EP0829618A1

EP0829618A1 - Internal combustion interne

Info

Publication number: EP0829618A1
Application number: EP97115661A
Authority: EP
Inventors: Andreas Vigh
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-09-12
Filing date: 1997-09-10
Publication date: 1998-03-18
Also published as: DE19637091C2; DE19637091A1

Abstract

Within the double piston (3), a rotary component (6) is rotatably located, the rotary axis (7) of which is parallel to that of the crankshaft (8). The rotary component has a bearing opening (10) arranged eccentrically to the middle cross axis for the crank section (9) of the crankshaft (8). The rotary component (6) is formed as a disc and is rotatably located in a longitudinal central plane of the double piston (3). The crank section (9) has a gearwheel (11) non-rotatably connected to it, which meshes with a non-rotatably arranged hollow wheel (12) within the double piston (3).

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.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.
Such 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. During the rotation of the crankshaft, 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.
From DE 87 00 414 U1, an engine is known in which a push rod transmission is provided instead of a conventional connecting rod crank transmission or a push crank transmission between the piston and the crankshaft. However, such a push rod transmission requires push rods and parallel guides. Compared to a connecting rodless motor, which has neither connecting rods nor parallel guides for it, there is a considerably higher effort. Also known from US Pat. No. 5,503,038 is a device by means of which a rotary movement is converted into reciprocating movements can be. A crankshaft and multiple eccentrics are provided for transmission to pistons via piston rods or connecting rods. In addition, parallel guides for the piston rods are also required here. 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.

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.To solve this problem, it is proposed that 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 forces occurring during the power transmission are distributed particularly well in the case of a disk-shaped rotating element, so that a correspondingly low level of wear occurs.
According to a development of the invention, 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. In this way, 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. Especially in this application, 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.
In a multi-cylinder, non-connecting rod internal combustion engine, 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.

Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt. Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.Additional embodiments of the invention are listed in the further subclaims. The invention with its essential details is explained in more detail below with reference to the drawings.

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.

It shows:

Fig. 1: 2 shows a side view of an internal combustion engine having a double piston,
Fig. 2: a cross section through a double piston in the region of its central plane, with crankshaft and transmission mechanism and
Fig. 3: a perspective view of a double piston with crankshaft and transmission mechanism.

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.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.
During the stroke movement of the double piston 3, the rotary element 6 rotates and transmits the piston movement to the crankshaft 8 in a rotary manner. With this power transmission between the piston and the crankshaft, only rotary, uniform movements occur, which are more favorable in terms of wear and efficiency than non-uniform outward movements. and floats.

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 order to be able to drive the double piston via the crankshaft during a starting process, 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.

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.2 and in particular also in FIG. 3, the arrangement of the disk-shaped rotary element 6 and the ring gear 12 arranged parallel next to it can be clearly seen. In the illustration shown in Fig. 3, the double piston is in its right dead center position. The crank section 9, which is cranked towards the left piston part in this position and carries the gearwheel 11, can be clearly seen. It should also be mentioned that the ring gear 12 and the gear 11 are only required if a power transmission from the crankshaft to the piston is provided. As already mentioned, this is the case if the crankshaft is turned by means of a starter during the starting process. It exists on the other hand, there is also the possibility of providing other starting methods, for example by means of compressed air, so that in this case the teeth or the gears 11 and 12 are not required. The drive transmission elements 11 and 12 are also required when used as a pump or compressor. For example, in a multi-cylinder arrangement, 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.
It should also be mentioned that 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.
In a multi-cylinder arrangement in which at least one cylinder is part of a compressor or a pump, 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.
In Fig. 1, intake valves 14 and exhaust valves 15 are also indicated, which can be actuated in the usual way via camshafts. There is the possibility here that in particular cylindrical camshaft sections are provided adjacent to the cams of the camshafts for holding the valves in an open position, the camshafts being axially displaceable. This makes it possible to switch off one or more cylinders and only activate them if necessary.

Claims

Connecting rodless double-piston internal combustion engine, with a crankshaft that engages the crankshaft with a cranked crank section, characterized in that a rotary element (6) is rotatably mounted within the double piston (3), the axis of rotation (7) of which is parallel to that of the crankshaft (8) runs and that the rotary element (6) has an eccentrically to the central transverse axis of the double piston (3) arranged bearing opening (10) for the crank portion (9) of the crankshaft (8).

Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the rotary element (6) is designed as a disc and is rotatably mounted approximately in a longitudinal center plane of the double piston (3).

Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the crank section (9) carries a gear (11) which is connected to it in a rotationally fixed manner and which meshes with a ring gear (12) arranged in a rotationally fixed manner within the double piston (3).

Internal combustion engine in a multi-cylinder arrangement and with a camshaft valve control according to one of claims 1 to 3, characterized in that adjacent to the cams of the camshaft, in particular cylindrical camshaft sections for holding the valves (14, 15) are preferably in an open position and that Camshaft is axially displaceable.

Internal combustion engine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the crank section (s) (9) of the crankshaft (8) is followed by angled portions (13) with a reduced cross section compared to the piston bearings located in the crank sections (9), and in that this cross section are dimensioned for threading the double pistons (3).

Internal combustion engine according to one of claims 1 to 5, characterized in that it is part of a portable pump as a drive.

Internal combustion engine in a multi-cylinder arrangement according to claim 6, characterized in that at least one cylinder is part of a compressor.

Internal combustion engine according to one of claims 1 to 7, characterized in that in the case of a multi-cylinder arrangement in which at least one cylinder (2) is part of a compressor or a pump, the compressor or pump part can be disengaged and for this purpose that preferably with the crank section (9 ) non-rotatably connected gear (11) and the ring gear (12), which is non-rotatably arranged within the double piston (3), can be disengaged.

Internal combustion engine according to one of claims 1 to 8, characterized in that a synchronizing device is provided between the gearwheel (11) connected in a rotationally fixed manner to the crank section (9) and the ring gear (12).