DE3109778A1 - Reciprocating-piston machine - Google Patents
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Abstract
Description
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Die Erfindung bezieht 3ich auf eine Hubkolben-Maschine mit gerader Anzahl von gleichen Arbeitseinheiten, deren jede einen Hubzylinder sowie ein Kurbelwellen-Getriebe umfaßt, und mit einer Gegengewichts-Anordnung zum Ausgleich der aus rotierenden sowie oszillierenden Masaen der Maschinenelemente resultierenden Massen- und Fliehkräfte.The invention relates to a reciprocating piston machine with straight Number of identical working units, each of which comprises a lifting cylinder and a crankshaft gear, and with one Counterweight arrangement to compensate for the masses resulting from the rotating and oscillating masses of the machine elements and centrifugal forces.
Bei Hubkolben-Maschinen, insbesondere bei mit Hubkolben ausgerüsteten Brennkraftmaschinen werden bereits Gegengewichts-Anordnungen verwendet, die zum Ausgleich der freien Massen-bzw. Fliehkräfte 1.und 2.Ordnung dienen. Andererseits sind auch Anordnungen bekannt, die einen mindestens teilweisen Ausgleich der Kolben-Seitemkräfte bewirken, um die durch diese Kräfte hervorgerufenen Drehmomente um die Kurbelwellen-Achse zu eliminieren. Solche Drehmomente, die während des Arbeitsspieles einer Maschine periodisch auftreten und stark schwingungserregend wirken, führen nämlich zu erheblichen Schwingungen des sjesmmten Maschinenkörpers gegenüber der Maschinen-Basis, woraus wiederum bekannte Nachteile resultieren, wie Zerrüttelungen, Rißbildungen, Geräuschbelästigungen odgl.In reciprocating machines, especially those equipped with reciprocating pistons Internal combustion engines are already used counterweight arrangements that are used to compensate for the free mass or. Centrifugal forces of the 1st and 2nd order are used. On the other hand, there are also orders known, which cause an at least partial compensation of the piston side forces to the caused by these forces Eliminate torques around the crankshaft axis. Such torques that occur during the working cycle of a machine occur periodically and have a strong vibration-causing effect, namely lead to considerable vibrations of the entire machine body compared to the machine base, which in turn results in known disadvantages such as shaking, cracking, and noise nuisance or the like.
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, diese Nachteile der bekannten Bauarten zu beseitigen und eine Ausgleichsanordnung zu schaffen, mit deren.Hilfe nicht nur Massen-b-^w.Fliehkräfte 1. und 2.Ordnung voll ausgeglichen, sondern auch schädliche Wirkungen aus Kolben-Seitenkräften vollständig eliminiert werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Arbeits-The present invention has the task of addressing these disadvantages to eliminate known types of construction and to create a compensation arrangement with whose help not only mass-b- ^ w.Fentrifugal forces 1. and 2nd order fully balanced, but also harmful effects can be completely eliminated from lateral piston forces. This object is achieved according to the invention in that the working
_ Γ,_ Γ,
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einheiten der Maschine paarweise und spiegelbildlich zu einer parallel zur Kurbeüiellen-Achse verlaufenden Öymmetrieebene angeordnet sind und so betrieben werden, daß ihre Kurbelwellen synchron zueinander, jedoch in entgegengesetztem Drehsinne umlaufen, und daß jeder Arbeitseinheit mindestens ein auf der Kurbelwelle angebrachtes Gegengewicht und mindestens eine mit Ausgleichsgewicht ausgerüstete, von der Kurbelwelle angetriebene und zu ihr parallele Ausgleichswelle zugeordnet sind, wobei die Gegen-und Ausgleichsgewichte eines Arbeitseinheits-Paares gleiche Massen besitzen und ebenfalls spiegelbildlich zur Syrametrieebene angeordnet sind.units of the machine in pairs and as a mirror image of one arranged parallel to the cervical axis extending oymetry plane are and are operated in such a way that their crankshafts rotate synchronously with each other, but in opposite directions of rotation, and that each working unit has at least one counterweight mounted on the crankshaft and at least one with a counterweight equipped, driven by the crankshaft and assigned to it parallel balance shaft, the counter and Balancing weights of a pair of working units have the same masses and are also arranged in mirror image to the syrametric plane are.
Bei dieser erfindungsgemäßen Anordnung werden die während des Betriebes entstehenden freien Massen-bzw.Fliehkräfte jeder Einhei durch die Gewichte ausgeglichen. Die. während des Hubes auf die Kolben eines Paares einwirkenden Seitenkräfte sind infolge des Synchronlaufes stets gegeneinander oder auseinander gerichtet, sodaß sich ihre Wirkungen jeweils gegenseitig aufheben. Die erfindungsgeraäß gestaltete Hubkolben-Maschine besitzt demzufolge einen voll ausgeglichenen, schwingungsfreien und äußerst geräuscharmen Betrieb.With this arrangement according to the invention, the free mass or centrifugal forces arising during operation of each unit balanced by the weights. The. Side forces acting on the pistons of a pair during the stroke are due to the Synchronous running always directed against each other or apart, so that their effects cancel each other out. the The reciprocating piston machine designed according to the invention therefore has a fully balanced, vibration-free and extremely low-noise machine Operation.
Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal ist es vorteilhaft, zur Erzielung und Sichestellung des Synchronlaufes eine Kupplung zwischen den Arbeitseinheiten mindestens eines Paares vorzusehen. Solche Kupplung läßt sich in einfacher Weise dadurch erreichen, daß die das Antriebsmoment auf die Ausgleichswellen übertragenden Zahnräder eines Paares miteinander in Eingriff stehen und eine Getriebe-Kupplung bilden. Hierbei wird man bevorzugt die Ausgleichswellen unterhalb der Kurbelwellen legenAccording to a further feature of the invention, it is advantageous to A coupling between the working units of at least one pair is to be provided in order to achieve and ensure synchronous operation. Such a coupling can be achieved in a simple manner in that the drive torque is applied to the balance shafts transmitting gears of a pair are in mesh with one another and form a gear clutch. Here you will preferably place the balance shafts below the crankshafts
3 Ί υ y / /3 Ί υ y / /
und rait doppelter Kurbelwellen-Drehzahl antreiben.drive and rait double the crankshaft speed.
Hubkolben-Hasehiiien werden :jchr h.:in.I'i|; als bi-'-nrikraftmasciiiineri oder Kompressoren gestaltet. In allen Frill en, wo SchwintTurip;sfreiheit und Geräuschdämpfung im Betrieb erforderlich sind, werden nach einer Weitergestaltung der Erfindung auch die zu einem solchen Betrieb noch zusätzlich erforderlichen Aufbauelemente ebenfalls spiegelbildlich zur Symmetrieebene angeordnet, sodaß auch aus diesen Aufbauelementen keine nachteiligen Wirkungen aus der Maschine nach außen gelangen.Reciprocating Hasehiiien are: jchr h. : in.I'i |; designed as bi-nrikraftmasciiiineri or compressors. In all Frill, s where oscillations t Turip; sfreiheit and noise attenuation in operation are required, are also additionally required to such an operating construction elements likewise arranged according to a refinement of the invention, mirror-image plane of symmetry, so that from these constituent elements are no adverse effects from the Machine to the outside.
Bei Verwendung von mindestens teilweise ausgeglichenen Brennkraftmaijchinen zum Antrieb von weiteren Maschinen, Z.B.Kompressoren, entsteht vielfach der Nachteil, daß die aus der angetriebenen Maschine resultierenden Schwingungen oder Rüttelungen über die Verbindungsglieder bis in die antreibende Brennkraftmaschine gelangen und hier den. Massen-Ausgleich wieder zunichte machen. Zur Vermeidung dieses Nachteileiles wird gemäß einem weiteren Merkmal der Er-findung die Bildung eines aus Brennkraftmaschine und Kompressor bestehenden Aggregates in der Weise vorgeschlagen, daß .jede Arbeitseinheit der Brennkraftmaschine eine Arbeitseinheit des Kompressors antreibt und jede Ausgleichswelle der Brennkraftmaschine mit einer. Ausgleichswelle einer Kompressor-Arbeitseinheit gekuppelt ist. When using at least partially balanced Brennkraftmaijchinen for driving other equipment, ZBKompressoren, in many cases, the disadvantage arises that the resultant of the driven machine vibrations or Rüttelungen reach and over the links to the internal combustion engine driving the here. To destroy mass balance again. To avoid this disadvantage rope to a further feature according to the Er-the invention, the formation of a group consisting of internal combustion engine and compressor assembly in the manner proposed that .Each working unit of the internal combustion engine driving a working unit of the compressor and each balancer shaft of the internal combustion engine with a. Balancer shaft of a compressor working unit is coupled .
Kompressoren werden häufig zur Förderung von Medien benutzt, z.B. Gasen, die mit anderen in der Brennkraftmaschine verwendeten oder entstehenden Medien, beispielsweise wegen Entstehung von Giftgasen, nicht in Berührung gelangen dürfen. Außerdem soll verhindert werden, daß die in den Kurbelwellen-Räumen des KompressorsCompressors are often used to convey media, for example gases, which must not come into contact with other media used or created in the internal combustion engine, for example because of the creation of poisonous gases. In addition, it should be prevented that in the crankshaft spaces of the compressor
wirbelnden Gasmengen .-noch durch Lockmen^en aus dem für Aus-Gleichswellen verwendeten Schmieröl angereichert werden, welche Leckmengen bis in das vom- Kompressor zu fordernde Medium gelangen und seine unerwünschte Verunreinigung verursachen könnten. Es ist deshalb nach einem anderen Merkmal der Erfindung zweckdienlich , die Ausgleichswellen des Kompressors in einer getrennten, abgedichteten Kammer zu lagern. Diese Kammer kann einen ι Bestandteil des Kompressors bilden. Eine andere Anordnung ist in der Weise möglich, daß die Kammer einen eigenen Bestandteil bildet und am Gehäuse der Brennkraftmaschine derart befestigt wird, daß sie in das Kompressor-Gehäuse frei hineinragt und unterhalb seiner Kurbelwellen liegt.swirling quantities of gas.-still by luring out the for equalizing waves The lubricating oil used is enriched, which leakage amounts get into the medium to be demanded by the compressor and cause its undesirable contamination. It is therefore useful in another aspect of the invention to store the compressor's balance shafts in a separate, sealed chamber. This chamber can have an ι Form part of the compressor. Another arrangement is possible in such a way that the chamber has its own component forms and is attached to the housing of the internal combustion engine in such a way that it protrudes freely into the compressor housing and is below its crankshafts.
Eine vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäß gestalteten und vollständig ausgeglichenen Aggregates (Brennkraftmaschine + Kompressor) ist besonders bei Wärmepumpen möglich, die für Hausbeheizungen bestimmt sind und deshalb häufig in Hauskellern stehen. : Ein voll ausgeglichenes Wärmepumpen-Aggregat erzeugt nämlich keinerlei Zerrüttelungen, Erschütterungen odgl., die auf die Fundamente und Umräume nachteilig einwirken könnten, sodaß hier ein ruhiger Lauf sowie geräuscharmer Betrieb der Hausbeheizung erreicht wird.An advantageous application of the fully balanced unit (internal combustion engine + compressor) designed according to the invention is possible in particular with heat pumps which are intended for house heating and are therefore often located in house cellars. : A fully balanced heat pump unit does not generate any shaking, vibrations or the like that could adversely affect the foundations and surrounding areas, so that the house heating system runs smoothly and quietly.
In der nachstehenden Beschreibung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:In the following description, exemplary embodiments of the invention are explained with reference to drawings. Show it:
Fig.1 einen Längsschnitt durch das aus Brennkraftmaschine und Kompressor bestehende Aggregat nach Linie A-A der Fig.2,1 shows a longitudinal section through the unit consisting of the internal combustion engine and compressor along line A-A of FIG.
Fi p;.? einen Querschnitt durch die Brennkraftmaschine nach Linie B-B der Fig.1,Fi p;.? a cross section through the internal combustion engine Line B-B of Figure 1,
Fig.5 einc-n Querschnitt durch die Brennkraftmaschine nach Linie G-C der Fig.2,Fig.5 shows a cross-section through the internal combustion engine Line G-C of Figure 2,
Fig.4 einen Kompressor-Querschnitt nach Linie E-E der Fig.1, und j Fig.5 eine abgewandelte Ausführungsform im Querschnitt. j 4 shows a compressor cross section along line EE in FIG. 1, and FIG. 5 shows a modified embodiment in cross section. j
-· ·-■■■-■- ■■-· -;- 3109773- · · - ■■■ - ■ - ■■ - · - ; - 3109773
-B--B-
Das in tfi^.i —'-\- dargestellt Ausführungsbeispiel zeigt ein Afrp.r e ra t mil; einer Brennkraftmaschine und einem Kompressor, welcnes Agnregab vorzugsweise für Wärmepumpen bestimmt ist. In einem gemeinsamen Maschinengehäuse sind zwei gleiche Arbeitseinheiten der als Einspritzbrennkraftmaschine arbeitenden Antriebsmaschine spiegelbildlich zu einer Symmetrieebene S angeordnet. Auch der Kompressor umfaßt zwei gleiche Arbeitseinheiten, die ebenfalls spiegelbildlich angeordnet sind. Die einander entsprechenden Aufbauelemente der Arbeitseinheiten sind deshalb mit gleichenZahlen bezeichnet, die Elemente der einen Einheit tragen jedoch zusätzlich noch einen Beistrich.The embodiment shown in tfi ^ .i - '- \ - shows an Afrp.re ra t mil; an internal combustion engine and a compressor, which unit is preferably intended for heat pumps. In a common machine housing, two identical working units of the drive machine operating as an internal combustion engine are arranged in mirror image to a plane of symmetry S. The compressor also comprises two identical working units, which are also arranged in mirror image. The corresponding structural elements of the working units are therefore denoted by the same numbers, but the elements of one unit also have a comma.
Im Maschinengehäuse 10 ist eine Kurbelwelle 12 gelagert, an deren Kurbelzapfen 12b eine Pleuelstange 14· angreift. Der zugeordnete Kolben 16 läuft in einem Hubzylinder 10a des Gehäuses 10. Die beiden Hauptlager der Kurbelwelle 12 sind als Gleitlager ausgebildet und mit 18 bezeichnet. In einer seitlichen Öffnung 10c des Gehäuses 10 ist ein Lagerschild 20 befestigt, das einen Wellendichtung 22 trägt. Die Öffnung 10c ist so groß, daß die Kurbelwelle 12 in das Gehäuse eingeführt werden kann. Die Welle 12 weist an jedem Schenkel ein Gegengewicht 12a auf. Unterhalb und parallel zur Kurbelwelle 12 ist eine Ausgleichswelle 24- im Gehäuse 10 gelagert, die ein Ausgleichsgewicht 24-a trägt. Die Welle "1A- läuft in einem Gleitlager 26 und einem Kugellager 28 und wird von der Kurbelwelle 12 mit doppelter Drehzahl, aber in entgegengesetzter Drehrichtung angetrieben. Dieser Antrieb erfolgt 'über ein Zahnrad 30 der Kurbelwelle 12 und ein Zahnrad 32 der Ausgleichswelle 24.A crankshaft 12 is mounted in the machine housing 10 and a connecting rod 14 engages on the crank pin 12b of the crankshaft. The assigned piston 16 runs in a lifting cylinder 10 a of the housing 10. The two main bearings of the crankshaft 12 are designed as slide bearings and are designated by 18 . A bearing plate 20, which carries a shaft seal 22, is fastened in a lateral opening 10c of the housing 10. The opening 10c is so large that the crankshaft 12 can be inserted into the housing. The shaft 12 has a counterweight 12a on each leg. A balance shaft 24- is mounted in the housing 10 below and parallel to the crankshaft 12 and carries a balance weight 24-a. The Wave "1 A- running in a slide bearing 26 and a ball bearing 28, and is however driven by the crankshaft 12 at double speed in the opposite direction of rotation. This drive is provided 'via a gear 30 of the crankshaft 12 and a gear 32 of the balancing shaft 24.
Die Brennkraftmaschine besitzt weitere Betriebselemente, die ebenfalls spiegelbildlich zur Symmetrieebene S angeordnet sind. Diese Elemente umfassen eine Einspritzdüse 34, die von einer Einspritzpumpe 36 gespeist wird und in einem gemeinsamen Zylinderkopf 38 der beiden Arbeitseinheiten sitzt. Die Ein-und Auslaßventile 40 bzw.42 werden entgegen der Wirkung ihrer an Federtellern 40a,42a anliegenden Schließfedern 40b,42b durch Kipphebel 44 bzw.46 betätigt, die durch einen Deckel 48 nach außen abgeschlossen sind. Zum Antrieb der Kipphebel dient eine gemeinsame Nockenwelle 50 mit zwei Nocken 50a bzw.50b. Der Nocken 50b treibt die Stösselelemente 52-56 für Kipphebel 44, während die Nocke 50a gleiche Stösselelemente für Kipphebel 46 betätigt, die in Fig.2 nicht ersichtlich sind, weil sie hinter den Elementen 52-56 liegen.The internal combustion engine has further operating elements, which are also arranged in mirror image to the plane of symmetry S. These elements include an injection nozzle 34, which is of a Injection pump 36 is fed and in a common cylinder head 38 of the two work units is seated. The inlet and outlet valves 40 and 42 are against the effect of their on spring plates 40a, 42a adjacent closing springs 40b, 42b by rocker arms 44 or 46 actuated, which are closed off from the outside by a cover 48 are. A common camshaft 50 with two cams 50a and 50b is used to drive the rocker arms. The cam 50b drives the ram elements 52-56 for rocker arms 44, while the cam 50a the same plunger elements for rocker arms 46 actuated, which are not visible in Figure 2 because they are behind the elements 52-56.
Die Verbrennungsluft tritt im Einlaßkanal 38a zum Einlaßventil 40 ein5 während die Auspuffgase durch die Auslaßöffnung 38b den Zylinderkopf 38 verlassen.The combustion air enters the intake valve 40 in the intake passage 38a ein5 while the exhaust gases through the exhaust port 38b Exit cylinder head 38.
An einem Ende der Kurbelwall© 12 ist ein Schwungrad 58 angeschraubt. Am Ende dar anderen Kurbelwelle 12' ist ein Schwungrad 60 derart angeschraubt, daß es daa andere Schwungrad 58 teilweise übergreift. Am Umfang d©a Sohwungrad©s 60 ist ein Zahnkranz 60a angebracht, in welchen ©in nicht dargestelltes Zahnritzel eines elektrischen Anlassers beim Starten eingreift·A flywheel 58 is screwed to one end of the crank wall © 12. At the end of the other crankshaft 12 'is a flywheel 60 screwed so that it daa other flywheel 58 partially overlaps. On the circumference of the flywheel 60 is a ring gear 60a attached, in which © in a pinion, not shown electric starter intervenes when starting
Das Gehäuse 10 ist nach unten offen und wird durch einen Schmieröl -Vorratsbehälter 62 abgeschlossen, in dam eine größere Schmieröluienge (Jahresbedarf) lagert· Eine Saugleitung 64 führt zu einer nicht dargestellten (Zahnrad-)Schmierölpumpa, die innerhalb eines am Gehäuse 10 seitlich befestigten Deckels 66 untergebracht ist.The housing 10 is open at the bottom and is lubricated by a lubricating oil - Reservoir 62 completed, in dam a larger lubricant oil quantity (Annual requirement) stores · A suction line 64 leads to a (gear) lubricating oil pump, not shown, which is within a on the housing 10 laterally attached cover 66 is housed.
Zum Antrieb dieser Pumpe dient z.B.ein Zahnrad 68, das auf der Kurbelwelle 12 festsitzt·.A gearwheel 68, for example, is used to drive this pump Crankshaft 12 is stuck.
Das andere, der Schwungradseite abgekehrte Ende der Kurbelwelle 12 ragt durch den Deckel 66 seitlich heraus und trägt hier eine Kupplungsscheibe 70. Auch das Ende der Ausgleichswelle 24- ragt an dieser Seite heraus und trägt eine ähnliche Kupplungsscheibe Der Behälter 62 ist am Fundament verankert und trägt den gesammten Aufbau der Brennkraftmaschine.The other end of the crankshaft facing away from the flywheel side 12 protrudes laterally through the cover 66 and carries a clutch disc 70 here. The end of the balance shaft 24 also protrudes on this side out and carries a similar clutch disc. The container 62 is anchored to the foundation and carries the whole Structure of the internal combustion engine.
SeiöLich neben der Brennkraftmaschine ist ein mit zwei Arbeitseinheiten ausgerüsteter Kompressor angeordnet, dessen Gehäuse mit 74- bezeichnet ist. Mit Hilfe von vier Schrauben 76, die an Planschaugen 74a des Kompressor-Gehäuses 74- aufsitzen und in das Maschinengehäuse 10 einschraubbar sind, wird unter Zwischenschaltung von die Schrauben 76 umgebenden, nicht dargestellten Abstandhülsen das Kompresaor-Gehäuse 74- mit dem Maschinen-Gehäuse 10 lagerichtig verbunden und von ihm getragen.In addition to the internal combustion engine, a compressor equipped with two working units is arranged, the housing of which is denoted by 74-. With the help of four screws 76, which are seated on padded eyes 74a of the compressor housing 74- and can be screwed into the machine housing 10, the compressor housing 74- is connected to the machine housing 10 with the interposition of spacer sleeves (not shown) surrounding the screws 76 connected in the correct position and carried by him.
Das Kompressor-Gehäuse 7^ ist nach oben durch eine Ventilplatte 78 und einen Deckel 80 abgeschlossen. Im Hubzylinder 7^a ist der Kolben 82 angeordnet, der mit einer Bauelstange QM- gekuppelt ist. Die Pleuelstange iat am Zapfen 86a einer Kurbelwelle 86 angelenkt, die bei der Montage duch eine öffnung 7^b in das Gehäuse 74- eingeführt wird, die dann durch einen seitlichen Lagerdeckel 88 wieder verschlossen wird. Die Kurbelwelle 86 läuft in Gleitlagern 90 und 92 und trägt an ihrem der Brennkraftmaschine zugevöxLten Ende eine Kupplugsscheibe 94» die mit der Kupplungsscheibe 70 an der Maschinen-Kurbelwelle 12 unter Zwischenschaltung einer an sich bekannten Kreuzacheibe in Eingriff steht und denThe compressor housing 7 ^ is closed at the top by a valve plate 78 and a cover 80. The piston 82, which is coupled to a construction rod QM, is arranged in the lifting cylinder 7 ^ a. The connecting rod is articulated on the pin 86a of a crankshaft 86, which is inserted into the housing 74- during assembly through an opening 7b, which is then closed again by a bearing cover 88 on the side . The crankshaft 86 runs in plain bearings 90 and 92 and, at its end facing the internal combustion engine, carries a clutch disc 94 which engages with the clutch disc 70 on the engine crankshaft 12 with the interposition of a known cross disc
Kompressor-Antrieb besorgt. An jedem Schenkel der Kurbelwelle 86 ist ein Gegengewicht 86b abgebracht.Compressor drive worried. A counterweight 86b is attached to each leg of the crankshaft 86.
Unterhalb der Kurbelwelle 86 ist eine Ausgleichswelle 96 mit Ausgleichsgewicht 96a angeordnet. Diese Welle läuft in Gleitlagern 98,100 einerseits im Gehäuse 7^· und andererseits in einem Deckel 10?. An dem der Brennkraftmaschine zugewandten Ende trägt die Ausgleichswelle 96 eine Kupplungsscheibe 104·, die mit der Kupplungsscheibe 72 an der Ausgleichswelle 24- der Brennkraftmaschine ebenfalls unter Zwischenschaltung einer Kreuzscheibe in Eingriff steht.A balance shaft 96 is provided below the crankshaft 86 Balance weight 96a arranged. This shaft runs in plain bearings 98,100 on the one hand in the housing 7 ^ · and on the other hand in one Cover 10 ?. At the end facing the internal combustion engine, the balance shaft 96 carries a clutch disc 104 · which is connected to the Clutch disk 72 on balance shaft 24- of the internal combustion engine is also in engagement with the interposition of a cross disk.
Das Kompressor-Gehäuse 74- ist nach unten durch einen Deckel abgeschlossen. Eine Wandung 7^-c trennt den Bewegungsraum 74-d der AUSgieichswelle 96,96a vom Raum 108 ab, der als Schmieröl-Vorratsbehälter dient, der eine größere ölmenge (Jahresbedarf) aufnehmen kann. Eine Förderpumpe 110, die im Lagerdeckel 88 untergebracht ist und von der Welle 86 direkt angetrieben wird, saugt das Schmieröl aus dem Behälter 108 in einer Leitung 112 an und fördert es in nicht dargestellten Leitungskanälen zu den ' einzelnen Schmierstellen im Kompressor. Die Versorgung der Lager-; stellen der im getrennten Baum 74-ά untergebrachte Ausgleichswelle 96,96' mit Schmieröl erfolgt in nicht dargestellter Weise vom ' Schmierkreislauf der Brennkraftmaschine. Das im geschlossenen Ray 74-d gesammelte überschüssige öl wird in einer Leitung 114· zum Behälter 62 der Brennkraftmaschine zurückgeführt. Der Schmierölkreislauf der Ausgleichswellen 96,96' ist somit vom Schmieölkreislauf der Kurbelwellen 86,86* getrennt. Dadurch wird vermieden, daß das.Schmieröl im Kurbelwellen-Kreislauf des Kompressors, das gegebenenfalls mit Leckmengen des geförderten Mediums ver-The compressor housing 74- is closed at the bottom by a cover. A wall 7 ^ -c separates the movement space 74-d of the A US gieichswelle 96,96a from space 108, which serves as a lubricating oil reservoir that can hold a larger amount of oil (annual requirement). A feed pump 110, which is housed in the bearing cover 88 and is driven directly by the shaft 86, sucks the lubricating oil from the container 108 in a line 112 and conveys it to the individual lubrication points in the compressor in line channels (not shown). The supply of the warehouse; represent the balancing shaft 96,96 'with lubricating oil accommodated in the separate tree 74-ά takes place in a manner not shown from the' lubricating circuit of the internal combustion engine. The excess oil collected in the closed Ray 74-d is returned in a line 114 to the tank 62 of the internal combustion engine. The lubricating oil circuit of the balance shafts 96, 96 'is thus separated from the lubricating oil circuit of the crankshafts 86, 86 *. This prevents the lubricating oil in the crankshaft circuit of the compressor from
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mischt sein kann, in den Schmierülkreiulaul der Ausgleichswellen 9t),91^1 und schließlich auch der brennlcraftiü-iuchine gelangen kann. Außerdem wird verhindert, daß die in dem Kurbelwellen-Raum des Kompressors wirbelnden Gasmenpen noch zusätzlich durch Leckmengen aus dem ßchmieröl für die Ausgleichswellen angereichert werden, welche Leckmengen von hier in das zu fördernde Medium gelangen und seine unerwünschte Verunreinigung verursachen können.can be mixed, in the lubricant oil circle of the balance shafts 9t), 9 1 ^ 1 and finally the brennlcraftiü-iuchine can get. It also prevents the gas volumes swirling in the crankshaft space of the compressor from being additionally enriched by leaks from the lubricating oil for the balance shafts, which leaks from here can get into the medium to be conveyed and cause undesired contamination.
In der Ventilplatte 78 des Kompressors sind die Ventile der beiden Arbeitseinheiten des Kompressors untergebracht, die beispielsweise als Klappenventile bekannter Art ausgeführt sein können. Jedes Saugventil ist mit 116 und jedes Druckventil mit 118 bezeichnet. Da3 zu fördernde Medium, z.3. Kühlmittelgas für die Wärmepumpe, wird in einer Zuleitung 120 in einen Raum 1?2 eingeführt, der zwischen dem Gehäuse 74- und einem seitlichen Deckel 124 gebildet ist. Dieser Raum mündet in einen weiteren Raum 74-f zwischen den Zylindern 74a,74-a' ein, der wiederum über Durchgänge 74-e und 78a in einen Saugraum 80s innerhalb des Deckels 80 einmündet. Eine Wandung 80a des Deckels 80 trennt den Saugraum 80s vom Druckraum 8Od ab, an den eine Auslaßleitung 126 für das geförderte Medium angeschlossen ist.In the valve plate 78 of the compressor, the valves of the two working units of the compressor are accommodated, which can be designed, for example, as flap valves of a known type. Each suction valve is denoted by 116 and each pressure valve is denoted by 118. Da3 medium to be funded, e.g. 3. Coolant gas for the heat pump is introduced in a supply line 120 into a space 1 - 2, which is formed between the housing 74 and a side cover 124. This space opens into a further space 74-f between the cylinders 74a, 74-a ', which in turn opens into a suction space 80s within the cover 80 via passages 74-e and 78a. A wall 80a of the cover 80 separates the suction space 80s from the pressure space 80d , to which an outlet line 126 for the conveyed medium is connected .
Zur Inbetriebnahme des Aggregates wird mittels des Anlassers das Schwungrad 60 in Bew^ung gesetzt. Da die beiden Arbeitseinheiten der Brennkraftmaschine duch Eingriff der Zahnräder 32 und 52' miteinander gekuppelt sind, werden beide Arbeitseinheiten zugleich in Bewegung gesetzt. Ihre Einheiten laufen nun synchron an, sodaß sie beispielsweise ihren oberen Totpunkt zur gleichen Zeit einnehmen. Die Kurbelwellen 12 und 12' bewegen sich jedoch infolge der Spiegelbild-Anordnung im Gegensinne.To start up the unit, the flywheel 60 is set in motion by means of the starter. Since the two working units of the internal combustion engine are coupled to one another by engagement of the gears 32 and 52 ', both working units are set in motion at the same time. Your units now start up synchronously, so that, for example , they assume their top dead center at the same time. However, the crankshafts 12 and 12 'move in the opposite direction due to the mirror image arrangement.
über Kupplungen 70,94 sowie 72,104 zwischen den Arbeitseinheiten der Brennkraftmaschine und des Kompressors wird erreicht, daß auci die beiden Arbeitseinheiten des Kompressors synchron arbeiten und seine Wellen 86 und 96 in entgegengesetztem Drehsinne laufen. Da die Brennkraftmaschine im Viertakt arbeitet, wird während eines Arbeitszyklus der Brennkraftmaschine der Kompressor zwei Arbeitszyklen ausführen.via couplings 70, 94 and 72, 104 between the working units the internal combustion engine and the compressor it is achieved that also the two working units of the compressor synchronously work and run its shafts 86 and 96 in opposite directions of rotation. Since the internal combustion engine works in four stroke, the compressor will perform two work cycles during one work cycle of the internal combustion engine.
An dieser Stelle sei noch angemerkt, daß die Kurbelwellen der Brennkraftmaschine gegenüber den Kurbelwellen des Kompressors derart angeordnet sind, daß jeder Kurbelzapfen der Wellen 12,12' gegenüber den Kurbelzapfen der Wellen 86,86' um einen Winkel von etwa 90° versetzt ist. Dadurch können die Spitzen sines gemeinsamen Drehkraft-Diagrammes von Brannkraftmaschine verringert werden.At this point it should also be noted that the crankshafts of the internal combustion engine are opposite to the crankshafts of the compressor are arranged such that each crank pin of the shafts 12,12 'relative to the crank pin of the shafts 86,86' by an angle of is offset by about 90 °. This allows the tips to be sines common Torque diagram of internal combustion engine reduced will.
Während des Betriebes der Brennkraftmaschine aus den rotierenden und oszillierenden Massen resultierenden Massen-bzw.Fliehkräfe I.Ordnung werden durch die Gegengewichte 12a und 12a' an den Wellen 12 und 12' in senkrechter Richtung voll ausgeglichen. Es Entsteht hierbei an jedem Kurbeltrieb noch ein Überschuß an Fliehkraft in horizontaler Richtung, der Jedoch durch dan Fliehkraftüberschuß der Gegenüberliegenden Arbeitseinheit eliminiert wird, sodaß nach außen keine freien Kräfte wirken können.Mass or centrifugal forces resulting from the rotating and oscillating masses during operation of the internal combustion engine First order is achieved by the counterweights 12a and 12a 'on the Shafts 12 and 12 'fully balanced in the vertical direction. It If there is still an excess of centrifugal force in the horizontal direction at each crank drive, this is due to the excess of centrifugal force the opposite working unit is eliminated, so that no free forces can act on the outside.
Die Ausgleichsgewichte 24a und 24a1 an den Ausgleichswellen 24, 24' sind derart bemessen, daß die während des Betriebes entstehenden, in der Zylinderachse wirkenden Massenkräfte 2.Ordnung in senkrechter Richtung ebenfalls voll ausgeglichen werden. Duch die gegenüberliegende Anordnung der Arbeitseinheiten werden die überschüssigen Massenkräfte in horizontaler Richtung gegenseitig aufgehoben.The balancing weights 24a and 24a 1 on the balancing shafts 24, 24 'are dimensioned in such a way that the second-order inertial forces acting in the cylinder axis during operation are also fully balanced in the vertical direction. The opposing arrangement of the working units mutually cancel out the excess inertial forces in the horizontal direction.
Durch die entgegengerichtete Drehbewegung und die spiegelbildliche Anordnung der beiden Kurbelwellen 1rJ,1." zur Symmetrieebene S sind auch diejenigen wechselnden Hei i.en-Krafte stets einander entgegengerichtet, die bei der Verdichtung und Verbrennung in der Brennkraftmaschine von den Kolben 16,1-V auf die zugeordneten Zylinder 10a und 10a1 ausgeübt werden. Die Seiten-Kräfte in der einen Arbeitseinheit werden somit durch die entgegengesetzten Seiten-Kräfte in der anderen Arbeitseinheit vollständig aufgehoben. Derartige Kräfte können deshalb keine Drehmomente um die Kurbelwellenachsen bewirken.Due to the oppositely directed rotary movement, and the mirror-image arrangement of the two crankshafts 1r J,. 1 "to the symmetry plane S are also those changing Hei i.en-forces always directed opposite to each other, during compression and combustion in the internal combustion engine of the piston 16,1- V can be exerted on the associated cylinders 10a and 10a 1. The side forces in one working unit are thus completely canceled out by the opposing side forces in the other working unit.
Es soll der Ordnung halber noch erwähnt werden, daß die gedachte Symmetrieebene S parallel zu und zwischen den beiden Kurbelwellen 12 und i2' verläuft und die Achsen der Steuerelemente bis 56 einschließt, wie am besten aus Fig.2 oder 4 ersichtlich ist.For the sake of order, it should also be mentioned that the imaginary plane of symmetry S is parallel to and between the two crankshafts 12 and i2 'runs and the axes of the controls to 56, as best shown in Fig.2 or 4 can be seen is.
Die Betriebselemente der Brennkraftmaschine, beispielsweise Ventile und ihre Antreibselemente, sind ebenfalls spiegelbildlich zu der Symmetrieebene angeordnet. Die aus diesen Betriebselementen gegebenenfalls resultierenden, in horizontaler Richtung wirkenden Masaenkräfte heben sich in den beiden Arbeitseinheiten gegenseitig auf. Darüberhinaus kann man auch diejenigen Massen, die auf der einen Seite der Kipphebel-Lagerzapfen wirken (Elemente 52-56), gegenüber den auf der anderen Seite wirkenden Massen (Elemente 4-0-4-Ob mit 4-0'-4-Qb1) so bemessen, daß sich auch die in senkrechter Richtung wirkenden Massenkräfte gegenseitig aufheben.The operating elements of the internal combustion engine, for example valves and their drive elements, are also arranged in mirror image to the plane of symmetry. The mass forces which may result from these operating elements and act in the horizontal direction cancel each other out in the two working units. In addition, those masses that act on one side of the rocker arm journals (elements 52-56) can be compared to the masses acting on the other side (elements 4-0-4-Ob with 4-0'-4-Qb 1 ) so dimensioned that the inertial forces acting in the vertical direction cancel each other out.
Im angekuppelten.Kompressor werden die Massenkräfte 1. und 2. Ordnung mit Hilfe der Gegengewichte 86b,86b* und der Ausgleichsgewichte 96a,96a1 in ähnlicher Weise wie bei der Brennkraft-In the coupled compressor, the inertia forces of the 1st and 2nd order are reduced with the help of the counterweights 86b, 86b * and the counterweights 96a, 96a 1 in a manner similar to that of the internal combustion engine.
maschine voll ausgeglichen. Auch fur den Ausgleich der Seiten-Kräfte am Kompressor-Kolben gilt das vorstehend in Verbindung mit dem Ausgleich bei der Brennkraftmaschine Gesagte in analoger Weise, sodaß hier diesbezügliche Erläuterungen nicht wiederholt werden sollen.machine fully balanced. Also for balancing the side forces What has been said above in connection with the compensation in the internal combustion engine applies analogously to the compressor piston Manner, so that explanations in this regard should not be repeated here.
Es ergibt sich auf diese Weise im Aggregat ein im Hinblick auf Massenkräfte 1.sowie 2.Ordnung und auch Seiten-Kräfte voll ausgeglichener Betrieb. Dies ist bei Verwendung des Aggregates in einer Wärmepumpe deshalb besonders wichtig, weil hier die Anschlußleitungen zwischen Kompressor und Wärmepumpe nicht in Schwingungen geraten und auch nach längerer Betriebsdauer keineswegs beschädigt werden können. Es wird somit über eine lange Betriebsperiode ein ruhiger, wartungsarmer Lauf sichergestellt. In this way, the aggregate is fully balanced in terms of 1st and 2nd order inertial forces and also lateral forces Operation. This is particularly important when the unit is used in a heat pump because the connection lines are here between the compressor and the heat pump do not start to vibrate and even after a long period of operation can in no way be damaged. This ensures a quiet, low-maintenance run over a long period of operation.
Eine gedrängte Bauart der Brennkraftmaschine wird durch Näherrücken der Arbeitseinheiten an die Symmetrieebene S erreicht. Zu diesem Zweck sind die an der Kurbelwelle angelenkten Köpfe von Pleuelstangen 14,14' schräggeteilt und die Schwungräder 58,60 teilweise überlappend angeordnet.A compact design of the internal combustion engine is made by moving closer of the working units to the plane of symmetry S reached. For this purpose, the heads hinged to the crankshaft are from Connecting rods 14, 14 'divided at an angle and the flywheels 58, 60 are arranged so as to partially overlap.
In vorliegendem Ealle wird an beiden Kurbelwellen 12,12' die gleiche Kraft abgenommen. Somit v/erden die Kupplungs-Zahnräder 32,32' durch keine schädlichen Drehkräfte belastet, die beim Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine entstehen könnten. Diese Räder übertragen nur das Arbeitsmoment für die Ausgleichswellen 24,24" und gleichen gegebenenfalls noch Drehkraftunterschiede aus, die zwischen den beiden Arbeitseinheiten infolge unterschiedlicher Reibung odgl. entstehen könnten. In Fig. 5 ist eine andere Anordnung für die AusgleichsgewichteIn the present case, on both crankshafts 12,12 'the same force decreased. Thus, the clutch gears 32, 32 'are not loaded by any harmful rotational forces that occur during Working cycle of the internal combustion engine could arise. These wheels only transmit the working torque for the balance shafts 24.24 "and possibly equal differences in torque from, the or the like between the two working units due to different friction. could arise. In Fig. 5 is another arrangement for the balance weights
für den Kompressor dargestellt. FU^r .ist ,·)>,·'!»- 'A/eile .''^ der Brennkraftmaschine axial verlängert und bildet: mit einen: Ausgleichsgewicht 196a für* die zugeordnete Koshprcr-sor-ArLeii. a-:-i:iheife ein einstückiges Element. Las Gewicht 19·: κ·ι ragt in ein kapselartiges Gehäuse 198 ein, das am Gehäuse 10 der Brennkraftmaschine angeschraubt ist. Zur Lagerung der Welle 24 dienen hier die Gleitlager 26,200 im Gehäuse 10 sowie ein Kugellager 202 im Gehäuse 198. Jedes Ausgleichsgewicht 196a liegt unterhalb der zugeordneten Kurbelwelle 86,86' des Kompressors. Bei dieser Bauart ist eine gemeinsame Schmierung der Lagerstellen des Gewichtes 196a vom Kreislauf der Brennkraftmaschine leichter ausführbar. Außerdem ist hier eine Abdichtung des Bewegungsraumes vom Gewicht 196a, d.h.der Kapsel 198 gegenüber dem Kompressor-Innern nicht erforderlich.shown for the compressor. FU ^ r .is, ·)>, · '! »-' A / hurry. '' ^ The Internal combustion engine is extended axially and forms: with a: balance weight 196a for * the assigned Koshprcr-sor-ArLeii. a -: - i: iheife a one-piece element. Las weight 19 ·: κ · ι protrudes into capsule-like housing 198, which is attached to the housing 10 of the internal combustion engine is screwed on. The plain bearings 26, 200 in the housing 10 and a ball bearing serve to support the shaft 24 202 in the housing 198. Each balance weight 196a lies below the associated crankshaft 86, 86 'of the compressor. With this type of construction, there is a common lubrication of the bearing points of the weight 196a from the circuit of the internal combustion engine can be carried out more easily. In addition, there is a seal for the movement area of the weight 196a, i.e. the capsule 198 opposite the interior of the compressor not mandatory.
Abschließend eei noch erwähnt, daß die Erfindung nicht allein auf das vorstehendbeschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Man könnte vielmehr auch eine größere Anzahl (z.B.vier oder sechs) der Arbeitseinheiten sowohl bei der Brennkraftmaschine als auch im Kompressor in analoger Symmetrie-Anordnung verwenden, wenn beispielsweise ein stärkerer Maschinen-Antrieb oder ein Kompressor mit größerem Volumen erforderlich wären. Außerdem könnten die erfindungsgemäß angeordneten Arbeitseinheiten auch für andere Verwendungszwecke vorgesehen sein. Finally, it should also be mentioned that the invention is not limited solely to the exemplary embodiment described above. Rather, one could use a larger number (eg four or six) of the working units both in the internal combustion engine and in the compressor in an analog symmetrical arrangement if, for example, a more powerful machine drive or a compressor with a larger volume were required. In addition , the working units arranged according to the invention could also be provided for other purposes .
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