The two lever arms r' and r" can be of different lengths. For example, two pairs of pistons 10 'and 10 "can then be actuated with strokes of different lengths.
Mit dem beschriebenen System läßt sich auch eine Kombination zwischen einer Arbeitsmaschine und einer Kraftmaschine mit Kolbenbewegung schaffen, wobei jedoch in jedem Fall mindestens ein Kolben als Antriebskolben arbeitet. Es lassen sich auf diese Weise Zusatzaggregate in das System unmittelbar einfügen, beispielsweise ein Kompressor, wie er für aufgeladene Brennkraftmaschinen, beispielsweise aufgeladene Dieselmotore, von besonderem Vorteil ist, weil mit diesem Kompressor bereits eine Vorverdichtung der Verbrennungsluft oder ggf. des Luft-Kraftstoffgemisches vorgenommen werden kann.With the system described, a combination between a work machine and a Create engine with piston movement, but in each case at least one piston as Drive piston works. In this way, additional units can be added directly to the system, For example, a compressor such as that used for supercharged internal combustion engines, for example supercharged diesel engines, It is particularly advantageous because this compressor already pre-compresses the combustion air or, if necessary, the air-fuel mixture can be made.
Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |