DE3808506A1 - Axial-rotary piston engine with sinusoidal stroke path - Google Patents
Axial-rotary piston engine with sinusoidal stroke pathInfo
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Abstract
Description
Axial-Kreiskolbenmotor mit sinusförmigem Hubverlauf.Axial rotary piston motor with sinusoidal stroke.
Die Erfindung betrifft einen Otto- oder Dieselmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a gasoline or diesel engine according to the preamble of claim 1.
Der vorgegebene Motor ermöglicht, durch den unmittelbar aufeinander folgenden Ablauf von vier Arbeitstakten mit innerer Verbrennung, die Umwandlung von in flüssigem oder gasförmigem Brennstoff enthaltener chemischer Enerie in mechanische Energie, die als Drehmoment von der rotierenden Motorwelle abgenommen wird.The given engine enables through the immediate successive sequence of four work cycles with internal combustion, the conversion of into containing liquid or gaseous fuel chemical energy into mechanical energy, which as Torque removed from the rotating motor shaft becomes.
Es ist bekannt, daß zur Verwendung als Brennkraftmaschine mit intermittierender innerer Verbrennung hauptsächlich Hubkolbenmotoren in Reihen-, V- oder Boxer-Bauform in Viertakt-Bauart mit Ventilssteuerung und dann noch Kreiskolbenmotoren in Trochoidenbauart verwendet werden. Die vielen anderen Arbeitsräume bildenden Bauarten, welche im Laufe der Zeit bekannt wurden, sind in dem Buch "Einteilung der Rotationskolbenmaschinen" von Felix Wankel (Deutsche Verlagsanstalt 1963) enthalten.It is known to be used as an internal combustion engine with intermittent internal combustion mainly reciprocating engines in series, V or Boxer design in four-stroke design with valve control and then trochoidal rotary piston engines be used. The many other work rooms educational designs that have become known over time are in the book "Classification of rotary piston machines" by Felix Wankel (German publishing house 1963) included.
Die Kolbenmotoren als Brennkraftmaschinen erzeugen durch die endliche Pleuellänge im Kurbeltrieb freie Massenkräfte, welche durch einen besonderen Massenausgleich kompensiert werden müssen.Generate the piston engines as internal combustion engines due to the finite connecting rod length in the crank mechanism Mass forces, which through a special mass balance must be compensated.
Zur Steuerung des Gaswechsels im Viertakt-Verfahren ist die Ventilsteuerung üblich. Diese wiederum braucht einen eigenen Antrieb mit Nockenwelle, um die oszillierend bewegten Teile anzutreiben.For controlling the gas change in the four-stroke process valve control is common. This in turn needs its own camshaft drive to oscillate to drive moving parts.
Trochoidenmaschinen in Kreiskolbenbauart haben diese Nachteile nicht. Ihre Nachteile sind: Ungünstige Brennraumform, nur Liniendichtung an zwei Seiten des Brennraumes und große Überschneidung der Steueröffnungen für die am Umfang angeordneten Ein- und Auslaßöffnungen.Trochoidal machines of the rotary piston type have this No disadvantages. Their disadvantages are: unfavorable Combustion chamber shape, only line seal on two sides of the Combustion chamber and large overlap of the control openings for the inlet and outlet openings arranged on the circumference.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, in völligem Massenausgleich, ohne statische oder dynamische Unwucht nach außen, die aufwendige und die Drehzahl begrenzende Ventilsteuerung zu vermeiden und mittels Steueröffnungen, ohne die oben angeführten Nachteile der Trochoidenmaschinen, eine kompakte Brennkraftmaschine mit vorzugsweise vier, oder mehr einfach-, bzw. doppelt wirkenden Kolben zu ermöglichen.The invention is based on the object in complete Mass balance, without static or dynamic Imbalance to the outside, the complex and the speed to avoid limiting valve control and by means of Control openings without the disadvantages mentioned above the trochoidal machines, a compact internal combustion engine with preferably four or more simple, or to enable double-acting pistons.
Die Aufgabe wird nach Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einem drehenden Zylindergehäuse (1), auf einem zur Drehachse (2) konzentrischen Teilkreis (3), eine Anzahl von vier oder mehr Zylindern (4) gleichmäßig verteilt sind.The object is achieved according to Fig. 1, Fig. 2 and Fig. 3 according to the invention characterized in that in a rotating cylinder housing (1), on a concentric axis of rotation (2) partial circle (3), a plurality of four or more cylinders (4 ) are evenly distributed.
In Fig. 1 sind es fünf doppelt wirkende in gleicher Teilung angeordnete Kolben (6) und Zylinder (4).In Fig. 1 there are five double-acting pistons ( 6 ) and cylinders ( 4 ) arranged in the same division.
Die Zylinderachsen (5) sind vorzugsweise parallel zur Drehachse (2) angeordnet.The cylinder axes ( 5 ) are preferably arranged parallel to the axis of rotation ( 2 ).
Die in den Zylindern (4) gleitenden, doppelt wirkenden Kolben (6) werden über ihre Kolbenstege (7) und den daran angebrachten Rollen (8) auf einer gemeinsamen, mit dem Außengehäuse (14) fest verbundenen Kurvenbahn (9) so geführt, daß bei einer Umdrehung des Zylindergehäuses (1) jeder Kolben (6) einen sinusförmigen (10) Hubverlauf von genau vier Takten und dementsprechend zwei Sinusperioden ausführt. Dazu ist die obere und untere Kurvenbahn (9) als Hüllkurve zu einer Sinuskurve (10) ausgebildet. Die Form der Kurvenbahn (9) ist abhängig vom Durchmesser und vom Abstand der beiden Rollen (8). Der Hubverlauf der Kolben (6) über dem abgewickelten Teilkreis (3) nach Fig. 1 entspricht somit einer Sinuskurve (10) mit genau zwei Perioden.The double-acting pistons ( 6 ) sliding in the cylinders ( 4 ) are guided via their piston webs ( 7 ) and the rollers ( 8 ) attached to them on a common cam track ( 9 ) firmly connected to the outer housing ( 14 ) so that with one revolution of the cylinder housing ( 1 ) each piston ( 6 ) executes a sinusoidal ( 10 ) stroke course of exactly four cycles and accordingly two sine periods. For this purpose, the upper and lower curved path ( 9 ) is designed as an envelope curve for a sine curve ( 10 ). The shape of the cam track ( 9 ) depends on the diameter and the distance between the two rollers ( 8 ). The stroke course of the pistons ( 6 ) over the developed pitch circle ( 3 ) according to FIG. 1 thus corresponds to a sine curve ( 10 ) with exactly two periods.
Die Steuerung des Gaswechsels erfolgt über in den Zylinderdeckeln (11) angebrachten Kanälen mit Öffnungen für Ein- (15) und Auslaß (16) unter denen, durch die Drehbewegung des Zylindergehäuses (1), die Arbeitsräume der Kolben (6) vorbeigeführt werden. In den Zylinderdeckeln (11) ist außerdem auch je eine Zündkerze (12), oder bei Dieselversionen die Einspritzdüse, eingebaut. Abgedichtet werden die Arbeitsräume zwischen Kolben (6) und Zylinderwand (4) durch die üblichen Kolbenringe. Zur Abdichtung zwischen Zylinder (4) und Zylinderdeckel (11) sind in den oberen Planseiten der Zylinderlaufbuchsen (4) konzentrische Dichtringe (13) angeordnet.The gas exchange is controlled via channels in the cylinder covers ( 11 ) with openings for inlet ( 15 ) and outlet ( 16 ) below which, through the rotary movement of the cylinder housing ( 1 ), the working spaces of the pistons ( 6 ) are guided past. A spark plug ( 12 ) or, in the case of diesel versions, the injection nozzle is also installed in the cylinder covers ( 11 ). The working spaces between the piston ( 6 ) and the cylinder wall ( 4 ) are sealed by the usual piston rings. To seal between the cylinder ( 4 ) and cylinder cover ( 11 ), concentric sealing rings ( 13 ) are arranged in the upper plane sides of the cylinder liners ( 4 ).
Der Kühlwasserzu- und -ablauf erfolgt über die Drehachse (2) in das rotierende Zylindergehäuse (1) hinein. Die Kraftübertragung durch den jeweils den Arbeitstakt ausführenden Kolben (6) erfolgt über die Schräge der ruhenden Kurvenbahn (9), auf der die Kolben (6) in sinusförmigem (10) Hubverlauf geführt werden und dabei eine tangentiale Kraftkomponente am Zylinderteilkreis (3) hervorrufen, welche zusammen mit dem Teilkreisradius des Zylindergehäuses (1) ein antreibendes Dehmoment um die Drehachse (2) erzeugt.The cooling water inlet and outlet take place via the axis of rotation ( 2 ) into the rotating cylinder housing ( 1 ). The force transmission through the piston ( 6 ) executing the work cycle takes place via the slope of the resting cam track ( 9 ), on which the pistons ( 6 ) are guided in a sinusoidal ( 10 ) stroke and thereby cause a tangential force component on the cylinder pitch circle ( 3 ). which generates, together with the pitch circle radius of the cylinder housing (1) a driving Torque Note around the rotation axis (2).
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen darin, daß die gleichmäßig verteilten Kolben (6) einen sinusförmigen (10) Hubverlauf haben. Somit ist insgesamt nach außen ein vollständiger Massenausgleich ohne zusätzliche Ausgleichsgewichte gewährleistet. Denn ein zweimaliges Differenzieren des sinusförmigen (10) Hubverlaufs ergibt nämlich einen wiederum sinusförmigen Beschleunigungsverlauf.The advantages that can be achieved with the invention are that the evenly distributed pistons ( 6 ) have a sinusoidal ( 10 ) stroke profile. Overall, a complete mass balance is thus ensured without additional counterweights. This is because differentiating the sinusoidal ( 10 ) stroke curve twice results in a sinusoidal acceleration curve.
Die Summe aller axialen Beschleunigungen, der über die zweifache Sinuskurve (10) gleichmäßig verteilten Kolben (6), ergibt aber in jeder beliebigen Winkelstellung Alpha des Zylindergehäuses (1) immer den Wert Null.The sum of all axial accelerations of the pistons ( 6 ), which are evenly distributed over the double sine curve ( 10 ), always results in the value zero in any angular position Alpha of the cylinder housing ( 1 ).
Die Formel lautet:The formula is:
"N" ist die Anzahl der gleichmäßig angeordneten Kolben (6) und muß < 2 sein. "Z" ist die "Numerierung" vom Anfang = 0 bis zum vorletzten Kolben (6) = N-1." N " is the number of pistons ( 6 ) arranged evenly and must be <2. " Z " is the "numbering" from the beginning = 0 to the penultimate piston ( 6 ) = N -1.
Ebenfalls vorteilhaft ist, daß um die Drehachse (2) des Zylindergehäuses (1) keinerlei dynamische Unwucht durch die sinusförmig auf und ab bewegten Kolben (6) entsteht, wenn deren gleichmäßig verteilte Anzahl N mindestens vier oder mehr (untereinander gleichen) Kolben (6) entspricht. Auch hier ist in jeder beliebigen Winkelstellung der Drehachse (2) die Summe der Unwuchtmomente in radialer Richtung gleich Null.It is also advantageous that there is no dynamic imbalance around the axis of rotation ( 2 ) of the cylinder housing ( 1 ) due to the pistons ( 6 ) moving up and down sinusoidally, if their evenly distributed number N has at least four or more pistons ( 6 ) which are the same as one another. corresponds. Here too, the sum of the unbalance moments in the radial direction is zero in any angular position of the axis of rotation ( 2 ).
Die Formel dafür lautet:The formula for this is:
"N" und "Z" haben wieder die gleiche Bedeutung wie oben. Nur "N" muß jetzt < 3 sein." N " and " Z " again have the same meaning as above. Only " N " must now be <3.
Die Steuerung des Gaswechsels erfolgt ohne zusätzlich bewegte Teile nur über Ein- (15) und Auslaß-Kanäle (16) im Zylinderdeckel, so daß dabei keine schädlichen Überschneidungen, Lineardichtungen oder ungünstige Brennraumformen wie bei Trochoidenmaschinen in Kauf genommen werden müssen.The gas exchange is controlled without additional moving parts only via inlet ( 15 ) and outlet channels ( 16 ) in the cylinder cover, so that no harmful overlaps, linear seals or unfavorable combustion chamber shapes as with trochoidal machines have to be accepted.
Claims (1)
Priority Applications (9)
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- 1988-03-15 DE DE19883808506 patent/DE3808506A1/en not_active Ceased
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