EP0213230A1 - Brennkraftmaschine in Modulbauweise - Google Patents
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- F02B75/00—Other engines
- F02B75/32—Engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding main groups
Definitions
- the invention relates to an internal combustion engine in modular design.
- Such an internal combustion engine in modular design can be arranged stationary as well as installed in vehicles, especially in ships.
- a three-point cam replaces the crankshaft of an internal combustion engine with V-shaped cylinders.
- the pistons are each connected to a roller via rods, which rolls on the profile of the cam.
- Each roller is pressed against the cam using a special mechanism.
- a disadvantage of this known internal combustion engine are the large external dimensions and the complicated structure. Due to the distribution of forces, there is high wear. In continuous operation, the operating conditions also change when the roller is pressed against the cam profile.
- the object on which the invention is based is to create an internal combustion engine in a modular design which, with a simple construction, low weight and small dimensions, enables a reduction in the wear between the piston and the cylinder and an increase in the efficiency.
- an internal combustion engine in modular construction which has a cross-shaped cylinder block, which consists of an upper cover with a viewing opening (porthole) and a lower cover, in which two mutually perpendicular cylindrical longitudinal openings and transverse openings are formed.
- An upper and a lower shell are respectively fastened in the cylindrical longitudinal opening to the upper and lower cover.
- the cylinders are attached, each of which has a water bushing and a cylinder head.
- a composite piston is disposed in the elongated cylindrical cavity formed by the upper and lower shells and the cylinders.
- a combustion chamber is formed between the two faces of the assembled piston and the associated cylinder with cylinder head.
- a spherical joint with a self-tensioning roller is also attached in each of the two ends of the assembled piston.
- the three-point cam is arranged, the shaft of which is mounted in the cylindrical transverse opening.
- the internal combustion engine according to the invention in modular construction has the advantage that it is simple in construction, has small dimensions and is light in weight.
- the internal combustion engine works with high efficiency, is reliable and easy to repair and allows the connection of a large number of modules, which can be easily replaced.
- the internal combustion engine shown in Figures 1 and 3 in modular design has a cruciform cylinder block 1 with an upper cover 2, which has a viewing opening 3, and with a lower cover 4, whereby a cylindrical longitudinal opening 5 and a cylindrical transverse opening 6 are formed, which are mutually are vertical and their axes lie in one plane.
- cylinders 7 with water bushings 8 and cylinder heads 9 are attached along the cylindrical longitudinal opening 5.
- An upper shell 10 and a lower shell 11 are correspondingly attached to the upper cover 2 and the lower cover 4.
- the upper shell 10 and the lower shell 11 have a step 12 at one end in order to avoid coaxial displacement.
- a composite piston 14 is arranged, which consists of an upper body 15 and a lower body 16 and end faces 17, with channels for on both sides Sealing segments 18 are provided. Combustion chambers 19 are located between the end faces 17, the cylinders 7 and the cylinder heads 9. Vertical cuts 20 and horizontal cuts 21 are formed on the assembled piston 14. In the upper cover 2 and in the lower cover 4 as well as in the upper shell 10 and in the lower shell 11, external incisions 22 are provided.
- a spherical joint 23 which has an axis 24 on which a bearing bush 25 sits, on which in turn a bush with a spherical outer surface 26 is arranged.
- a socket with the spherical outer surface 26 there is a right spherical segment 27 and a left spherical segment 28, on each of which a roller 29 is seated, which is self-adapting.
- An upper bearing shell 30 and a lower bearing shell 31 are provided in the cylindrical transverse opening 6, in which a shaft 32 for the cams 33 having three tips is mounted.
- the three point cam 33 also projects into the vertical notch 20, the horizontal notch 21 and the outer notch 22.
- the cam 33 which has three points, geometrically adjusts the tension with the self-adapting rollers 29.
- the embodiment of an internal combustion engine is a module unit that has certain performance data. By connecting individual module units, an internal combustion engine drive set on fire of the desired power is obtained.
- the modular engine works as follows: The work cycle is initiated by ignition of the fuel mixture in cylinder 7. Due to the pressure of the combustion gases on the end face 17, the assembled piston 14 shifts accordingly, being slidably mounted on the upper shell 10 and on the lower shell 11.
- the self-adapting role 29 presses against the profile of the three-point cam 33 with a force that is directed perpendicular to the supporting surface, whereby a torque is generated on the shaft 32 under load on the upper bearing shell 30 and the lower bearing shell 31.
- the reaction of the force to the assembled piston 14 is absorbed by the cylinder block 1.
- the combustion gases expand on one side of the assembled piston 14, the air in the opposite combustion chamber is compressed at the same time, so that the work required for the compression can thus be transmitted without loss.
Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine in Modulbauweise.
- Eine solche Brennkraftmaschine in Modulbauweise kann sowohl stationär angeordnet als auch bei Fahrzeugen, insbesondere bei Schiffen, eingebaut werden.
- Aus der FR-B-1381957 ist bereits eine Brennkraftmaschine in Modulbauweise bekannt, die einen mit der Welle verbundenen drei Spitzen aufweisenden Nocken hat, gegen den Rollen drücken, welche auf Achsen gelagert sind, die an den beiden Enden eines Rahmens befestigt sind, der die angetriebene Welle umfasst. Die beiden Enden des Rahmens gehen in Stangen über, and deren freien Enden jeweils ein Kolben befestigt ist, dem jeweils ein Zylinder zugeordnet ist. Die beiden Zylinder sind an einem Zylinderblock befestigt, in welchem sich der drei Spitzen aufweisende Nocken dreht.
- Nachteilig bei dieser Brennkraftmaschine ist, daß sie eine komplizierte Konstruktion der Kolbengruppe, ein kompliziertes Einspannen des drei Spitzen aufweisenden Nokkens zwischen den Rollen, große Abmessungen und ein hohes Gewicht aufweist. Durch die vertikale Kraftbelastung der Zylinder ergeben sich hohe Reibungsverluste.
- Bei einer anderen bekannten Brennkraftmaschine dieser Bauweise, wie sie in der US-A-3482554 beschrieben ist, ersetzt ein drei Spitzen aufweisender Nocken die Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine mit V-förmig angeordneten Zylindern. Die Kolben sind über Stangen jeweils mit einer Rolle verbunden, die auf dem Profil des Nockens abrollt. Jede Rolle wird mittels eines speziellen Mechanismus gegen den Nocken gedrückt.
- Nachteilig bei dieser bekannten Brennkraftmaschine sind die großen Außenabmessungen sowie der komplizierte Aufbau. Aufgrund der Kräfteverteilung ergibt sich ein hoher Verschleiß. Im Dauerbetrieb ändern sich außerdem die Betriebsbedingungen beim Andrücken der Rolle gegen das Nokkenprofil.
- Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Brennkraftmaschine in Modulbauweise zu schaffen, die bei einfachem Aufbau, geringem Gewicht und kleinen Abmessungen eine Reduzierung des Abriebs zwischen Kolben und Zylinder und eine Steigerung des Wirkungsgrades ermöglicht.
- Diese Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine in Modulbauweise gelöst, welche einen kreuzförmigen Zylinderblock aufweist, der aus einem oberen Deckel mit Sichtöffnung (Bullauge) und einem unteren Deckel besteht, in welchem zwei zueinander senkrechte zylindrische Längsöffnungen und Queröffnungen ausgebildet sind. In der zylindrischen Längsöffnung zum oberen und unteren Deckel sind jeweils entsprechend eine obere bzw. eine untere Schale befestigt. An den beiden zum oberen und unteren Deckel koaxialen Enden sind die Zylinder angebracht, von denen jeder eine Wasserbuchse und einen Zylinderkopf aufweist. In dem von der oberen und unteren Schale und den Zylindern gebildeten länglichen zylindrischen Hohlraum ist ein zusammengesetzter Kolben angeordnet. Zwischen den beiden Stirnseiten des zusammengesetzten Kolbens und dem zugehörigen Zylinder mit Zylinderkopf ist jeweils eine Verbrennungskammer ausgebildet. In den beiden Enden des zusammengesetzten Kolbens ist weiterhin jeweils ein sphärisches Gelenk mit einer Selbstspannrolle angebracht. Zwischen den Selbstspannrollen, den vertikalen Einschnitten des zusammengesetzten Kolbens und den äußeren Einschnitten der oberen und unteren Schale sowie dem inneren Hohlraum des Zylinderblocks ist der drei Spitzen aufweisende Nocken angeordnet, dessen Welle in der zylindrischen Queröffnung gelagert ist.
- Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in Modulbauweise hat den Vorteil, daß sie in ihrer Bauweise einfach ist, kleine Abmessungen aufweist und ein geringes Gewicht hat. Die Brennkraftmaschine arbeitet mit hohem Wirkungsgrad, ist betriebssicher und reparaturfreundlich und läßt die Verbindung einer Vielzahl der Module zu, die ohne weiteres auswechselbar sind.
- Anhand von Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
- Fig. 1 Einen Längsschnitt durch eine Brennkraftmaschine
- Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Selbstspannrolle und
- Fig. 3 einen Querschnitt durch die Brennkraftmaschine.
- Die in den Figuren 1 und 3 gezeigte Brennkraftmaschine in Modulbauweise hat einen kreuzförmigen Zylinderblock 1 mit einem oberen Deckel 2 , der eine Sichtöffnung 3 aufweist, und mit einem unteren Deckel 4 , wodurch eine zylindrische Längsöffnung 5 und eine zylindrische Queröffnung 6 gebildet werden, die zueinander senkrecht sind und deren Achsen in einer Ebene liegen. An den beiden Seiten des oberen Deckels 2 und des unteren Deckels 4 sind längs der zylindrischen Längsöffnung 5 Zylinder 7 mit Wasserbuchsen 8 und Zylinderköpfen 9 angebracht. Am oberen Deckel 2 und am unteren Deckel 4 sind entsprechend eine obere Schale 10 und eine untere Schale 11 befestigt. Die obere Schale 10 und die untere Schale 11 haben an ihrem einen Ende eine Abstufung 12 , um eine koaxiale Versetzung zu vermeiden. In dem von der oberen Schale 10 , der unteren Schale 11 und den Zylindern 7 gebildeten zylindrischen Hohlraum 13 ist ein zusammengesetzter Kolben 14 angeordnet, der aus einem oberen Körper 15 und aus einem unteren Körper 16 sowie Stirnflächen 17 besteht, wobei auf beiden Seiten Kanäle für Dichtungssegmente 18 vorgesehen sind. Zwischen den Stirnflächen 17 , den Zylindern 7 und den Zylinderköpfen 9, befinden sich Verbrennungskammern 19 . An dem zusammengesetzten Kolben 14 sind vertikale Einschnitte 20 und horizontale Einschnitte 21 ausgebildet. Im oberen Deckel 2 und im unteren Deckel 4 sowie in der oberen Schale 10 und in der unteren Schale 11 sind äußere Einschnitte 22 vorgesehen. An den beiden Enden des zusammengesetzten Kolbens 14 befindet sich jeweils ein sphärisches Gelenk 23 , das eine Achse 24 hat, auf der eine Lagerbuchse 25 sitzt, auf welche wiederum eine Buchse mit einer sphärischen Außenfläche 26 angeordnet ist. Auf der Buchse mit der sphärischen Außenfläche 26 sitzt ein rechtes sphärisches Segment 27 und ein linkes sphärisches Segment 28 , auf welchem jeweils eine Rolle 29 sitzt, die selbstanpassend ist.
- In der zylindrischen Queröffnung 6 ist eine obere Lagerschale 30 und eine untere Lagerschale 31 vorgesehen, in denen eine Welle 32 für den drei Spitzen aufweisenden Nocken 33 gelagert ist. Der drei Spitzen aufweisende Nocken 33 ragt außerdem in den vertikalen Einschnitt 20 , den horizontalen Einschnitt 21 und den äußeren Einschnitt 22 . Der drei Spitzen aufweisende Nocken 33 stellt geometrisch mit den sich selbst-anpassenden Rollen 29 einen Spannungseingriff.
- Die Ausführungsform einer Brennkraftmaschine ist eine Moduleinheit, die bestimmte Leistungsdaten hat. Durch Verbinden von einzelnen Moduleinheiten erhält man einen in Flammen gesetzten Brennkraftmaschinenantrieb der gewünschten Leistung.
- Die Brennkraftmaschine in Modulbauweise arbeitet folgendermaßen:
Der Arbeitstakt wird durch Zündung des Brennstoffgemisches im Zylinder 7 eingeleitet. Durch den Druck der Verbrennungsgase auf die Stirnfläche 17 verschiebt sich der zusammengesetzte Kolben 14 entsprechend, wobei er auf der oberen Schale 10 und auf der unteren Schale 11 gleitend gelagert ist. Die sich selbst-anpassende Rolle 29 drückt gegen das Profil des drei Spitzen aufweisenden Nockens 33 mit einer Kraft, die senkrecht zur abstützenden Oberfläche gerichtet ist, wodurch ein Drehmoment an der Welle 32 unter Belastung der oberen Lagerschale 30 und der unteren Lagerschale 31 erzeugt wird. Die Reaktion der Kraft auf den zusammengesetzten Kolben 14 wird vom Zylinderblock 1 aufgenommen. Bei der Expansion der Verbrennungsgase auf der einen Seite des zusammengesetzten Kolbens 14 erfolgt gleichzeitig eine Verdichtung der Luft in dem gegenüberliegenden Verbrennungsraum, so daß also die für die Verdichtung erforderliche Arbeit verlustlos übertragen werden kann. - Für eine Umdrehung der Welle 32 des drei Spitzen aufweisenden Nockens 33 ergeben sich drei Arbeitsprozesse auf beiden Seiten des zusammengesetzten Kolbens 16 , also insgesamt sechs Arbeitsprozesse.
- Wenn die einzelnen Moduleinheiten zu einer Brennkraftmaschine zusammengesetzt sind, läßt sich das Drehmoment dieser zusammengesetzten Brennkraftmaschine um so mehr vergleichmäßigen, je größer die Anzahl der eingesetzten Moduleinheiten ist.
Claims (1)
- Brennkraftmaschine in Modulbauweise mit einem von zwei Rollen (29) erfassten, drei Spitzen aufweisenden Nokken (33), dadurch gekennzeichnet , daß ein kreuzförmiger Zylinderblock (1) vorgesehen ist, der aus einem oberen Deckel (2) mit Sichtöffnung (3) und aus einem unteren Deckel (4) besteht, in denen eine zylindrische Längsöffnung (5) und eine zylindrische Queröffnung (6) ausgebildet sind, die zueinander senkrecht angeordnet sind, wobei in der zylindrischen Längsöffnung (5) entsprechend dem oberen Deckel (2) und dem unteren Deckel (4) eine obere Schale (10) und eine untere Schale (11) befestigt ist, daß seitlich vom Zylinderblock koaxial zu seiner Achse und zum oberen Dekkel (2) und zum unteren Deckel (4), Zylinder (7) mit Wasserbuchsen (8) und Zylinderköpfen (9) vorgesehen sind, daß in dem von der oberen Schale (10) und der unteren Schale (11) sowie den Zylindern (7) gebildeten zylindrischen Hohlraum (13) ein zusammengesetzter Kolben (14) angeordnet ist, daß auf beiden Seiten des zusammengesetzten Kolbens (14) zwischen dessen Stirnflächen (17) und den Zylinderköpfen (9) Verbrennungskammern (19) asugebildet sind, daß an den beiden Enden des zusammengesetzten Kolbens (14) sphärische Gelenke (23) mit selbstanpassenden Rollen (29) vorgesehen sind, daß zwischen den Rollen (29) in vertikalen Einschnitten (29) des zusammengesetzten Kolbens (14), in äußeren Einschnitten (22) der oberen Schale (10) und der unteren Schale (11) und in dem Innenhohlraum (13) des Zylinderblocks (1) der drei Spitzen aufweisenden Nokken (33) angeordnet ist und daß die Welle (32) des drei Spitzen aufweisenden Nockens (33) in der zylindrischen Queröffnung (6) gelagert ist.
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