EP0829618A1 - Verbrennungskraftmaschine - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
- F01B9/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups
- F01B9/02—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with crankshaft
- F01B9/023—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with crankshaft of Bourke-type or Scotch yoke
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- 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 a connecting rod-less double-piston internal combustion engine, with a crankshaft that engages with a cranked crank portion on the double piston.
- a connecting rod-less double-piston internal combustion engine is already known from DE 35 18 303.
- the linear movement of the double piston is transmitted to the crankshaft with the interposition of a sliding block which is guided transversely in the piston and into which a cranked crank section of the crankshaft engages.
- the sliding block performs a linear back-and-forth movement, ie it is disadvantageously necessary to convert from a linear movement to a rotary movement.
- the proposed kinematics are also not or not well suited for reverse power transmission and for use as a motor.
- the object of the present invention is to provide a power transmission with reduced losses and reduced wear in a connecting rod-less internal combustion engine of the type mentioned at the outset.
- a rotary element is rotatably mounted within the double piston, the axis of rotation of which runs parallel to that of the crankshaft and that the rotary element has a bearing opening arranged eccentrically to the central transverse axis of the double piston for the crank section of the crankshaft. Due to the rotating element rotatably mounted within the piston, the power transmission from the piston to the crankshaft takes place exclusively in a rotary manner. This enables an improved efficiency to be achieved.
- This transmission mechanism requires neither parallel guides nor push rods, so that overall there is only very little effort and a small number of moving parts.
- the rotary element is expediently designed as a disk and rotatably mounted in a longitudinal center plane of the double piston.
- the crank section bears a gearwheel that is connected to it in a rotationally fixed manner and meshes with a ring gear that is arranged within the double piston in a rotationally fixed manner.
- Power transmission from the crankshaft to the double piston is possible via such a transmission mechanism.
- the piston can be set in motion during a starting process in which the crankshaft is driven. After the starting process and then the reverse direction of power transmission from the double piston on the crankshaft, this gear transmission has no function.
- a preferred application of the internal combustion engine according to the invention provides that it is part of a portable pump for fire-fighting purposes as the drive.
- the low weight and the small construction volume of the connecting rod-free internal combustion engine have a particularly advantageous effect, and the proposed internal drive transmission contributes to the high reliability and durability of the drive, as is required in such applications.
- at least one cylinder part can be a compressor or a pump. This enables a compact motor-pump unit to be formed, the gear connection between the gearwheel that is non-rotatably connected to the crank section and the ring gear that is non-rotatably connected to the double piston is provided for the power transmission from the crankshaft to the double piston of the pump.
- a connecting rod-less double-piston internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 has a double piston running in a cylinder 2 3, whose outer end faces are facing combustion chambers 4 and 5, respectively.
- the double piston 3 moves back and forth according to the double arrow Pf1 and is in its left dead center position in the illustration shown in FIG. 1.
- a rotary element 6, preferably designed as a disk, is rotatably mounted within the double piston, the axis of rotation 7 of which runs parallel to the rotary axis of the crankshaft 8 (cf. FIG. 2).
- the crankshaft engages with a cranked crank section 9 in a slide bearing opening 10 of the rotary element 6 which is arranged eccentrically to the central transverse axis of the double piston or to the axis of rotation 7.
- the crank section 9 has a gear 11 which is connected to it in a rotationally fixed manner and which meshes with a ring gear 12 which is arranged within the double piston 3 in a rotationally fixed manner.
- the drive transmission elements 11 and 12 are also required when used as a pump or compressor.
- one or more of the cylinders could be part of a compressor or a pump, the pump and the drive motor having a common crankshaft.
- Such arrangements are particularly suitable for mobile devices, for example also for portable fire pumps of the fire service.
- the crankshaft can be connected particularly easily to the double piston or the rotary element 6 which is rotatably guided therein, the offsets 13 adjoining the crank section 9 being dimensioned such that the piston can be threaded onto the crankshaft.
- the assembly is thus particularly simple to carry out and no further connecting or fastening elements are required in the transition region between the crank section 9 and the rotating element 6.
- the gear 11 can also be mounted axially displaceably on the crank section 9 and connected to an engagement and disengagement device. It is therefore possible to run the pump or the compressor as required or to switch it off. It is expedient if a synchronizing device is provided between the gearwheel, which is connected in a rotationally fixed manner to the crank section, and the ring gear, in order to enable a smooth engagement.
- intake valves 14 and exhaust valves 15 are also indicated, which can be actuated in the usual way via camshafts.
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Abstract
Eine pleuellose Doppelkolben-Verbrennungskraftmaschine (1) weist eine Kurbelwelle mit einem abgekröpften Kurbelabschnitt (9) auf, der an einem Doppelkolben (3) angreift. Innerhalb des Doppelkolbens ist ein Drehelement (6) drehbar gelagert, dessen Drehachse parallel zu der (7) der Kurbelwelle verläuft. Das Drehelement (6) weist eine exzentrisch zur Mittelquerachse des Doppelkolbens (3) angordnete Lageröffnung (10) für den Kurbelabschnitt (9) der Kurbelwelle auf. Damit sind bei der Kraftübertragung vom Kolben auf die Kurbelwelle rein rotative Bewegungen vorhanden. <IMAGE>
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine pleuellose Doppelkolben-Verbrennungskraftmaschine, mit einer Kurbelwelle, die mit einem abgekröpften Kurbelabschnitt am Doppelkolben angreift.
Eine solche pleuellose Doppelkolben-Verbrennungskraftmaschine ist aus der DE 35 18 303 bereits bekannt. Die Übertragung der Linearbewegung des Doppelkolbens auf die Kurbelwelle erfolgt unter Zwischenschaltung eines quer im Kolben geführten Kulissensteines, in den ein abgekröpfter Kurbelabschnitt der Kurbelwelle eingreift. Während der Rotation der Kurbelwelle führt der Kulissenstein eine lineare Hin- und Herbewegung durch, d. h., es ist in nachteiliger Weise eine Umsetzung von einer Linearbewegung auf eine rotative Bewegung erforderlich.
Aus der DE 87 00 414 U1 ist ein Motor bekannt, bei dem anstatt einer herkömmlichen Pleuelkurbelübertragung oder einer Schubkurbelübertragung zwischen Kolben und Kurbelwelle, eine Schubstangenübertragung vorgesehen ist. Eine solche Schubstangenübertragung erfordert jedoch Schubstangen sowie Parallelführungen. Gegenüber einem pleuellosen Motor, der weder Schubstangen noch Parallelführungen dafür aufweist, ist somit ein wesentlich höherer Aufwand vorhanden. Weiterhin kennt man aus der US 5 503 038 eine Vorrichtung, mittels dar eine Drehbewegung in hin- und hergehende Bewegungen umgesetzt werden kann. Hierbei sind eine Kurbelwelle sowie Mehrfachexzenter zur Übertragung auf Kolben über Kolbenstangen oder Pleuel vorgesehen. Außerdem sind auch hier Parallelführungen für die Kolbenstangen erforderlich. Die vorgesehene Kinematik eignet sich auch nicht oder nicht gut zur umgekehrten Kraftübertragung und zur Verwendung als Motor.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer pleuellosen Verbrennungskraftmaschine der eingangs erwähnten Art eine Kraftübertragung mit verminderten Verlusten und reduziertem Verschleiß zu schaffen. - Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß innerhalb des Doppelkolbens ein Drehelement drehbar gelagert ist, dessen Drehachse parallel zu der der Kurbelwelle verläuft und daß das Drehelement eine exzentrisch zur Mittelquerachse des Doppelkolbens angeordnete Lageröffnung für den Kurbelabschnitt der Kurbelwelle aufweist. Durch das innerhalb des Kolbens drehbar gelagerte Drehelement erfolgt die Kraftübertragung vom Kolben auf die Kurbelwelle ausschließlich rotativ. Dadurch läßt sich ein verbesserter Wirkungsgrad erzielen. Diese Übertragungsmechanik erfordert weder Parallelführungen noch Schubstangen, so daß insgesamt nur ein sehr geringer Aufwand und eine geringe Anzahl bewegter Teile vorhanden ist.
Zweckmäßigerweise ist das Drehelement als Scheibe ausgebildet und in einer Längsmittelebene des Doppelkolbens drehbar gelagert. Die bei der Kraftübertragung auftretenden Kräfte werden bei einem scheibenförmigen Drehelement besonders gut verteilt, so daß ein entsprechend geringer Verschleiß auftritt.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung trägt der Kurbelabschnitt ein drehfest damit verbundenes Zahnrad, das mit einem innerhalb des Doppelkolbens drehfest angeordnetem Hohlrad kämmt. Über eine solche Übertragungsmechanik ist eine Kraftübertragung von der Kurbelwelle auf den Doppelkolben möglich. Damit kann bei einem Startvorgang, bei dem die Kurbelwelle angetrieben wird, der Kolben in Bewegung gesetzt werden. Nach dem Startvorgang und der dann vorhandenen, umgekehrten Kraftübertragungsrichtung vom Doppelkolben auf die Kurbelwelle, ist diese Zahnradübertragung ohne Funktion. Eine bevorzugte Anwendung der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine sieht vor, daß sie als Antrieb Teil einer Tragkraftspritze für Feuerlöschzwecke ist. Gerade bei dieser Anwendung wirkt sich das geringe Gewicht und das kleine Bauvolumen der pleuellosen Verbrennungskraftmaschine besonders vorteilhaft aus und die vorgesehene, interne Antriebsübertragung trägt mit zu einer hohen Zuverlässigkeit und Langlebigkeit des Antriebes bei, wie sie gerade bei solchen Anwendungen gefordert ist.
Bei einer mehrzylindrigen, pleuellosen Verbrennungskraftmaschine kann wenigstens ein Zylinderteil ein Kompressor bzw. eine Pumpe sein. Dadurch läßt sich eine kompakte Motor-Pumpen-Einheit bilden, wobei für die Kraftübertragung von der Kurbelwelle auf den Doppelkolben der Pumpe, die Zahnradverbindung zwischen dem mit dem Kurbelabschnitt drehfest verbundenen Zahnrad und dem mit dem Doppelkolben drehfest verbundenen Hohlrad vorgesehen ist. - Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt. Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.
- Es zeigt:
- Fig. 1
- eine Seitenansicht einer einen Doppelkolben aufweisenden Verbrennungskraftmaschine,
- Fig. 2
- einen Querschnitt durch einen Doppelkolben im Bereich seiner Mittelebene, mit Kurbelwelle und Übertragungsmechanismus und
- Fig. 3
- eine perspektivische Ansicht eines Doppelkolbens mit Kurbelwelle und Übertragungsmechanismus.
- Eine in Fig. 1 gezeigte, pleuellose Doppelkolben-Verbrennungskraftmaschine 1 weist einen in einem Zylinder 2 laufenden Doppelkolben 3 auf, dessen äußere Stirnseiten jeweils Brennräumen 4 und 5 zugewandt sind.
Der Doppelkolben 3 bewegt sich gemäß dem Doppelpfeil Pf1 hin und her und befindet sich in der in Fig. 1 gezeigten Darstellung in seiner linken Totpunktlage.
Innerhalb des Doppelkolbens ist ein vorzugsweise als Scheibe ausgebildetes Drehelement 6 drehbar gelagert, dessen Drehachse 7 parallel zu der Drehaschse der Kurbelwelle 8 verläuft (vgl. Fig. 2). Die Kurbelwelle greift mit einem abgekröpften Kurbelabschnitt 9 in eine exzentrisch zur Mittelquerachse des Doppelkolbens bzw. zur Drehachse 7 angeordnete Gleitlageröffnung 10 des Drehelementes 6.
Während der Hubbewegung des Doppelkolbens 3 läuft das Drehelement 6 um und überträgt die Kolbenbewegung rotativ auf die Kurbelwelle 8. Bei dieser Kraftübertragung zwischen Kolben und Kurbelwelle treten ausschließlich rotative, gleichförmige Bewegungen auf, die bezüglich des Verschleißes und auch des Wirkungsgrades günstiger sind als ungleichförmige Hin- und Herbewegungen. - Um bei einem Startvorgang den Doppelkolben über die Kurbelwelle antreiben zu können, weist der Kurbelabschnitt 9 ein drehfest damit verbundenes Zahnrad 11 auf, das mit einem innerhalb des Doppelkolbens 3 drehfest angeordneten Hohlrad 12 kämmt.
- In Fig. 2 und insbesondere auch in Fig. 3 ist die Anordnung des scheibenförmigen Drehelementes 6 und des parallel daneben angeordneten Hohlrades 12 gut erkennbar. In der in Fig. 3 gezeigten Darstellung befindet sich der Doppelkolben in seiner rechten Totpunktstellung. Deutlich ist der in dieser Stellung zum linken Kolbenteil hin abgekröpfte Kurbelabschnitt 9 erkennbar, der das Zahnrad 11 trägt. Erwähnt sei noch, daß das Hohlrad 12 und das Zahnrad 11 nur dann erforderlich sind, wenn eine Kraftübertragung von der Kurbelwelle auf den Kolben vorgesehen ist. Dies ist wie bereits vorerwähnt, dann der Fall, wenn während des Startvorganges die Kurbelwelle mittels Anlasser durchgedreht wird. Es besteht andererseits aber auch die Möglichkeit, andere Anlaßverfahren vorzusehen, beispielsweise mittels Druckluft, so daß in diesem Falle die Verzahnung bzw. die Zahnräder 11 und 12 nicht erforderlich sind. Auch bei Einsatz als Pumpe oder Kompressor sind die Antriebsübertragungselemente 11 und 12 erforderlich. Beispielsweise könnte bei einer Mehrzylinderanordnung einer oder mehrere der Zylinder Teil eines Kompressors bzw. einer Pumpe sein, wobei die Pumpe und der Antriebsmotor eine gemeinsame Kurbelwelle aufweisen. Solche Anordnungen eignen sich besonders gut für mobile Geräte, beispielsweise auch für Tragkraftspritzen der Feuerwehr.
Erwähnt sei noch, daß die Kurbelwelle besonders einfach mit dem Doppelkolben bzw. dem darin drehbar geführten Drehelement 6 verbindbar ist, wobei die sich an den Kurbelabschnitt 9 anschließenden Abkröpfungen 13 so dimensioniert sind, daß sich der Kolben auf die Kurbelwelle auffädeln läßt. Somit ist die Montage besonders einfach durchführbar und es sind keine weiteren Verbindungs- oder Befestigungselemente im Übergangsbereich zwischen Kurbelabschnitt 9 und Drehelement 6 erforderlich.
Bei einer Mehrzylinderanordnung, bei der wenigstens ein Zylinder Teil eines Kompressors oder einer Pumpe ist, kann das Zahnrad 11 auch axial verschiebbar auf dem Kurbelabschnitt 9 gelagert sein und mit einer Aus- und Einrückvorrichtung verbunden sein. Es besteht damit die Möglichkeit, die Pumpe oder den Kompressor bedarfsweise mitlaufen zu lassen oder abzuschalten. Zweckmäßig ist es dabei, wenn zwischen dem mit dem Kurbelabschnitt drehfest verbundenen Zahnrad und dem Hohlrad eine Synchronisiereinrichtung vorgesehen ist, um ein weiches Einkuppeln zu ermöglichen.
In Fig. 1 sind noch Einlaßventile 14 und Auslaßventile 15 angedeutet, die in üblicher Weise über Nockenwellen betätigt werden können. Es besteht hierbei die Möglichkeit, daß benachbart zu den Nocken der Nockenwellen insbesondere zylindrische Nockenwellenabschnitte zum Halten der Ventile in einer Offenstellung vorgesehen sind, wobei die Nockenwellen axial verschiebbar sind. Dadurch besteht die Möglichkeit, einen oder mehrere Zylinder auszuschalten und nur bedarfsweise zu aktivieren.
Claims (9)
- Pleuellose Doppelkolben-Verbrennungskraftmaschine, mit einer Kurbelwelle, die mit einem abgekröpften Kurbelabschnitt am Doppelkolben angreift, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Doppelkolbens (3) ein Drehelement (6) drehbar gelagert ist, dessen Drehachse (7) parallel zu der der Kurbelwelle (8) verläuft und daß das Drehelement (6) eine exzentrisch zur Mittelquerachse des Doppelkolbens (3) angeordneten Lageröffnung (10) für den Kurbelabschnitt (9) der Kurbelwelle (8) aufweist.
- Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehelement (6) als Scheibe ausgebildet ist und etwa in einer Längsmittelebene des Doppelkolbens (3) drehbar gelagert ist.
- Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurbelabschnitt (9) ein drehfest damit verbundenes Zahnrad (11) trägt, das mit einem innerhalb des Doppelkolbens (3) drehfest angeordneten Hohlrad (12) kämmt.
- Verbrennungskraftmaschine in Mehrzylinderanordnung und mit einer Nockenwellen-Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich benachbart zu den Nocken der Nockenwelle insbesondere zylindrische Nockenwellen-Abschnitte zum Halten der Ventile (14,15) vorzugsweise in einer Offenstellung befinden und daß die Nockenwelle axial verschiebbar ist.
- Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den oder die Kurbelabschnitte (9) der Kurbelwelle (8) Abkröpfungen (13) mit gegenüber den bei den Kurbelabschnitten (9) befindlichen Kolbenlagerungen reduziertem Querschnitt anschließen, und daß dieser Querschnitt zum Auffädeln der Doppelkolben (3) bemessen sind.
- Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Antrieb Teil einer Tragkraftspritze ist.
- Verbrennungskraftmaschine in Mehrzylinderanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Zylinder Teil eines Kompressors ist.
- Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Mehrzylinderanordnung, bei der wenigstens ein Zylinder (2) Teil eines Kompressors oder einer Pumpe ist, der Kompressor-beziehungsweise Pumpenteil auskuppelbar ist und daß dazu vorzugsweise das mit dem Kurbelabschnitt (9) drehfest verbundene Zahnrad (11) sowie das innerhalb des Doppelkolbens (3) drehfest angeordnete Hohlrad (12) außer Eingriff bringbar sind.
- Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem mit dem Kurbelabschnitt (9) drehfest verbundenen Zahnrad (11) und dem Hohlrad (12) eine Synchronisiereinrichtung vorgesehen ist.
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Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE |
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AX | Request for extension of the european patent |
Free format text: AL;LT;LV;RO;SI |
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AKX | Designation fees paid | ||
RBV | Designated contracting states (corrected) | ||
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN |
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18D | Application deemed to be withdrawn |
Effective date: 19980919 |