DE937741C

DE937741C - 3-cylinder engine with pistons running in opposite directions and each synchronized system connected in a rigid triangle

Info

Publication number: DE937741C
Application number: DEG11816A
Authority: DE
Inventors: Karl Georg; Wilhelm Dr Holzapfel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1953-05-23
Filing date: 1953-05-23
Publication date: 1956-01-12

Description

3-Zylinder-Motor mit gegenläufigen und je 'Gleichlaufsystem im starren Dreieck verbundenen Kolben Es ist bekannt, wie man bei Kolbenmotoren durch Verwendung zweier nebeneinanderliegender Zylinder je mit zwei Gegenlaufkolben durch feste Verbindung der gleichläufigen - und entgegengesetzt liegenden Kolben den Vorteil des Trägheitskräfteausgleichs und der Gruppenanordnung vereinigen kann. Die gleichläufigen Kolben werden hierbei durch schräg zur Zylinderachse liegende Stangen verbunden. Diese Anordnung bedingt aber nicht nur Kippmomente auf die Welle, sondern vor allem durch die schrägen Verbindungsstangen je der beiden gleichläufigen Kolben seitlichen Kolbenandruck und damit erhöhte Kolbenreibung. Eine diese Nachteile vermeidende symmetrische Anordnung mit drei nebeneinanderliegenden Zylindern mit drei Paaren Gegenlaufkolben und einer Welle mit drei Kurbelwellenkröpfungen ist ebenfalls bekannt. Die eine Gruppe gleichläufiger Kolben arbeitet auf die Kurbelkröpfung in der Wellenmitte, die andere Kolbengruppe auf zwei beiderseits symmetrisch folgende Kurbelkröpfungen. Die Verbindung je der drei gleichläufigen Kolben wird hierbei mittels Kolbenstangen, Traversen und Umführungsstangen hergestellt. Diese Verbindungsweise und Anordnung mit den Traversen ist nicht nur im allgemeinen räumlich etwas lang, sondern vor allem sehr nachteilig wegen der starken Biegungsbeanspruchung der Traversen und der Beanspruchungen der langen Umführungsstangen. Entweder führt dies zu Überbeanspruchungen dieser Teile und Gefährdung ihrer Festigkeit oder zu sehr gewichtsschweren Bauteilen. - Dies ist bei dieser bisher bekannten Anordnung unvermeidbar und 'wiegt die anderen Vorteile auf.3-cylinder engine with counter-rotating and each 'synchronous system in the rigid Triangle Connected Pistons It is known how to use one in piston engines two adjacent cylinders each with two counter-rotating pistons through a fixed connection of the pistons rotating in the same direction and opposite one another have the advantage of balancing the forces of inertia and the group arrangement can unite. The co-rotating pistons are here connected by rods at an angle to the cylinder axis. This arrangement is conditional But not only tilting moments on the shaft, but above all due to the inclined connecting rods Lateral piston pressure for each of the two pistons rotating in the same direction and thus increased piston friction. A symmetrical arrangement with three side by side which avoids these disadvantages Cylinders with three pairs of counter-rotating pistons and a shaft with three crankshaft throws is also known. One group of pistons rotating in the same direction works on the crank throw in the center of the shaft, the other group of pistons on two symmetrically following both sides Crank offsets. The connection of each of the three co-rotating pistons is here produced by means of piston rods, crossbars and guide rods. This way of connecting and the arrangement with the trusses is not only a bit long in general in terms of space, but especially very disadvantageous because of the strong bending stress the traverses and the stresses on the long guide rods. Either leads this leads to overstressing of these parts and endangering their strength or too very heavy components. - This is the case with this previously known arrangement inevitable and 'outweighs the other advantages.

Es muß deshalb eine Gewicht sparende und doch betriebssichere und vorteilhafte Anordnung angestrebt werden, die .dann auch die Verwendung bei leichteren Fahrzeugen zuläßt.It must therefore be a weight-saving and yet reliable and The aim is to achieve an advantageous arrangement that can then also be used with lighter Vehicles.

Nach dem Erfindungsgedanken werden die drei gleichläufigen Kolben j e einer Kolbengruppe - statt durch biegungsbeanspruchte Traversen und lange Umführungsstangen in der Zylinderaxialebene -beiderseits der Zylinderanordnung durch "starre Dreiecke, die an kurzen Jochen angreifen, direkt verbunden. Ein solches Dreieck wird z. B. dadurch gebildet, daß zwei schräg und symmetrisch liegende Verbindungsstangen, die die gleichläufigen Kolben der äußeren Zylinder und den zugehörigen Kolben des mittleren Zylinders direkt verbinden, durch nur auf . Zug oder Druck beanspruchte kürzere Querverbindungen oder Versteifungen zwischen den beiden symmetrisch liegenden Schrägverbindungen zu einem starren Bauteil ergänzt werden; oder es besteht statt dessen aus einem dreiecksfläohigeii, plattenförmigen Verbindungsstück, das sich zwischen den drei gleichläufigen Kolben entsprechend diesen beiden Schrägverbindungslinien und der Querversteifungen erstreckt. Dabei muß darauf geachtet werden, daß bei der Kraftübertragung von den in den äußeren Zylindern liegenden Kolben bzw. ihren Ansatzstücken (Jochen) auf das starre Dreieck nur Kräfte in Richtung der Zylinderachsen auftreten. Es dürfen zwecks Vermeidung zusätzlicher Kolben- oder Gleitreibungen keine Querkomponenten und keine Kolbenklemmungen entstehen. Dies kann man in bekannter Weise durch Befassung eines etwa erforderlichen kleinen Spiels in der Querrichtung an der die Kolbenkräfte abgebenden Stelle leicht erreichen.According to the idea of the invention, the three co-rotating pistons each of a piston group - instead of bending-stressed cross members and long guide rods in the cylinder axial plane - on both sides of the cylinder arrangement by "rigid triangles, that attack short yokes, directly connected. Such a triangle is z. B. formed in that two oblique and symmetrically lying connecting rods, the the co-rotating pistons of the outer cylinder and the corresponding pistons of the middle one Connect the cylinder directly by just opening. Tension or compression required shorter ones Cross connections or stiffeners between the two symmetrical diagonal connections can be added to a rigid component; or it consists of one instead dreiecksfläohigeii, plate-shaped connecting piece, which is between the three co-rotating pistons corresponding to these two diagonal connection lines and the Cross stiffeners extends. Care must be taken to ensure that the power transmission of the pistons located in the outer cylinders or their extensions (yokes) only forces in the direction of the cylinder axes occur on the rigid triangle. It may No transverse components in order to avoid additional piston or sliding friction and there are no piston jams. This can be done in a known manner through referral any required small play in the transverse direction on which the piston forces Easily reach the donor location.

In der Zeichnung ist das starre Dreieck schematisch durch je drei verbindende Stäbe wiedergegeben, was nur als Darstellung einer der verschieden möglichen Ausgestaltungsformen betrachtet werden darf. Es ist für den Erfindungsgedanken ganz unwesentlich, ob das Dreieck ein plattenförmiges Bauelement, flächig ausgefüllt oder mehr durchbrochen ist oder aus im Dreieck liegenden winkelversteiften Stangen besteht. Die zweckmäßige Ausgestaltung (etwa .die dreieckflächige plattenförmige Verbindung) und Dimensionierung kann ohne Behinderung der Übersicht bei der Zeichnung nicht leicht eingetragen werden.In the drawing, the rigid triangle is shown schematically by three each connecting rods reproduced what is only as a representation of one of the different possible Embodiments may be considered. It is whole for the inventive idea It does not matter whether the triangle is a plate-shaped component, completely filled or more is perforated or made of angled rods lying in a triangle consists. The appropriate design (e.g. the triangular plate-shaped Connection) and dimensioning can be done without hindering the overview of the drawing not easily entered.

Die vorgeschlagene Anordnung d'er Kolbenverbindungsweise ist - in ihrer Unterscheidung gegenüber der Bauweise mit zwei Zylindern und schräg ziehenden Stangen und andererseits gegenüber der Bauweise mit drei Zylindern und Traversenver@indung - als funktionell wichtig anzusehen und für die betrieblichen Vorteile bzw. Vermeidung der obengenannten Nachteile und die Anwendungsmöglichkeiten entscheidend.The proposed arrangement of the piston connection manner is - in how they differ from the construction with two cylinders and diagonal pulling Rods and, on the other hand, compared to the construction with three cylinders and crossbar connection - to be regarded as functionally important and for operational advantages or avoidance the above-mentioned disadvantages and the possible applications are decisive.

Der erwähnte 2-Zylinder-Motor ist nicht nur wegen der Kippmomente gegenüber der 3-Zylinder-Anordnung unterlegen; er hat vor allem zufolge der schräg ziehenden Verbindungsstangen die eingangs genannten großen Nachteile, so daß etwa die nur konstruktive Übernahme der Verwendung von SChrägverbindungsstarigen auf den Motor mit drei Zylindern keine Lösung des klar gesonderten Problems der Schaffung eines reibungsannenMehrzylinder-Motors mit gegenläufigen Kolben und einfacher Bauweise darstellte. Aber auch gegenüber dem bisher bekannten 3-Zylinder-Motor mit gegenläufigen Kolben unterscheidet sich, wie man sieht, die vorgeschlagene Anordnung von Grund auf. Bei der Kennzeichnung jener bekannten 3-Zylinder-Motoren ist stets die Rede von der Verbindung durch Traversen und Kolben- und Umfü#hrungsstangen als dortiger Problemlösung. Sie liegen in der Axialebene der nebeneinander befindlichen drei Zylinder, während die jetzt vorgeschlagenen starren Dreiecke jedoch beiderseits seitlich außerhalb dieser Ebene liegen. Der Erfindungsgedanke knüpft nicht an biegungsbeanspruchte Traversen und Umführunggsstangen in der Axialebene an, sondern an.dieVorstellung des verbindenden starren Dreiecks, das seitlich liegt und an kurzen Jochen angreift. Diese funktionell vorteilhafte neue Verbindungsweise verwendet den Schrägzug dynamisch (nicht notwendig als Schrägstange) in Symmetrie und zugleich in wesentlicher Kombination mit der Abstandshaltung der Angriffspunkte in der Querrichtung, und zwar diese Kombination dynamisch durch das starre Dreieck als Bauelement. So ist in der Querrichtung die Abstandshaltung gesichert, und es kann keine Kraftkomponente in der Querrichtung die Kolben an die Zylinderwände andrücken. Auf diese Weise werden die sonst starken Reibungsverluste vermieden. Die konstruktive Ausgestaltung im- einzelnen ist mannigfach möglich.The mentioned 2-cylinder engine is not only because of the overturning moments inferior to the 3-cylinder arrangement; he has mainly due to the oblique pulling connecting rods the aforementioned major disadvantages, so that about the only constructive assumption of the use of SChrägverbindungsstarigen on the engine with three cylinders does not solve the clearly separate problem of creating a frictionless multi-cylinder engine with pistons rotating in opposite directions and a simple design depicted. But also compared to the previously known 3-cylinder engine with counter-rotating As can be seen, the piston differs fundamentally from the proposed arrangement on. When identifying those well-known 3-cylinder engines, it is always mentioned from the connection by cross members and piston and by # guide rods than there Troubleshooting. They lie in the axial plane of the three adjacent to each other Cylinder, while the rigid triangles now proposed are bilateral lie laterally outside this plane. The idea of the invention is not linked to bending stressed Traverses and bypass rods in the axial plane, rather than the idea of the connecting rigid triangle that lies to the side and engages short yokes. This functionally advantageous new connection method uses the diagonal pull dynamically (not necessary as an inclined bar) in symmetry and at the same time in essential combination with the spacing of the points of attack in the transverse direction, namely this combination dynamic through the rigid triangle as a component. So in the transverse direction is that The spacing is secured and there can be no force component in the transverse direction press the pistons against the cylinder walls. This is how the otherwise strong ones become Frictional losses avoided. The structural design in detail is manifold possible.

Die bei jedem Kolbensystem Gewicht sparende Anordnung, mit ungefähr gleichen Massen je System, ermöglicht außerdem leichter denAusgleich der Trägheitskräfte und läßt größere Drehzahlen des Motors und eine günstige Massenabstimmung zu.The weight-saving arrangement of every piston system, with approx equal masses per system, also enables the inertia forces to be balanced more easily and allows higher engine speeds and a favorable mass adjustment.

Der Motor arbeitet resultierend mit zwei Krafthüben je Wellenumdrehung (bzw. bei einem 4-Takt-Motor mit einem Krafthub), und so ist ein gewisser Ausgleich des abgegebenen Drehmoments an die Welle bereits vorhanden. Um hier einen weitergehenden Ausgleich zu erreichen, kann natürlich die Masse der bewegten Kolbensysteme in Abhängigkeit von der Drehzahl und Hublänge so dimensioniert werden, daß die Kolbenflächendruckkräfte nach Abzug der Trägheitskräfte auf die Welle ein Drehmoment von minimal schwankender Größe bedingen, .d. h. die Masse kann so, dimensioniert werden, daß die Schwankungen des. Drehmoments ein Minimum werden.As a result, the motor works with two power strokes per shaft revolution (or with a 4-stroke engine with one power stroke), and so there is a certain compensation of the torque delivered to the shaft already exists. To go further here Achieving compensation can of course depend on the mass of the moving piston systems are dimensioned by the speed and stroke length so that the piston surface pressure forces after subtracting the inertial forces on the shaft, a torque of minimally fluctuating Size condition, .d. H. the mass can be dimensioned so that the fluctuations Des. Torque be a minimum.

Die Übertragung der Kolbensystemkräfte auf die Kurbel kann z. B. mittels Pleuel geschehen. Aber es sind auch andere Ausgestaltungen möglich, z. B. die Übertragung mittels eines die Kurbelkröpfung führenden Schlitzes an einem mit dem Kolbensystem starr verbundenen entsprechenden Bauteil.The transmission of the piston system forces to the crank can, for. B. by means of Connecting rods happen. but other configurations are also possible, z. B. the transmission by means of a crank crank leading slot on one corresponding component rigidly connected to the piston system.

Selbstverständlich kann der nach dem Erfindungsgedanken gebaute Motor, wie er beschrieben wurde, in allen auch sonst möglichen Zusammenstellungen kombiniert werden, sei es in Reihe oder Stern- oder V- oder W- oder X-Form.Of course, the engine built according to the concept of the invention, as described, combined in all possible combinations be it in series or star or V or W or X shape.

Die Zeichnung zeigt in beispielsweiser Ausgestaltung die symmetrische Zylinderanordnung mit im starren Dreieck verbundenen gleichläufigen Kolben ahne Pleuel, und zwar einmal bei Abb. i diese Anordnung in einer Ansicht mit aufgeschnittenen Zylindern mit Schnittebene durch die Zylinder- und die Wellenachse und dann in Abb.2 diese Anordnung in der Schnittansicht, wie sie sich beim Schnitt in der Mittelebene senkrecht zur Welle ergibt.The drawing shows the symmetrical one in an exemplary embodiment Cylinder arrangement with parallel pistons connected in a rigid triangle Connecting rod, namely once in Fig. I this arrangement in a view with cut open Cylinders with a cutting plane through the cylinder and the shaft axis and then in Fig.2 this arrangement in the sectional view, as it is in the cut in the median plane results perpendicular to the shaft.

Die Darstellung ist zum Teil schematisch skizzierend und gibt nicht genau die gegenständliche Form der Bauteile, um das Wesentliche deutlicher hervortreten zu lassen. So sind z. B. auch etwaige Lagerungen auf der den Zylindern abgewandten Seite der Welle bei der Zeichnung weggelassen.The representation is partly schematically sketching and does not give precisely the representational form of the components, so that the essentials emerge more clearly allow. So are z. B. also any bearings on the cylinder facing away Side of the shaft omitted from the drawing.

Es bezeichnet i die Kurbelwelle, 2 den in der Mitte liegenden Zylindermantel, 3 und 4 die je seitlich parallel liegenden Zylinder der gleichen Länge wie bei 2, aber je nur halb so großer Querschnittsfläche, 5 und 6 und 7 die gleichlaufenden Kolben des einen Kolbensystems, 8 und 9 und io die gleichlaufenden Kolben des zweiten Kolbensystems. Das erste System arbeitet auf die mittlere Kurbelkröpfung i i mit Übertragung durch den hier nur angedeuteten Bauteil 12; das zweiteSystem arbeitet auf die seitlichen Kurbelwellenkröpfungen 13 und 14 mit Übertragung durch die angedeuteten Bauteile 15 und 16. Die starre Verbindung der drei gleichlaufenden Kolben je System greift an den Jochen 17, 18, i9 bzw. 2o, 21, 22 an und wird gebildet etwa durch die stangenförmig gezeichneten schräg liegenden Bauteile 23 und 24 bzw. (beim zweiten System) 26 und 27 und die zugehörigen Querverbindungen 25 bzw. 28 oder ähnliche Versteifungen. Man kann auch statt dieses Stangendreiecks die erwähnten dreiecksflächigen plattenförmigen Verbindungsstücke mit der den Strecken 23, 24, a5 bzw. 26, 27, 28 entsprechenden Begrenzung verwenden. Die zweckmäßige Form und genaue Dimensionierung kann ohne Behinderung der Übersicht nicht eingetragen und an sich auch mannigfach variiert werden. Die genannten beiden Verbindungsdreiecke 23, 24, 25 und 26, 27, 28 können in zwei parallelen, etwa um den durch die Dicke der Bauteile bedingten Abstand versetzten Ebenen übereinanderliegen oder auch bei Verwendung von Durchdringungsstellen in einer Ebene arbeiten. Die genannten Verbindungssysteme haben noch je ihr Gegenstück auf der anderen Seite, am in Abb. i verdeckten anderen Ende der bezeichneten Joche. Sie sind in Abb.2 ersichtlich, soweit sie von den Jochen 17, 18, 2o und 21 ausgehen; die Verbindungen 29 und 3o entsprechen den Verbindungen 23 und 26.It denotes i the crankshaft, 2 the cylinder jacket lying in the middle, 3 and 4 the cylinders of the same length as in 2, which are parallel to each side, but only half as large a cross-sectional area, 5 and 6 and 7 are concurrent Pistons of one piston system, 8 and 9 and io the co-rotating pistons of the second Piston system. The first system works with the mean crank throw i i Transmission through the component 12, which is only indicated here; the second system works to the lateral crankshaft throws 13 and 14 with transmission through the indicated Components 15 and 16. The rigid connection of the three co-rotating pistons per system acts on the yokes 17, 18, i9 or 2o, 21, 22 and is formed by about the rod-shaped inclined components 23 and 24 or (in the case of the second System) 26 and 27 and the associated cross-connections 25 or 28 or similar Stiffeners. Instead of this pole triangle, one can also use the triangular faces mentioned Plate-shaped connecting pieces with the lines 23, 24, a5 or 26, 27, 28 use appropriate limitation. The appropriate shape and precise dimensioning can not be entered without obstruction of the overview and in itself also manifold can be varied. The two connecting triangles 23, 24, 25 and 26, 27, 28 can be divided into two parallel ones, approximately by the amount due to the thickness of the components Staggered levels lie on top of each other or even when using penetration points work in one plane. The mentioned connection systems each have their counterpart on the other hand, at the other end of the marked yokes, which is hidden in Fig. i. They can be seen in Fig.2, as far as they start from yokes 17, 18, 2o and 21; connections 29 and 3o correspond to connections 23 and 26.

Bei Abb.2 sind die Übertragungsteile für die Kolbenkräfte auf die Wellenkröpfungen in der beispielsweisen Ausgestaltung mit Führungsschlitzen zur Bewegungsübertragung auf die Kurbelwellenkröpfungen angedeutet. Der Führungsschlitz 31 überträgt die Kräfte des Kolbensystems 5, 6, 7 auf die Kröpfung i i ; der halbverdeckte Führungsschlitz 32 gehört zum anderen Kolbensystem und überträgt auf die Kröpfung 13.In Fig.2, the transmission parts for the piston forces are on the Wave cranks in the exemplary embodiment with guide slots for Motion transmission to the crankshaft throws indicated. The guide slot 31 transmits the forces of the piston system 5, 6, 7 to the crank i i; the half-covered one Guide slot 32 belongs to the other piston system and transfers to the crank 13th

Claims

PATENT CLAIM: Multi-cylinder piston machine, in particular: 2-stroke internal combustion engine, with three cylinders lying next to one another and opposing pistons per cylinder group, which are firmly connected in two groups of pistons rotating in the same direction, characterized in that the piston connection per piston group on both sides of the cylinder group by a rigid triangle takes place as a component, the three corner points being assigned to the symmetrically lying pistons of the two outer cylinders and the co-rotating pistons of the middle cylinder. Cited publications: German patent specifications No. 335 789, 338 450.-295902.