DE3420754A1

DE3420754A1 - Kolbenmaschine

Info

Publication number: DE3420754A1
Application number: DE19843420754
Authority: DE
Inventors: Eduardo Medina Montevideo Ylla
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-01-24
Filing date: 1984-06-04
Publication date: 1985-08-01
Also published as: FR2558528A1; JPS60179565A; ES539644A0; IT8567058A1; IT8567058A0; GB8501675D0; GB2154691A; ES8601435A1; BR8403525A; IT1182372B

Description

DIPL-ING.JOACHIM HELMS - ::.:- ■ ' 39Oe München 19

PATENTANWALT ... N/mphenburger S

Telefon 089/187M Telegrammadresse: Pathelms

Eduardo Medina YlIa 1199 H/g

Montevideo / Uruguay

Kolbenmaschine

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenmaschine entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei mit Kolben versehenen inneren Verbrennungskraftmaschinen ist die vorgesehene Abtriebswelle praktisch durchwegs in Form einer Kurbelwelle ausgebildet, an deren exzentrisch angeordneten Kurbelzapfen die mit den translatorisch verschiebbaren Kolben verbundenen Pleuele gelenkig gelagert sind. Während des Betriebs derartgier innerer Verbrennungskraftmaschinen werden durch die innerhalb der Zylinder vorhandenen, unter relativ hohem Druck stehenden Verbrennungsgase die einzelnen Kolben translatorisch verschoben, wobei die translatorische Bewegung dieser Kolben mit Hilfe der an der Kurbelwelle angreifenden Pleuele in eine Kreisbewegung umqesetzt wird.

Die bekannten inneren Verbrennungskraftmaschinen dieser Bau-

weise haben jedoch den Nachteil, daß im Bereich der oberen und unteren Totpunkte der translatorisch verschiebbaren Kolben eine relativ schlechte Drehmomentsumsetzung zwischen den translatorisch verschiebbaren Kolben und der rotierenden Kurbelwelle zustandekommt, was zum Teil dafür verantwortlich ist, daß der Wirkungsgrad derartiger innerer Verbennungskraftmaschinen zu wünschen übrig läßt.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Kolbenmaschine der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß praktisch entlang des gesamten Hubes der einzelnen Kolben ein gleichmäßiger optimaler Antrieb der Abtriebswelle der betreffenden Kolbenmaschine zustandekommt.

Erfindungsgemäß wird dies durch Vorsehen der im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale erreicht.
20

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden, wobei auf die beigefügte Zeichnung bezug genommen ist. Es zeigen:

Fig. 1 eine seitliche schematische Ansicht

einer einzelnen Kolbenanordnung einer 0 Verbrennungskraftmaschine

Fig. 2 eine Ansicht entlang der Linie II-II

von Fig. 1, und 35

Fig. 3 bis 7 verschiedene Ausführungsformen von

Steuermechanismen zum gesteuerten

Hin- und Herschwenken des in Fig. 2 gezeigten Pleuelfußes.

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Teils einer gemäß der Erfindung ausgebildeten inneren Verbrennungskraftmaschine, welche in bekannter Weise mit einem wassergekühlten Zylinderblock 1 versehen ist, der nach obenhin durch einen Zylinderkopf 2 begrenzt ist, in welchem verschiebbar Ein- und Auslaßventile 3 gelagert sind, die von einem nicht dargestellten Ventiltrieb her in gesteuerter Weise angetrieben sind. In den Zylinderblock 2 sind ferner pro Zylinder je eine Zündkerze 4 eingeschraubt, mit welcher die von einem nichtgezeigten Vergaser über entsprechende Einführkanäle zugeführten Verbrennungsgase gezündet werden können.

Innerhalb des Zylinderblockes 1 sind eine Mehrzahl von Kolben 5 verschiebbar gelagert, vom welchen in Fig. 1 eine einzelner Kolben 5 gezeigt ist. Mit Hilfe eines nicht dargestellten Kolbenbolzens ist an dem Kolben 5 ein Pleuel 6 gelenkig befestigt, welches nach unten hin einen verbreiterten Pleuelfuß 7 aufweist.

Entsprechend Fig. 2 ist der verbreiterte Pleuelfuß 7 mit einer sich in Längsrichtung des Pleuels 6 erstreckenden Durchbrechung 8 versehen, durch welche die Abtriebswelle 9 der betreffenden inneren Verbrennungskraftmaschine hindurchgeführt ist. Der Pleuelfuß 7 weist dabei auf seiner Innenseite, d. h. in Richtung der Durchbrechung 8, eine Innenverzahnung 10 auf, welche mit einer auf der Abtriebswelle 9 angeordneten Außenverzahnung 11 kämmt. Die im Bereich des Pleuelfußes 7 vorgesehene Innenverzahnung 10 besitzt dabei zwei geradlinige, d. h. in etwa parallel zur Längsachse des Pleuels 6 verlaufende Verzahnungsabschnitte 12, welche nach oben und unten hin durch halbkreisförmig angeordnete Verzahnungsabschnitte 14 bzw. 15 miteinander verbunden sind. Der gegenseitige Abstand zwischen den

geradlinig verlaufenden Verzahnungsabschnitten 12 und ist dabei derart gewählt, daß derselbe etwas größer als der Außendurchmesser der Außenverzahnung 11 der Abtriebswelle 9 ist, so daß je nach der Schwenkposition des Pleuels 6 wahlweise nur einer der geradlinig verlaufenden Verzahnungsabschnitte 12 oder 13 der Innenverzahnung 10 des Pleuels 6 mit der Außenverzahnung 11 der Abtriebswelle 9 in Eingriff gelangt.

^O Um zu erreichen,daß in gesteuerter Weise jeweils einer der beiden geradlinigen Verzahnungsabschnitte 12 oder 13 der Innenverzahnung 10 des Pleuelfußes 7 mit der Außenverzahnung 11 der Abtriebswelle 9 in Eingriff gelangt, ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung zusätzlich ein

^5 in Fig. 2 nur schematisch angedeuteter Steuermechanismus 16 vorgesehen, welcher auf einen in Richtung des Doppelpfeiles 17 hin- und herbewegbaren Gleitfuß 18 wirkt, der auf einer seitlich an dem Pleuelfuß 7 angebrachten Steuerfläche 19 zum Aufliegen gelangt. Auf der gegenüberliegenden

^O Seite des Pleuelfußes 7 ist eine weitere Steuerfläche 20 vorgesehen, auf welcher ein weiterer Gleitfuß 21 aufliegt, der mit Hilfe einer Druckfeder 22 derart beaufschlagt wird, daß auch während der Rückziehbewegungen des mit dem Steuermechanismus 16 verbunden Gleitfußes 18 die betreffende Steuerfläche 19 ihre Anlage an dem Gleitfuß 18 aufrecht erhält. Der Steuermechanismus 16 wiederum wird in gewünschter Weise unmittelbar von der Abtriebswelle 9 her angetrieben.

Die Funktionsweise der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Anordnung ist wie folgt:

Während der Hin- und Herbewegung des innerhalb des Zylinderblockes 1 gelagerten Kolbens 5 ergibt sich eine entsprechende Hin- und Herbewegung des an dem betreffenden Kolben 5 angelenkten Pleuels 6, wobei der Steuermechanismus 16 je nach seinem Aktivierungszustand wahlweise einer der

beiden geradlinigen Verzahnungsabschnitte 12 oder 13 der Innenverzahnung 10 an der Außenverzahnung 11 der Abtriebswelle 9 zum Anliegen bringt. Durch die Auf- und Abbewegung des Pleuels 6 und des daran angesetzten Pleuelfußes 7 ergibt sich somit eine unmittelbare Umsetzung der translatorischen Bewegung des Pleuels 6 in eine Drehbewegung der Abtriebswelle 9. In diesem Zusammenhang ist festzustellen, daß diese Umsetzung von translatorischer Bewegung in Drehbewegung praktisch über den gesamten Hub des Kolbens 6 hinweg linear verläuft, und daß der Hub des in Längsrichtung verschiebbaren Kolbens 5 im wesentlichen durch die Länge der beiden geradlinigen Verζahnungsabschnitte 12, 13 der Innenverzahnung 10 festgelegt ist. Sobald der Kolben 5 eine seiner beiden Endlagen erreicht hat, erfolgt eine Aktivierung des Steuermechanismus 16, wodurch erreicht wird, daß während der rückläufigen Bewegung des Kolbens 5 der andere geradlinige Verzahnungsabschnitt 9 zum Anliegen gelangt, so daß auf diese Weise eine gleichbleibende Drehrichtung der Abtriebswelle 9 erreicht wird, selbst wenn das Pleuel 6 mit seinem daran befestigten Pleuelfuß 7 translatorische Hin- und Herbewegungen durchführt.

Fig. 4 bis 7 zeigen verschiedene Ausführungsformen des in Fig. 2 nur schematisch angedeuteten Steuermechanismus 16, mit welchem der Pleuelfuß 7 des Pleuels 6 in der gewünschten Weise hin- und hergeschwenkt werden kann.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform besteht der Steuermechanismus 16 im wesentlichen aus innerhalb des Motorblocks gelagerten Steuerwellen 23, welche mit nicht dargestellten Exzenterelementen versehen sind, die von auf der Abtriebswelle 9 festgeklemmten Steuerscheiben 24 derart betätigt werden, daß die Steuerwellen 23 oszilatorische Hin- und Herbewegungen durchführen. An den nach innen ragenden Enden der Steuerwellen 23 sind längliche mit Steuei

flächen versehene Gleitfüße 18' befestigt, welche auf der Steuerflächen 19 des Pleuelfußes 7 zum Aufliegen gelangen. Auf diese Weise kann erreicht werden, daß bei der Rotation der Abtriebswelle 8 mit Hilfe der Steuerscheiben 24 die Steuerwellen 23 derart verschwenkt werden können, daß unterschiedliche Bereiche der Gleitfüße 18' auf den Steuerflächen 19 des Pleuelfußes 7 zum Aufliegen gelangen, wodurch die gewünschte gesteuerte Hin- und Herschwenkung des Pleuelfußes 7 für den wahlweisen Eingriff einer der beiden geradlinigen Verzahnungsabschnitte 12 oder 13 des Pleuelfußes 7 auf der Außenverzahnung 11 der Abtriebswelle 9 erreicht wird.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform sind die Steuerwellen 23" innerhalb des Motorblockes drehbar gelagert, wobei jedoch die Lagerung derart getroffen ist, daß die vorgesehenen Steuerwellen 23' senkrecht zu ihrer Achse innerhalb einer vorgesehenen Führung hin- und herbewegbar sind. Die Steuerwellen 23 werden dabei mit Hilfe von Druckfeder beaufschlagten Lagerköpfen 25 in Richtung von Steuerscheiben 24' gedrückt, die in geeigneter Weise auf der jeweiligen Abtriebswelle 9 befestigt sind. Mit Hilfe dieser Steuerscheiben 24' kann dabei bei der Rotation der Abtriebswelle 9 eine oszilatorische Hin- und Herbewegung der ansonsten drehbar gelagerten Steuerwellen 23' erreicht werden, welche in diesem Fall an ihren nach einwärts ragenden Enden rund ausgebildete Gleitfüße 18*' aufweisen, die auf der außen an dem Pleuelfuß 7 vorgesehenen Steuerflächen 19 zum Aufliegen gelangen, so daß auch auf diese Weise eine gesteuerte Hin- und Herschwenkung des Pleuelfußes 7 erreicht werden kann.

Fig. 5 zeigt eine ähnliche Ausführungsform des Steuermechanismus 16 wie in Fig. 4, wobei sich jedoch diese Ausführungsform von der zuvor beschriebenen Ausführungsform dadurch unterscheidet, daß die Steuerwellen 23·' nicht in

sich selber drehbar sind, so daß im betreffenden Fall die auf dem freien Ende der Steuerwellen 23·· befestigten Gleitfüße 18¹¹¹ als Rollen ausgebildet sind, welche auf den außen an dem Pleuelfuß 7 angeordneten Steuerflächen 19 zum Abrollen gelangen.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausfuhrungsform des Steuermechanismus 16 sind die vorgesehenen Steuerwellen 23' " drehbar, jedoch nicht axial verschiebbar innerhalb des Motorblockes gelagert. Der Antrieb dieser Steuerwellen 23" ' erfolgt in diesem Fall mit Hilfe einer nur schematisch angedeuteten Wirkverbindung 26, welche beispielsweise aus Zahnrädern besteht. Bei der Rotation der Abtriebswelle 9 werden somit die Steuerwellen 23''' in gleichmäßige Drehbewegungen versetzt, wobei in diesem Fall an den nach innen ragenden Enden dieser Steuerwelle 23'" Gleitfüße 18'''' in Form von Kurvenscheiben befestigt sind, die auf der außen an dem Pleuelfuß 7 angebrachten Steuerfläche 19 derart zum Anliegen gelangen, daß eine gesteuerte Hin- und Herbewegung des Pleuelfußes 7 in Abhängigkeit der Auf- und Abbewegung des Kolbens erreicht wird.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform eines im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendbaren Steuermechanismus 16, bei welchem die Steuerwellen 24'''' mit Hilfe entsprechender Befestigungsbacken 27 exzentrisch an der Abtriebswelle 9 gehalten werden. Die Steuerwellen 24¹'¹¹ führen somit bei der Rotation der Abtriebswelle 9 exzentrische Kreisbewegungen um die Abtriebswelle 9 herum aus. An den nach innen ragenden Enden der Steuerwelle 24"" sind in diesem Fall Gleitfüße 18''''' in Form von Rollen drehbar gelagert, welche auf den Steuerflächen 19, 20 des Pleuelfußes 7 zum Aufliegen gelangen. Um auch bei dieser Ausführungsform ein gesteuertes Hin- und Herschwenken des Pleuelfußes 7 zu erreichen, sind die Steuerflächen 19, in diesem Fall als Kurvenflächen ausgebildet, so daß die

kreisförmige Bewegung der Rollen 18¹'¹¹¹ in eine gesteuerte Hin- und Herbewegung des Pleuelfußes 7 umgesetzt wird.

Während bei einem Kurbeltrieb das Übersetzungsverhältnis zwischen translatorisch hin- und herbewegten Kolben und rotierender Kurbelwelle zwangsläufig 1:1 ist, kann bei dem erfindungsgemäßen Antrieb das übersetzungsverhältnis entsprechend der Anzahl von Zähnen der Innenverzahnung 10 des Pleuelfußes 7 und der Außenverzahnung 11 der Abtriebswelle 9 innerhalb bestimmter Grenzwerte relativ frei gewählt werden, Im Hinblick auf die Tatsache jedoch, daß der das Verschwenken des Pleuelfußes 7 bewirkende Steuermechanismus 16 von der Abtriebswelle 9 her angetrieben wird, erscheint es im Rahmen der vorliegenden Erfindung zweckmäßig, wenn das Zahnverhältnis von Innerverzahnung 10 des Pleuelfußes 7 und Außenverzahnung 11 der Abtriebswelle 9 ganzzahlig, vorzugsweise im Bereich der Zahlenwerte 2 oder 4 gewählt ist.

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Claims

DIPL.-ING.JOACHIM HELMS : ::.:. . *ooo München 19 PATENTANWALT - * - Nynphenburger Straße 81 Telefon 089/187011 Telegrammadresse: Pathelms Eduardo Medina YlIa 1199 H/g Montevideo / Uruguay Kolbenmaschine Patentansprüche

1. Kolbenmaschine/insbesondere mit Kolben versehene innere Verbrennungskraftmaschine,mit wenigstens einem innerhalb eines Zylinders translatorisch hin- und herverschiebbaren Kolben/einem daran angelenkten Pleuel sowie einer mit dem Pleuel in Wirkverbindung stehenden drehbaren Abtriebswelle dadurch gekennz eichnet, daß das Pleuel (6) im Bereich des Pleuelfußes (7) mit einer sich in Längsrichtung erstreckenden Innenverzahnung (10) versehen ist, welche mit einer auf der Abtriebswelle (9) vorgesehenen Außenverzahnung (11) kämmt, und daß zusätzlich ein von der Abtriebswelle (9) her angetriebener Steuermechanismus (16) vorgesehen ist, mit welchem wahlweise einer der beiden geradlinigen Bereiche (12, 13) der Innenverzahnung (10) des Pleuelfußes (7) in kämmenden Eingriff mit der Außenverzahnung (11) der Abtriebswelle (9) bringbar ist.

2. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch g e kennz eichnet, daß die einzelnen Pleuelfüße (7) der Pleuele (6) nach außen hin jeweils mit einer Steuerfläche (19) versehen sind,auf welche eine Gleitfuß (18) des Steuermechanismus (16) zum Anliegen gelangt.

3. Kolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pleuelfüße (7) der Pleuele (6) auf der gegenüberliegenden Seite der von dem Steuermechanismus (16) beaufschlagten Steuerfläche (19) eine weitere Steuerfläche (20) aufweisen, auf welche jeweils ein von einer Druckfeder (22) beaufschlagter Gleitfuß (21) zum Aufliegen gelangt.

4. Kolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der das gesteuerte Hin- und Herschwenken des Pleuelfußes 0 (7) bewirkende Steuerraechanismus (16) im wesentlichen aus einer oder mehreren Steuerwellen (23) besteht, an deren nach einwärts ragenden Enden auf der Steuerfläche (19) des Pleuelfußes (7) aufliegende Gleitfüße (18) befestigt sind.

5. Kolbenmaschine nach Anspruch 3 oder 4,dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerwellen (23) drehbar innerhalb des Motorblockes gelagert sind,

und daß mit Hilfe auf der Abtriebswelle (9) befestigter Steuerscheiben (24) eine derartige Hin- und Herschwenkbarkeit der Steuerwellen (23) erzielbar ist, daß unterschiedliche Bereiche der länglich ausgebildeten Gleitfüße (18') auf der Steuerfläche (19) des Pleuelfußes (7) zum Aufliegen gelangen (Fig. 3). 35

6. Kolbenmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge-

kennzeichnet, daß die Steuerwellen (23') drehbar und translatorisch verschiebbar innerhalb des Motorblockes gelagert sind,und daß mit Hilfe vorgesehener Lagerköpfe (25) sowie auf der Abtriebswelle (9) angeordneter Steuerscheiben (24) eine derartige Hin- und Herbewegbarkeit der drehbaren Steuerwellen (23¹) erzielbar ist, daß die als Rundköpfe ausgebildeten Gleitfüße (18") durch Aufliegen auf der Steuerfläche (19) des Pleuelfußes (7) eine entsprechende Hin- und Herbewegung des Pleuelfußes (7) bewirken (Fig. 4).

7. Kolbenmaschine nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerwellen (23¹¹) als translatorisch innerhalb des Motorblockes gelagerte,hin- und herverschiebbaren Balken ausgebildet sind,und daß mit Hilfe von federbeaufschlagten Lagerköpfen (25) sowie auf der Abtriebswelle (9) befestigter Steuerscheiben (24) eine der- artige Hin- und Herverschiebung dieser Steuerwellen (23¹¹) erfolgt, daß die in Form von Rollen ausgebildeten Gleitfüße (18¹¹¹) durch Beaufschlagung der Steuerfläche (19) des Pleuelfußes (7) ein Hin- und Herschwenken desselben bewirken (Fig. 5).

8. Kolbenmaschine nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerwellen (23¹¹¹) drehbar innerhalb des Motorblockes gelagert sind und unter Einsatz einer Wirkverbindung (26),beispielsweise in Form von Zahnrädern,von der Abtriebswelle (9) her derart angetrieben sind, daß die in Form von Kurvenscheiben an dem Ende der Steuerwellen (23¹¹¹) befestigten Kurvenscheiben (18¹¹¹¹) durch entsprechende Berührung der Steuerfläche des Pleuelfußes (7) eine Hin- und Herschwenkung des Pleuelfußes (7) auslösen (Fig. 6).

9. Kolbenmaschine nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennz eichnet, daß die Steuerwellen (24¹¹¹) unter Einsatz von Befestigungsbacken

(27) exzentrisch an der Abtriebswelle (9) befestigt sind, und daß die an den Enden der Steuerwellen

(23¹¹¹) vorgesehenen Gleitfüße (18¹¹¹¹¹) in Form von Rollen ausgebildet sind, welche auf den in Form von Kurvenflächen ausgebildeten Steuerflächen (19, 20) des Pleuelfußes (7) zum Aufliegen gelangen.