DE3020499A1

DE3020499A1 - Four-stroke oscillating piston IC engine - has cylindrical piston with ribs projecting into annulus forming working chambers

Info

Publication number: DE3020499A1
Application number: DE19803020499
Authority: DE
Inventors: Reinhard 4000 Düsseldorf Vogel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-05-30
Filing date: 1980-05-30
Publication date: 1981-12-17

Abstract

The engine has a cylindrical piston with two radially projecting ribs (1). Each rib moves in a section of an annulus formed between the cylindrical part of the piston and an outer casing (5). The casing is closed axially by two end plates. It is divided by internally projecting sections which carry inlet and exhaust valves (9,10) facing into the annulus. These and the piston ribs divide the annulus into four working chambers which vary in volume as the piston oscillates. The piston is keyed to a shaft (6) which projects through an end plate and carries a connecting rod which is joined to a crankshaft.

Description

!teinhard Vogel! teinhard Vogel

Beschreibungdescription

Pende!kolbenmotorPende! Piston engine

Die Erfindung betrifft einen nach dem Viertaktverfahren arbeitenden ver — brennungsmotor, mit der technischen Bezeichnung "Pendelkolbenmotor,,. Er dient als Kraftmaschine dem Antrieb von Arbeitsmaschinen z.B. Kraftfahr zeuge, Generatoren, Förderbänder.The invention relates to a four-stroke process - internal combustion engine, with the technical designation "pendulum piston engine". He serves as a prime mover to drive work machines, e.g. vehicles, generators, conveyor belts.

Nach Stand der Technik wird der Verbrennungsmotor nach dem Prinzip des Viertaktverfahrens, als Hubkolbenmotor und Kreiskolbenmotor gebaut. Der Hubkolbenmotor hat den Nachteil, in Relation zur Leistung, sehr groß und schwer zu sein. Außerdem besteht sein Triebwerk, besonders bei Mehr Zylinderausführung, aus zahlreiche sich bewegende und damit verschleißen de Teile. Mit dem Bau von Kreiskolbenmotoren ist es gelungen, kleine, leich te, mit wenigen beweglichen Teilen arbeitende Verbrennungsmotoren zu be treiben, jedoch ist der hohe Brennstoffbedarf und Fertigungsaufwand von großem Nachteil und den heutigen Anforderungen nach sparsamen, langlebigen und preiswerten Verbrennungsmotoren nicht mehr gewachsen.According to the prior art, the internal combustion engine is based on the principle of Four-stroke process, built as a reciprocating piston engine and a rotary piston engine. Of the Reciprocating engine has the disadvantage, in relation to power, very large and to be hard. In addition, its engine, especially in the multi-cylinder version, from numerous moving and therefore wearing parts. With the construction of rotary piston engines, small, light, to operate internal combustion engines working with few moving parts, but the high fuel consumption and manufacturing costs of major disadvantage and today's requirements for economical, long-lasting and inexpensive internal combustion engines can no longer cope.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gesetzt, Arbeitsmaschinen mit extrem kleinen und leichten, in der Herstellung einfachen und dabei sparsamen V_er brennungsmotoren zu betreiben.The invention has set itself the task of operating machines with extremely small and light, simple to manufacture and economical V _e r internal combustion engines.

Die Erfindung wird dargestellt auf
Zchng. 1 (Schnitt durch Einlaßventil)
Zchng. 2 (Auspuffseite)
Zchng. 3 (Ansaugseite)The invention is illustrated on
Drawing 1 (section through inlet valve)
Fig. 2 (exhaust side)
Fig. 3 (intake side)

Nach der vorliegenden Erfindung wird die bei der Verbrennung entstehen de Wärmeenergie wie folgt in Mechanische umgewandelt:According to the present invention, the result of the combustion is de Thermal energy converted into mechanical energy as follows:

Das Triebwerk des Pendelkolbenmotors besteht aus dem Kolben 1, dem Hebel 2, der Pleuelstange 3 und der Kurbelwelle 4. Der Kolben 1 ist in seiner geo metrischen Grundform ein flacher Zylinder auf dessen Mantelfläche zwei sym metrich gegenüberliegende prismatische Körper gesetzt sind. Der Kolben 1 führt bei laufendem Motor, zwischen zwei Totpunkten, eine hin und her ge hende Teilkreisbewegung durch. Er pendelt. Das Gehäuse 5 ist der Form des pendelnden Kolbens 1 so angepaßt, daß vier Verbrennungsräume entstehen, dieThe drive mechanism of the pendulum piston engine consists of the piston 1, the lever 2, the connecting rod 3 and the crankshaft 4. The piston 1 is metric in its geo Basic shape a flat cylinder on its outer surface two symmetrical opposite prismatic bodies are set. The piston 1 leads with the engine running, between two dead centers, a back and forth ge going Pitch circular movement through. He commutes. The housing 5 is the shape of the oscillating piston 1 adapted so that four combustion chambers are created

von dem Kolben 1 hermetisch getrennt werden. Durch den pendelnden Kolben 1 werden die Verbrennungsräume einmal vergrößert (Ansaugen, Arbeiten) und einmal verkleinert (Verdichten, Auspuffen). Das Gehäuse 5 ist durch zwei Gehäusedeckel 7 und 8 verschlossen. Die Umwandlung der bei der Verbrenn ung des Kraftstoffes entstehenden Druckenergie in mechanische Arbeit voll zieht sich an den prismatischen Körpern des Kolbens 1. Die dabei entstehen de Kraft wird über den Hebel 2 auf die Pleuelstange 3 und dann auf die Kurbelwelle 4 geleitet und dort in ein Drehmoment umgewandelt. Der Hebel 2 ist mit dem Kolben 1 durch eine Welle 6 fest verbunden. Die Welle 6 ist in den beiden Gehäusedeckeln 7 und 8 gelagert. Das erste Auge der Pleuelstange 3 ist im Zapfen des Hebels 2 und das Zweite im Zapfen der Kurbelwelle 4 ge lagert. Die Kurbelwelle 4 ist ebenfalls in den beiden Gehäusedeckeln 7 und 8 gelagert, und sie befindet sich an einem Punkt, der einerseits durch die Länge der Pleuelstange 4 und andererseits durch die Länge des Hebels 2 und dessen Lage in den beiden Totpunkten bestimmt ist. Zur Steuerung des Gas wechseis besitzt jeder Verbrennungsraum zwei Ventile, ein Einlaßventil 9 und ein Auslaßventil 10. Sie liegen hintereinander und dem prismatischen Körpern des Kolbens 1 gegenüber. Die Ventile werden von zwei Nockenwellen direkt gesteuert. Wobei eine Nockenwelle für zwei Verbrennungsräume zu ständig ist. Sie sind rechts und links vom Kolben 1 angeordnet und in den beiden Gehäusedeckeln 7 und 8 gelagert. Jeder der beiden Nockenwellen be sitzt nur zwei Nocken, eine für zwei Auslaßventile und eine für zwei Ein laßventile. Dies ist möglich, da Einlaß - und Auslaßventil eines jeden Verbrennungsräume 45 versetzt zur Achse der Nockenwelle angeordnet ist. Die Nockenwellen drehen sich bei Ansicht auf die Ansaugseite rechtsherum und werden durch einen Kettentrieb (wie auf Zchng. 1 gezeigt) oder Zahn riementrieb von der Kurbelwelle mit einem Ubersetztungsverhältnis von 2:1 angetrieben. Die bei Fremdzündung vorhandenen Zündkerzen, bei Selbst - zündung sind es die Glühkerzen und Einspriztzdüsen, sind auf der oberen Stirnseite der Verbrennungsräume angeordnet. Der Motor kann (wie auf Zchng. 1 gezeigt) Wasser - als auch Luftgekühlt werden.be hermetically separated from the piston 1. The oscillating piston 1 the combustion chambers are enlarged once (suction, work) and reduced once (compression, exhaust). The housing 5 is by two Housing cover 7 and 8 closed. The conversion of the incineration The pressure energy generated by the fuel in mechanical work is fully drawn on the prismatic bodies of the piston 1. The resulting de Force is applied via lever 2 to connecting rod 3 and then to the Crankshaft 4 passed and converted there into a torque. The lever 2 is firmly connected to the piston 1 by a shaft 6. Wave 6 is in the two housing covers 7 and 8 stored. The first eye of the connecting rod 3 is in the pin of the lever 2 and the second in the pin of the crankshaft 4 superimposed ge. The crankshaft 4 is also mounted in the two housing covers 7 and 8, and it is located at a point that is on the one hand by the Length of the connecting rod 4 and, on the other hand, is determined by the length of the lever 2 and its position in the two dead points. To control the gas exchange Each combustion chamber has two valves, an inlet valve 9 and an outlet valve 10. They are one behind the other and the prismatic one Bodies of the piston 1 opposite. The valves are controlled directly by two camshafts. One camshaft for two combustion chambers too is. They are arranged to the right and left of the piston 1 and stored in the two housing covers 7 and 8. Each of the two camshafts is seated only two cams, one for two exhaust valves and one for two inlet valves. This is possible because the intake and exhaust valves of each combustion chamber 45 are arranged offset to the axis of the camshaft. The camshafts turn clockwise when viewed from the intake side and are driven by a chain drive (as shown in drawing 1) or a toothed belt drive driven by the crankshaft with a gear ratio of 2: 1. The spark plugs present with spark ignition, with compression ignition if it is the glow plugs and injection nozzles, they are located on the upper face of the combustion chambers. The engine can (as on Fig. 1 shown) Water - as well as air cooled.

Das Arbeitsspiel des Pendelkolbenmotors ist in vier Takte unterteilt.The work cycle of the pendulum piston engine is divided into four cycles.

1. Takt = Ansaugen1st cycle = suction

2. Takt = Verdichten2nd cycle = compression

3. Takt = Arbeiten3rd measure = work

4. Takt = Auspuffen4th stroke = exhaust

Der Pendelkolbenmotor verfährt bei diesen vier Takten wie folgt: Das Einlaßventil von Verbrennungsraum 1 öffnet sich und der Kolben 1 er -The pendulum piston engine operates in these four cycles as follows: The inlet valve of combustion chamber 1 opens and piston 1 er -

zeugt beim Pendeln nach rechts einen Unterdruck. Infolge des Unterdruckes strömt das Kraftstoff - Luft - Gemisch in den Verbrennungsraum. Das Ein laßventil wird geschlossen und der zurückpendelnde Kolben verdichtet das Kraftstoff — Luft — Gemisch. Gleichzeitig mit dem Beginn des Verdichtens in Verbrennungsraum 1 öffnet das Einlaßventil in Verbrennungsraum 2, wobei der Kolben Kraftstoff - Luft - Gemisch ansaugt. Das in Verbrennungsraum 1 verdichtete Kraftstoff - Luft - Gemisch wird gezündet und die expandier enden Gase drucken den Kolben zurück, wodurch das in Verbrennungsraum 2 befindliche Kraftstoff - Luft - Gemisch verdichtet und in Verbrennungsraum 3 Verbrennungsgas angesaugt wird. Das in Verbrennungsraum 2 verdichtete Kraftstoff - Luft - Gemisch wird gezündet und die Gase drücken den Kolben zurück, wodurch der Kolben in Verbrennungsraum 4 Kraftstoff - Luft -Gemisch ansaugt, in Verbrennungsraum 3 Verdichtet und das verbrannte Gas in Verbrennungsraum 1 auspufft. Anschließend wird das zündbereite Kraftstoff Luft - Gemisch in Verbrennungsraum 3 gezündet. Der Kolben pendelt zurück verdichtet in Verbrennungsraum 4, in Verbrennungsraum 1 saugt er an, und in Verbrennungsraum 2 drückt er die verbrannten Gase aus. Mit der Zünd ung des in Verbrennungsraum 4 verdichteten Gases ist eine Zündfoge beendet.produces a negative pressure when swinging to the right. As a result of the negative pressure the fuel / air mixture flows into the combustion chamber. The inlet valve is closed and the reciprocating piston compresses the fuel / air mixture. Simultaneously with the start of compaction In combustion chamber 1, the inlet valve in combustion chamber 2 opens, whereby the piston sucks in the fuel-air mixture. The one in combustion chamber 1 The compressed fuel-air mixture is ignited and the expanding gases push the piston back, causing the combustion in combustion chamber 2 The fuel-air mixture located is compressed and placed in the combustion chamber 3 Combustion gas is sucked in. The fuel / air mixture compressed in combustion chamber 2 is ignited and the gases push the piston back, whereby the piston sucks in fuel-air mixture in combustion chamber 4, compresses it in combustion chamber 3 and the burned gas in Combustion chamber 1 exhausts. The fuel / air mixture, which is ready to ignite, is then ignited in combustion chamber 3. The piston swings back compresses in combustion chamber 4, it sucks in combustion chamber 1, and in combustion chamber 2 it expresses the burned gases. With the ignition of the gas compressed in combustion chamber 4, an ignition phase has ended.

Das beteutet, daß wenn in Verbrennungsraum 1 Takt 1 beginnt, beginnt in Verbrennungsraum 4 Takt 2, in Verbrennungsraum 3 Takt 3 und in Verbrenn ungsraum 2 Takt 4, Es entsteht eine permanente Zündfolge entgegen dem Uhrzeigersinn, wobei jeder Verbrennungsraum die Takte Auspuffen, Ansaugen und Verdichten durchgeführt hat, wenn in seinem die Zündung erfolgen muß. In jeder halben Umdrehung der Kurbelwelle ist demnach ein Arbeitsspiel ab geschlossen. Bei Selbstzündung würde der Pendelkolbenmotor kein Kraftstoff Luft ·= Gemisch ansaugen, sondern nur Luft und der Brennstoff würde in den Verbrennungsraum eingespritzt werden.This means that if 1 begins in the combustion chamber, 1 begins in Combustion chamber 4 stroke 2, in combustion chamber 3 stroke 3 and in combustion chamber 2 Stroke 4, a permanent counterclockwise ignition sequence is created, with each combustion chamber performing the strokes exhaust and intake and compacting has carried out when the ignition must take place in his. In every half revolution of the crankshaft, a work cycle is therefore completed. In the case of compression ignition, the pendulum piston engine would not suck in fuel air · = mixture, but only air and the fuel would be in the Combustion chamber are injected.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß es möglich ist, Kraftmaschinen nach dem Prinzip des Verbrennungs motores extrem klein und leicht und dabei Leistungsstark zu bauen. Das bedeutet, sein Platzbedarf und die Belastung durch sein Gewicht ist sehr klein, was z.B. im Kraftfahrzeugbau von Vorteil ist. Außerdem sind seine anzufertigenden Teile gegenüber einem vier Brennkammer - Hubkolbenmotor stark reduziert. Das bedeutet, daß seine Fertigungskosten niedrig sind. Sämtliche sich drehenden Teile können problemlos Wälzgelagert werden, zu dem treten durch den Kolben nur an den Berührungsflächen der Dichtungs elemente Reibungen auf und nicht wie bei einem Hubkolbenmotor durch denThe advantages that can be achieved with the invention are, in particular, that it is possible to use engines based on the principle of the internal combustion engine extremely small and light and at the same time powerful to build. That means, its space requirement and the burden of its weight is great small, which is an advantage, for example, in automotive engineering. Besides, his parts to be manufactured compared to a four combustion chamber reciprocating engine greatly reduced. This means that its manufacturing cost is low. All rotating parts can be easily mounted on roller bearings only pass through the piston on the contact surfaces of the sealing elements Frictions on and not by the like with a reciprocating engine

Kolbendruck an den Zylinderflächen, wodurch der Verschleiß des Kolbens her ■ abgesetzt und eine hohe Langlebigkeit des Motors erreicht wird. Außerdem ist der Reibungswiederstand des gesamten Motors sehr niedrig. Es treten keine Lehrhübe wie bei einem Hubkolbenmotor auf, denn der Kolben des Pendelkolbenmotos vollendet bei jeder Pendelbewegung einen Arbeitstakt.Piston pressure on the cylinder surfaces, which causes wear on the piston and a long service life of the engine is achieved. In addition, the frictional resistance of the entire engine is very low. Kick it no teaching strokes as with a reciprocating engine, because the piston of the pendulum piston engine completes a work cycle with every pendulum movement.

ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

130QS1/Q029130QS1 / Q029

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Claims

M. .J internal combustion engine based on the principle of the four-stroke process with the Technical designation pendulum piston engine. For driving machines characterized in that only one piston (l) with pendulum motion through four combustion chambers performs mechanical work.

2. pendulum piston engine according to claim 1, characterized in that the piston (l) in its basic geometric form is a flat cylinder on which Lateral surface two symmetrically opposite prismatic bodies The cylindrical part of the piston (l) is the pressure curve adapted in the combustion chambers in such a way that the wall thickness of the cylinder becomes thinner with the decrease in pressure.

3. Pendulum piston according to claim 1, characterized in that the input and Exhaust valves of the two on the left and two on the right of the piston (l) Combustion chambers are arranged at 90 to one another and 45 to the camshaft.

4. pendulum piston according to claim 1, characterized in that the Combustion chambers are wedge-shaped.

130051/0029130051/0029

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