DE4200707A1 - Double or single acting reciprocating piston engine - has rocker arm between side of cylinder bore and crankshaft journal - Google Patents
Double or single acting reciprocating piston engine - has rocker arm between side of cylinder bore and crankshaft journalInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine doppelt- oder einfachwirkende Hub kolben-Arbeits- oder Kraftmaschine, wobei ein am Kolben angelenkter, seitlich aus der Zylinderbohrung hinausführender oder außerhalb der Zylinderbohrung mit dem verlängerten Kolbenbolzen verbundener Kipp- oder Schwinghebel den oszillierenden Kolben über eine Kurbelschwinge, Pleuel oder einen Freilauf mechanismus mit der rotierenden (Kurbel)welle verbindet. Das Anwendungsgebiet der Maschine erstreckt sich auf alle mobilen und stationären Einsatzmöglichkeiten eines schnell- oder langsamlaufenden Hubkolbenaggregats als Antrieb für Fahrzeuge, Maschinen oder Spielzeuge zu Lande, Wasser oder Luft bzw. als fremdgetriebenes Kompressor- oder Pumpen aggregat. Die Maschine erlaubt beliebige Hubvolumina, Zylinderanzahl und -anordnung. Es ist bekannt, daß Hubkolbenmaschinen meist mit dem sogenannten Tauchkolben, einem Schwenkpleuel sowie einer Kurbelwelle aus staffiert sind und einfachwirkend arbeiten. Zylinderlängs- und Kurbelwellendrehachse liegen zumeist in Flucht zueinander oder sind minimal zueinander versetzt, damit der konstruktiv bedingte seitliche Gleitbahndruck des Kolbens bei seinem Hub reduziert wird. Die Kolbenlänge kann kürzer, gleichlang oder auch länger als der Hub sein, Zweitakt-Saugmotoren und wenige aufgeladene Viertakter erzeugen mit der Kolbenunterseite im Kurbelhaus einen Ansaugunterdruck, die weitaus meisten Viertakter dagegen nur unerwünschte Pumpverluste. Klassische und großvolumige, langsamlaufende Zweitakt-Diesel motoren (etwa in Schiffen) arbeiten wie die altbekannte Dampfmaschine doppeltwirkend, d. h. daß sich an Kolbenober- und Unterseite jeweils ein Arbeitsraum befindet. Hierzu ist es notwendig, daß außer Kurbelwelle und Pleuel ein sogenannter Kreuzkopf die Verbindung zur eigentlichen Kolbenstange herstellt und den Kolben von seitlichen Gleitbahndrücken befreit. Die mit dem anderen Ende am Kolben angelenkte Kolbenstange beeinträchtigt mit ihrem Querschnitt den Arbeitsraum und muß ferner wirksam nach außen abgedichtet werden. The invention relates to a double-acting or single-acting stroke piston working or power machine, one on the piston hinged, laterally out of the cylinder bore or outside the cylinder bore with the extended one Piston pin connected rocker arm or rocker arm oscillating pistons via a crank arm, connecting rod or a freewheel mechanism connects with the rotating (crank) shaft. The application area of the machine extends to everyone mobile and stationary applications of a fast or slow-speed reciprocating piston unit as a drive for Vehicles, machines or toys on land, water or Air or as an externally driven compressor or pump aggregate. The machine allows any stroke volume, Number and arrangement of cylinders. It is known that Reciprocating machines mostly with the so-called Plunger, a swivel connecting rod and a crankshaft are graduated and work single-acting. Longitudinal and Crankshaft axes of rotation are usually in alignment with each other or are minimally offset from each other, so that the constructive conditional lateral slide pressure of the piston during its stroke is reduced. The piston length can be shorter, the same length or also be longer than the stroke, two-stroke naturally aspirated and few charged four-stroke engines generate with the piston underside in Crankcase an intake vacuum, by far most Four-stroke, however, only undesirable pumping losses. Classic and large-volume, slow-running two-stroke diesel motors (such as in ships) work like the well-known Steam engine double acting, d. H. that on piston top and There is a work area on the bottom. This is it necessary that in addition to the crankshaft and connecting rods a so-called Cross head the connection to the actual piston rod manufactures and the piston from lateral slide pressure exempted. The other end hinged to the piston Piston rod affects with its cross section Work space and must also be effectively sealed from the outside will.
Bei dieser Bauform stören die sperrigen Abmessungen und das hohe Gewicht der bewegten Hassen.The bulky dimensions interfere with this design and the high weight of the moving hates.
Es ist ferner nach Gazda ein Zweitaktmotor bekannt, der ebenfalls doppeltwirkend arbeitet und bei dem ein wesentlich verlängerter Kolbenbolzen seitlich aus der Zylinderbohrung hinausführt und mit zwei langen Pleuelstangen die Verbindung zur Kurbelwelle herstellt.After Gazda, a two-stroke engine is also known also works double-acting and one is essential Extended piston pin from the side of the cylinder bore leads out and the connection with two long connecting rods to the crankshaft.
Die Fa. Ficht hat einen Zweitaktmotor entworfen, bei dem die Kolbenstangen in einer Kurbelschlaufe befestigt sind, die ihrerseits mittels Kulissenstein die Verbindung zum Hubzapfen der Kurbelwelle herstellt.Ficht has designed a two-stroke engine in which the Piston rods are attached in a crank loop which in turn the link to the crank pin by means of a sliding block the crankshaft.
Der Ingenieur Küchen entwarf einen Zweitakt-Gegenkolbenmotor, bei dem herkömmliche Tauchkolben mit kurzen Schubstangen über einen unterhalb der Zylinderlaufbahn schwingenden Kipp hebel samt Pleuel mit der Kurbelwelle verbunden sind. Neben speziellen Rhombengetrieben (etwa bei Stirlingmotoren) sind noch schwenkbare Zylinder bekannt, die einen seitlichen Gleitbahndruck des Kolbens ausgleichen.The engineer kitchens designed a two-stroke counter-piston engine, with the conventional plunger with short push rods via a tilting swing below the cylinder track lever and connecting rod are connected to the crankshaft. In addition to special rhombic gearboxes (e.g. Stirling engines) are still known pivotable cylinders that have a side Compensate the piston track pressure.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, kompakte und mit geringen Reibungsverlusten operierende Kolbenmaschinen zu verwirklichen, die deshalb speziell doppeltwirkend arbeiten und auf Kolbenstange und Kreuzkopf verzichten, an Ober- und Unterseite des Kolbens gleiche Arbeitsräume aufweisen können und eine kompakte, leichte und reibungsarme Verbindung zum Wellentrieb herstellen.The invention is based, compact and with the task Piston machines operating with low friction losses realizing that therefore work especially double-acting and do without the piston rod and crosshead, on top and Underside of the piston can have the same working spaces and a compact, lightweight and low-friction connection to produce shaft drive.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kolben mit einem seitlich aus der Zylinderbohrung hinausführenden oder außerhalb der Zylinderbohrung am verlängerten Kolbenbolzen verbundenen Kipp- oder Schwinghebel über Kurbelschwinge, Pleuel oder Freilaufmechanismus mit der (Kurbel-) Welle verbunden wird.The object is achieved in that the Piston with one laterally out of the cylinder bore out or outside of the cylinder bore on extended piston pin connected rocker arm or rocker arm via crank arm, connecting rod or freewheel mechanism the (crank) shaft is connected.
Alternativ können auch Zylinderlaufbahn und Kolbenschaft an der Längsachse kreisbogenförmig gekrümmt sein, um einen Längenausgleich zwischen Kolben und Kipp-/Schwinghebel überflüssig zu machen. Ferner kann der/die Zylinder auch schwenkbar angeordnet sein. Alternatively, the cylinder race and piston skirt can also be used the longitudinal axis to be curved in a circular arc by one Length compensation between piston and rocker / rocker arm to make redundant. The cylinder (s) can also be pivotally arranged.
Bei der vorgeschlagenen Bauweise ist es möglich, an Kolbenober und Unterseite einen Arbeits- oder Verbrennungsraum zu erhalten, der nicht durch eine sperrige Kolbenstange beeinträchtigt wird. Es ist lediglich ein seitlicher Schlitz in Kolbenschaft und Zylinderbohrung für den Kipp- oder Schwinghebel (b.z.w. Kolbenbolzen) vorhanden, wie er in neuen Zweitaktmotoren ohnehin vorhanden ist und der wahlweise auch über den gesamten Hub verdeckt bleiben kann.With the proposed design, it is possible to Piston top and bottom of a work or combustion chamber to get that through a bulky piston rod is affected. It's just a side slit in the piston skirt and cylinder bore for the tipping or Rocker arm (e.g. piston pin) available, as in new ones Two-stroke engines are available anyway and optionally can remain covered over the entire stroke.
Speziell bei Schwinghebel-Anordnung ergeben sich des weiteren ausgesprochen kompakte Abmessungen, da etwa ein Pleuel mitsamt Kurbelwelle durch die Hebeluntersetzung kleiner ausfallen kann als bei konventionellen Hubkolbenmaschinen. Neben der platzsparenden Bauweise sind die verminderten Reibungsverluste besonders beeindruckend; gegenüber einem konventionellen Aggregat mit z. B. zwei Zylindern kann bei der vorgeschlagenen doppeltwirkenden Bauform ein kompletter Zylinder samt Kolben und Pleuel eingespart werden, der jetzt notwendige Schwinghebel erzeugt jedoch bei ungefähr gleichen Abmessungen wie ein konventionelles Pleuel aufgrund seines Bewegungsablaufes weniger unerwünschte Massen- und Reibungskräfte. Die kompaktere Kurbelwelle kann jetzt nicht nur leichter, sondern zusätzlich auch noch steifer ausfallen. Einzig der doppeltwirkende Kolben wird aufgrund des zusätzlichen Bodens, der zusätzlichen Ringe und des eventuell etwas längeren Schaftes gewichtiger ausfallen, doch erscheint dieser Nachteil aufgrund der sonstigen Vorzüge tolerierbar. Bei doppeltwirkender Arbeitsweise können unlieb same Pumpverluste im Kurbelhaus eliminiert werden, doppelt wirkende Zweitaktmotoren (mit zwei Brennräumen) sind auf ein externes Ladeorgan angewiesen. Die Schmierung kann über be kannte Frischöl- oder Drucköl-Versorgung erfolgen, für das Kolbenhemd können zusätzliche Schlitze zur thermischen Ent lastung (Durchblasverluste) vorteilhaft sein. Für problemlose Einbauverhältnisse wird in einigen Fällen eine Öffnung in der Zylinderlauffläche notwendig erscheinen, um eine einfache Montage des Kolbenbolzens zu gewährleisten. In the case of a rocker arm arrangement in particular, there are furthermore extremely compact dimensions, because of a connecting rod together with the crankshaft due to the lever reduction can fail than in conventional reciprocating piston machines. In addition to the space-saving design, the reduced Friction losses particularly impressive; towards one conventional unit with z. B. two cylinders at proposed double-acting design a complete Cylinder, piston and connecting rod can be saved, the now necessary rocker arm, however, generated at approximately the same Dimensions like a conventional connecting rod due to its Less undesirable mass and Frictional forces. The more compact crankshaft cannot now only lighter, but also stiffer fail. Only the double-acting piston is due of the additional bottom, the additional rings and the possibly a little longer shaft weightier, but this disadvantage appears due to the other advantages tolerable. With double-acting mode of operation can be unpopular same pumping losses in the crankcase are eliminated, twice two-stroke engines (with two combustion chambers) are on one external loading device. The lubrication can be Known fresh oil or pressure oil supply for which Piston shirt can have additional slits for thermal ent load (blow-by losses) may be advantageous. For easy Installation conditions will in some cases be an opening in the Cylinder tread seem necessary to be a simple one Ensure assembly of the piston pin.
Während eine Anordnung mit Kurbelschwinge oder Pleuel mit Kurbelwelle relativ geläufig ist, bedarf die Ausgestaltung der vorgeschriebenen Maschine mit einem Freilaufmechanismus der näheren Erklärung; in der Nabe des Kipp- oder Schwing hebels sind zwei gegenläufig wirkende Freiläufe angeordnet, für jede Schwenkrichtung einer. Jeder Freilauf steht mit seiner Welle in Verbindung, die Rotationsrichtungen sind gegenläufig. Mittels Zahnradsatz für die eine Welle und Kettensatz für die zweite etwa können beide eine gemeinsame Ab- oder Antriebswelle besitzen. Die Ausgestaltung des Freilaufes kann in jeder bekannten Bauweise erfolgen, der Freilaufmechanismus liegt entweder in der Nabe oder an deren Stirnseite. Es ist für eine einwandfreie Funktion eventuell ratsam, zusätzlich eine Kurbelschwinge oder ein Pleuel mit Kurbelwelle zur exakten Steuerung des Kipp- oder Schwinghebels vorzusehen, allerdings ohne die Funktion der Kraftübertragung.During an arrangement with crank arm or connecting rod The crankshaft is relatively common, the design requires the prescribed machine with a freewheel mechanism the detailed explanation; in the hub of the tilt or swing two oppositely acting freewheels are arranged, one for each swivel direction. Every freewheel is with connected to its shaft, which are directions of rotation opposite. With gear set for one shaft and Chain set for the second one can both have a common one Have a drive shaft. The design of the Freewheel can be done in any known design, the Freewheel mechanism is either in or on the hub Face. It may be for proper functioning advisable to also use a crank arm or a connecting rod Crankshaft for precise control of the rocker arm or rocker arm to be provided, but without the function of the Power transmission.
Die Erfindung wird anhand mehrerer doppeltwirkender Hub kolben-Brennkraftstoff-Maschinen näher erläutert. Fig. 1 zeigt einen Viertaktmotor mit Kolbenstellung in Tot punktlage (OT-Stellung für die obere Zylinderseite, UT- Stellung für die untere Zylinderseite). Der einarmige Schwinghebel nimmt den Kolbenbolzen gabelförmig auf und ist über seinen geschlitzten Schaft mit dem Hubzapfen der Kurbelwelle verbunden.The invention is explained in more detail using a plurality of double-acting piston-piston fuel machines. Fig. 1 shows a four-stroke engine with piston position in dead center position (TDC position for the upper cylinder side, UT position for the lower cylinder side). The one-armed rocker arm receives the piston pin in a fork shape and is connected to the crank pin of the crankshaft via its slotted shaft.
Fig. 2 zeigt einen schlitzgesteuerten Zweitaktmotor, bei dem die Kraftübertragung zwischen Schwinghebel und Kurbelwelle mittels Pleuel erfolgt. Pleuel als auch Kurbelwelle können sehr kompakt und steif ausgebildet werden, bei niedriger Masse. Fig. 2 shows a slot-controlled two-stroke engine, in which the power transmission between the rocker arm and crankshaft takes place by means of a connecting rod. Conrods as well as crankshafts can be made very compact and rigid, with low mass.
Fig. 3 zeigt ebenfalls einen Zweitaktmotor, hier übernimmt ein zweiarmiger Kipphebel mitsamt Pleuel die Kraftübertragung. Bei der Ausführung eines Kipp- oder Schwinghebels mit Pleuel fällt gegenüber konventionellen Hubkolben-Maschinen neben der möglichen Hebeluntersetzung das kompaktere Pleuel positiv ins Gewicht, da es nicht einen Mindestabstand zwischen Kolben und Kurbelwelle einhalten muß und der obere Lagerpunkt sogar zwischen den Kurbelscheiben eintauchen kann. Fig. 3 also shows a two-stroke engine, here a two-armed rocker arm together with the connecting rod takes over the power transmission. When designing a rocker arm or connecting rod with a connecting rod, the more compact connecting rod has a positive effect compared to conventional reciprocating piston machines, as it does not have to maintain a minimum distance between the piston and the crankshaft and the upper bearing point can even be inserted between the crank discs.
Fig. 4 stellt wiederum ein Zweitaktaggregat mit einarmigen Schwinghebel dar, hierbei erfolgt die Kraftübertragung über zwei separate Freilaufmechanismen, je einen für den abwärtsgerichteten bzw. den aufwärtsgerichteten Hub des Kolbens. Die zweite Welle wird von den Freiläufen über je einen Ketten- bzw. Zahnradsatz getrieben. Fig. 4 again shows a two-stroke unit with one-armed rocker arm, in this case the power is transmitted via two separate freewheel mechanisms, one each for the downward and the upward stroke of the piston. The second shaft is driven by the freewheels via a chain or gear set.
Fig. 5 verdeutlicht die Ausgestaltung eines Zweitaktmotors mit kreisbogenförmiger Zylinder- und Kolbenlauffläche. Die Kraftübertragung stellt hier ein zweiarmiger Kipphebel mit Pleuel und Kurbelwelle her. Im einzelnen bedeuten: Fig. 5 illustrates the design of a two-stroke engine with an arcuate cylinder and piston running surface. The power transmission is produced here by a two-armed rocker arm with a connecting rod and crankshaft. Specifically:
(K) Kolben
(S) Schwinghebel
(KW) Kurbelwelle
(KZ) Kurbelzapfen
(Fl) Freilauf
(E) Einlaß
(Z) Zylinder
(Kh) Kipphebel
(HZ) Hubzapfen
(Pl) Pleuel
(W) Welle
(A) Auslaß(K) piston
(S) rocker arm
(KW) crankshaft
(KZ) crank pin
(Fl) freewheel
(E) Inlet
(Z) cylinder
(Kh) rocker arm
(HZ) crank pin
(Pl) connecting rods
(W) wave
(A) outlet
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |