EP1144806B1 - Oscillating piston engine - Google Patents
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- EP1144806B1 EP1144806B1 EP00901093A EP00901093A EP1144806B1 EP 1144806 B1 EP1144806 B1 EP 1144806B1 EP 00901093 A EP00901093 A EP 00901093A EP 00901093 A EP00901093 A EP 00901093A EP 1144806 B1 EP1144806 B1 EP 1144806B1
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- EP
- European Patent Office
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- pistons
- oscillating
- piston engine
- housing
- piston
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
- F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
- F01C1/30—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
- F01C1/40—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and having a hinged member
- F01C1/44—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and having a hinged member with vanes hinged to the inner member
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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
- F02B53/00—Internal-combustion aspects of rotary-piston or oscillating-piston engines
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T74/00—Machine element or mechanism
- Y10T74/18—Mechanical movements
- Y10T74/18048—Rotary to reciprocating and intermittent rotary
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- Y10T74/18—Mechanical movements
- Y10T74/18056—Rotary to or from reciprocating or oscillating
- Y10T74/18272—Planetary gearing and slide
Definitions
- the invention relates to a swing piston machine, with a Housing in which several pistons designed as two-armed levers by one parallel to a central housing axis Swivel axis arranged pivotably and together in one Circulation direction are movable, with the pistons on their one Have side treads facing away from the inner wall of the housing when rotating the pistons in the housing along at least one Control curve of a central curve piece fixed to the housing are to the pivotal movements of the pistons when rotating control, the curve piece being designed as a control curve Has outer contour, along which the running surfaces of the pistons are supported towards the housing axis.
- Such a swing piston machine is from WO 98/13583 known, the disclosure of which is hereby expressly included in the present Registration is involved.
- Swing piston machines belong to a genus of internal combustion engines, in which the individual work cycles of admission, Compressing, igniting (expanding) and expelling the combustion mixture by rocker-like swivel movements of the individual pistons between two end positions.
- the known oscillating piston machine has a center in the housing a curve piece fixed to the housing, one as a control curve has trained outer contour.
- the pistons point to hers facing away from the inner wall of the housing, i.e. the central curve piece facing sides on treads when rotating the pistons in the housing along the outer contour of the curve piece below constant contact with the same.
- the Swiveling movements of the pistons are thereby rotating Piston in the housing by guiding the tread of the Interaction of pistons along the outer contour of the curve piece controlled by a rolling engagement of adjacent pistons.
- DE-OS-15 51 101 is a centrifugal piston internal combustion engine known, the six spaced pistons of approximately triangular shape that so on a circular drive wheel are pivotally mounted that they when circulating in the housing of the engine by the occurring Centrifugal forces are pressed against the inner wall of the housing.
- the control of the pivoting movement of the individual pistons is thereby due to a special trochoidal design of the inner wall of the housing causes.
- In the housing are also two fixed Guide cams with an outer contour arranged at low Engine speeds at which the centrifugal forces are low are to ensure that the pistons against the inner wall of the housing to be pressed to the functionality of the engine maintain at low speeds.
- This Centrifugal piston engine is, however, already required because of the special non-circular contouring of the housing inner wall disadvantageous.
- an internal combustion engine is also with revolving piston, forming a closed chain.
- the pistons form together with the non-round, approximately oval cylinder jacket closed rotating working chambers variable Volume.
- the polygon formed by the pistons is a pentagon or polygon, with a regular pentagon being the most advantageous is seen.
- two secondary rotors are provided, consisting of five segments exist, these segments articulated by means of bolts are. Rollers are mounted on the bolts, which over the Control the movement of the rotors while rolling, and by means of further bolts also the movement of the pistons.
- This configuration a swing piston machine is comparatively complex. Further disadvantages of this configuration are the non-circular configuration the housing inner wall and the articulated connection of the segments forming the two secondary rotors for controlling the Swiveling movement of the pistons.
- the invention is therefore based on the object of a swing piston machine of the type mentioned at the outset, that the disadvantages mentioned above are avoided.
- the swing piston machine is said to have wear properties and functional reliability further improved become.
- this object is achieved with a swing piston machine of the type mentioned in that the Curve section another control curve designed as an inner contour has, along which the piston over the treads are guided supported on the centrifugal force.
- the swing piston machine according to the invention therefore continues assume that the pivoting movements of the individual pistons controlled when circulating through a central curve piece fixed to the housing be what is in the known swing piston machine compared to the known centrifugal piston internal combustion engine has proven to be advantageous.
- the oscillating piston machine is in the form of an inner contour trained control curve, along which the running surfaces of the pistons are taken a measure to the centrifugal forces the piston halves or lever arms of the pistons.
- Pistons advantageously both along an "outer guide” the known outer contour and an additional one “Inner guidance” along the inner contour of the curve section.
- a such a combination of internal and external guidance enables one Kinematically exact and at the same time dynamically favorable control the pivoting movements of the pistons when rotating in the housing, the significant advantage being achieved that the the outer contour guided treads in the 9 o'clock position and 3 o'clock in contrast to the well-known swing piston machine are relieved of pressure.
- Another advantage of the combination of Inner and outer guidance is that in a rolling engagement each adjacent piston this essentially none Control function more, but that the rolling engagement only has the function of a seal. This opens up the possibility of the rolling engagement instead of in the form of a toothing to design in the form of a smooth rolling surface, or even to forego a rolling engagement, as in one preferred embodiment is provided.
- the outer contour runs and the inner contour parallel to each other.
- the inner contour and the outer contour curves that are essentially complementary to one another on. Each piston is therefore both centrifugal and centripetal as if guided on a rail.
- the curve parallel to the outer contour Execution of the inner contour has the advantage that it is possible with simple means known from WO 98/13583 and proven swing piston machine according to the present Modify registration. For example, the Piston geometry and the geometry of the outer contour of the curve piece are taken over essentially unchanged, whereby then only on the curve piece an inner guide surface for the Piston must be provided.
- the inner contour is trained continuously in the circumferential direction.
- each piston has a full cycle centrifugal force side, i.e. is supported centrifugally so that centrifugal forces are absorbed in every rotary position and this reduces pressure loads in every rotational position.
- the inner contour in the circumferential direction only over one or more peripheral sections extends.
- the inner contour at least in the area of top dead center and the bottom dead center extends, for example from 10 a.m. to 2 a.m. And from 4 a.m. to 8 a.m.
- the curve piece has the outer contour and the at least one inner contour in one-piece training.
- the curve piece can be made in one piece are manufactured, whereby the manufacturing effort and reduced the number of parts entering the design can be.
- the inner contour provided according to the invention be molded during the manufacture of the curve piece. Another advantage of a one-piece design of Outer contour and inner contour is that a fixed Orientation of the two during operation of the swing piston machine is guaranteed in the long run.
- the curve piece is formed in several parts, at least a first Part of the control curve designed as an outer contour and at least a second part the at least one designed as an inner contour Control curve and the parts firmly together are connected.
- the inner contour can be on one Ring flange be formed, which on the rest of the curve piece, that has the outer contour after inserting the pistons is flanged.
- the inner contour is on the inside of pocket-like flanges of the curve piece educated.
- the Flange or the flanges can be integral with the rest, the part of the curve piece having the outer contour be, or as separate ring flanges, which then with the rest Part of the curve piece, which has the outer contour, positively connected, for example mortised.
- the pocket-like Flanges form an approximately inverted L-shaped Overlap of those treads that are used for guidance on the inner contour are provided.
- the curve piece has axially in the area of both axial ends of the pistons limits the inner contour.
- each piston is accordingly with its guided on both sides of the centrifugal force.
- the axially central Area of each piston if this is provided, have the treads that radially on the outer contour supported inside.
- each piston has at least two treads, of which at least one is guided on the inner contour, while the at least one more Tread is guided on the outer contour.
- This configuration advantageously opens up the possibility of to realize the treads by rollers, whereby then the at least one roller guided along the inner contour roll freely on this and the at least one on the outer contour Unroll the guided roller on this as well can.
- the treads are Surfaces of rollers rotatably attached to the pistons.
- Rollers have the advantage that they are much smaller Friction along the inner contour or along the outer contour of the curve piece can be performed.
- the requirements on the lubrication of the treads can differ to piston-resistant sliding shoes can be significantly reduced.
- the pistons are each in pairs with each other.
- the pistons are each in pairs over a toothless curved rolling surface with each other.
- the forces in the area of Rolling engagement of adjacent pistons by the invention Guiding the pistons along the inner contour and even more the additional guidance of the pistons along the outer contour reduced, so that the rolling engagement is mainly still a sealing Function. Accordingly, the rolling engagement can also through a manufacturing technology easier than a toothing smooth rolling surface to be produced are shown.
- the pistons are seen in the circumferential direction spaced in pairs by a separating element are, the separators together with the pistons circulate in the housing.
- This configuration is particularly advantageous possible because the pivoting movement of the individual pistons both via the inner outer guide as well as on the outer inner guide of the curve section is completed.
- the individual pistons are then complete due to the no longer existing rolling engagement independently of each other, with the advantage that on the system between piston and separating element in a structurally simple Ways conventional seals can be used.
- each separating element has two Has sliding surfaces on which piston fist surfaces of the two respective corresponding to the respective separating element Slide the piston back and forth as it swivels.
- the separating elements are therefore preferred in terms of Swiveling movement of the pistons stationary, and only run with it the piston in the housing in the circumferential direction.
- the dividers can move with the pistons between two Annular bodies at the respective end of the swing piston machine be firmly clamped.
- piston fist surfaces the piston and the sliding surfaces of the separating elements are complementary curved are trained to each other.
- the piston fist surfaces of the pistons can be convex, for example and the sliding surfaces of the separating elements are concave, or the other way around.
- Such a curved shape of the sliding Piston fist surfaces and sliding surfaces are optimal to the reciprocating pivoting movement of the individual pistons customized.
- the complementary shape of the piston fist surfaces and the sliding surfaces continue to allow over the entire Swing stroke of the pistons for an optimal sealing of the working chambers against the oil space of the oscillating piston machine if the Separating elements in the axial direction over the length of the interior extend the housing of the oscillating piston machine.
- each sliding surface Separating elements to arrange at least one seal.
- Such seals can be provided in the form of sealing lips be located in the same place where the corresponding Sealing lips in the end ring surfaces of the piston cage the longitudinal center axis of the oscillating piston machine on next are arranged.
- seals in the separators are however not mandatory, the seals can also be used instead of in the separators in the piston fist faces of the pistons his.
- each sliding surface the separating elements a fire seal closer to the inner wall of the housing and an oil seal closer to the cam piece.
- the fire seal seals the work chambers in which the combustion process takes place, gas-tight, while the central Oil chamber arranged in the oscillating piston machine via the oil seal is additionally sealed against the working chambers.
- the oscillating piston machine has several chambers in the axial direction, whereby a set of pistons is arranged in each chamber, and the Sets of pistons offset from chamber to chamber in the direction of rotation are arranged to each other.
- the smooth running of the oscillating piston machine can advantageously increases and the load on the curve piece caused by all chambers are made in one piece or in several parts can be reduced even further.
- FIG. 1 to 3 is one with the general reference number 10 provided swing piston machine shown.
- the swing piston machine 10 is used, for example, in a motor vehicle used as an internal combustion engine.
- the oscillating piston machine 10 has a housing 12 around its circumference on, which seals the oscillating piston machine 10 to the outside.
- the Housing 12 is substantially cylindrical, i.e. in cross section round, formed and extends over the axial length of the Swing piston machine 10.
- a housing inner wall 14 is in cross section axially continuous round.
- the housing 12 is also, as is apparent from Fig. 1, from individual Housing segments constructed, namely from cylindrical Housing segments 16 and 18 and housing front segments 20 and 22, each of which is suitably tightly connected to one another are mortised and / or screwed, for example. Due to the construction of the housing 12 in individual housing segments the assembly of the oscillating piston machine 10 is considerably simplified and enables one in the case of a multi-chamber system Modular construction.
- the swing piston machine 10 In the axial direction, the swing piston machine 10 is in two Chambers 24 and 26 divided.
- a set of pistons is arranged in each of the chambers 24 and 26, 2, which is a cross section through the chamber 24 which shows pistons 28a to 28d of chamber 24.
- both chambers 24 and 26 are thus arranged in each case four pistons 28a to 28d.
- the pistons are identical to those not shown Piston of the chamber 26 formed so that in the following only the chamber 24 with the pistons 28a to 28d arranged therein is described in more detail.
- the pistons of the chamber 26 are identical to the pistons 28a to 28d of chamber 24, the pistons of chamber 26 are, however, about the pistons 28a to 28d of the chamber 24 ⁇ m about 45 °, seen in the circumferential direction, arranged offset.
- the pistons 28a to 28d are each designed as two-armed levers, i.e. each of the pistons 28a to 28d has a first one Lever arm 30 and a second lever arm 32 with respect to one On pivot axis 34, which is exemplary for the piston 28a in Fig. 2 are designated. Each of the pistons 28a to 28d is thus assigned a pivot axis 34.
- the pivot axes 34 lie on a circle and are equidistant from each other.
- Each of the four pivot axes 34 extends in the axial direction parallel to a central housing axis 36.
- the pistons 28a to 28d are in each case about their respective pivot axis 34 two end positions can be swung back and forth, whereby in the first End position of the respective lever arm 30 with its outside the housing inner wall 14 and in the second end position accordingly the respective lever arm 32 with its outside the housing inner wall 14 abuts.
- each of the pistons 28a to 28d is one by one axially extending axle 38 is pivotally mounted itself is unmovable.
- Each axle 38 forms the respective one Pivot axis 34 of the individual pistons 28a to 28d.
- the pistons 28a to 28d are still in pairs with each other in rolling engagement.
- the pistons 28a to 28d in each case in the circumferential direction on both ends of teeth 40 which comb each other.
- the piston 28a stands, for example thus with both the piston 28b and the piston 28d in Rolling engagement.
- the rolling engagement formed by the toothing 40 is tight, so that between the housing inner wall 14th and the outer sides opposite the housing inner wall 14 the pistons 28a to 28d formed by the working chambers 42 Rolling engagement are hermetically sealed.
- the individual pistons 28a to 28d also have a convexly curved rolling surface 44 which is shown in Fig. 2 with broken lines, with each other are in rolling engagement, in which case adjacent ones of the rolling surfaces 44 sealing in each pivoting position of the pistons 28a to 28d lie against each other in order to achieve hermetic tightness to ensure the working chambers 42.
- the pistons 28a to 28d also run together in the housing 12 in a circumferential direction 46 around the central housing axis 36 around.
- the with rotating axis rods 38 are against the inner wall of the housing 14 sealed, using centrifugal seals 47, as described in detail in WO 98/13583, to which reference is made for a more detailed description.
- the corresponding one Section of the housing inner wall as well as two neighboring ones Lever arms 32 and 30 ' accordingly become one of the working chambers 42 formed in the embodiment shown with four pistons 28a to 28d accordingly four working chambers 42 in the direction of rotation 46, which are sealed against one another.
- the volume of the working chambers 42 changes as it rotates the piston 28a to 28d corresponding to the reciprocating Swiveling movements of the pistons 28a to 28d to the different Work cycles of suction, compression, ignition (Expanding) and ejecting.
- a cam piece 48 is arranged in the center of the housing 12, which extends through chamber 24 and chamber 26.
- the curve piece 48 is different from the pistons 28a to 28d trained fixed to the housing.
- the curve piece 48 has at least one designed as a control curve Inner contour 50 on (see. Fig. 3).
- the pistons 28a to 28d face the inner wall of the housing 14 facing away or facing the curve piece 48 Side treads 52 on when rotating the piston 28a to 28d in the housing 12 along the control cam Inner contour 50 are guided. This will make the pistons 28a to 28d along the curve piece 48 on the centrifugal force side supported supported.
- the inner contour 50 is on the curve piece 48 in the area of a Axial end of the pistons 28a to 28d arranged.
- a second with respect to the course of the curve with the inner contour 50 is identical and is designed as a control curve inner contour 52 on the curve piece 48 in the area of the opposite axial End of the pistons 28a to 28d arranged. Point at this end the pistons 28a to 28d each have a further running surface 54, that along the rotation of the respective piston 28a to 28d the inner contour 52 of the curve piece 48 is guided.
- the curve piece 48 has the inner contours 50 and 52 corresponding, also designed as control curves Inner contours 56 and 58, which serve to corresponding, treads not shown in the arranged in the chamber 26 Guide the piston supported on the centrifugal side.
- the curve piece 48 In the area between the inner contours 50 and 52 or between the inner contours 56 and 58, the curve piece 48 also has an outer contour designed as a control curve.
- the outer contour 62 extends axially into the area of the inner contours 50, 54, 58, 60 or ends axially in the middle between the inner contours 50 and 54 or 58 and 60.
- the pistons 28a to 28d each have at least one further one Running surface 64, which in the rotation of the pistons 28a to 28d in the housing 12 along the outer contour 62 of the curve piece 48 are guided, whereby the pistons 28a to 28d also radially are supported inwards towards the central housing axis 36.
- each piston 28a to 28d has three Treads 64, which are axially spaced from each other, and which together along the outer contour 62 of the curve piece 48 are led.
- the inner contours 50, 54, 58 and 60 of the curve piece 48 are each on the inside of a flange forming a pocket 66, 68, 70 and 72, respectively.
- the ring flanges 74 and 76 are still on their respective axial outside form-fitting with the housing end segment 22 or the housing end segment 20 connected to the housing so that the ring flanges 74 and 76 with the rest of the body of the curve piece 48 form a housing-fixed arrangement.
- the treads 64 which are guided along the outer contour 62 are, as well as the treads 52 and 56, which along the inner contours 50 and 54 are guided, are surfaces of rollers 78 rotatably mounted on the pistons 28a to 28d or 80.
- the rollers 78, each piston 28a to 28d two has, lie exclusively on the inner contour 50 or 54, while the rollers 80, each of which pistons 28a to 28d has three, only on the outer contour 62 issue.
- the running surfaces 64 stand when the pistons 28a to 28d rotate with constant contact with the outer contour 62.
- the treads 52 and 56 are below when the pistons 28a to 28d rotate constant contact with the inner contour 50 or 54.
- the rollers 78 and 80 are preferably on a common Bolt that passes axially through the rollers 78 and 80, stored.
- the running surfaces 54 and 52 of the rollers 78 are in constant contact with the inner contour 50 during of the pistons 28a to 28d revolving along the inner contour 50 guided, while the treads 64 of the rollers 80 while rotating the piston 28a to 28d in constant contact with the Outer contour 62 of the curve piece 48 guided along the same are.
- the inner contour 50 extends in Full circumferential direction on the curve piece 48.
- the curve piece 48 formed in several parts, whereby the assembly of the Swing piston machine 10, more precisely the insertion of the Pistons 28a to 28d and assembling with the curve piece 48 is facilitated.
- the swing piston machine 10 is in one Operating position shown, in which the piston 28a, more precisely said its lever arm leading in the direction of rotation 46 30 is located at top dead center (OT).
- leading piston 28a acts in this position when rotating, especially at high speeds, a maximum centrifugal force. This maximum centrifugal force is however over the tread 52 and 56, respectively, on the inner contour 50 of the curve piece 48 are guided, taken up by the inner contour 50.
- the curve piece 48 also has axially extending bores 82, 84 and 86 on that of the oil mist cooling or oil lubrication of the treads 50, 54 and 64 of the pistons 28a to 28d and the Lubricate the rollers 78, 80.
- the Swing piston machine 10 in the axial direction as a multi-chamber system configured, more precisely in the embodiment shown said as a two-chamber system.
- pistons arranged in the chamber 26, which in the drawing unspecified, indicate their leadership along the curve piece 48 the same design as pistons 28a to 28d of chamber 24.
- the pistons of the chamber 26 can also be pivoted on axle rods stored, of which in Fig. 1 two axle rods 88 and 90 opposite Pistons can be seen.
- the axle rods 88, 90 as well the other two, not visible in the drawing Axle bars are relative to the axle bars 38 on which the pistons 28a to 28d of the chamber 24 are pivoted about 45 ° staggered.
- the axle rods 38 of the chamber 24 and the axle rods 88, 90 and the other two axis rods of the chamber 26 form together with three ring bodies 92, 94 and 96 a rigid cylindrical piston cage, which together with the pistons 28a to 28d of the chamber 24 and the piston of the chamber 26 revolves together.
- the axle bars 38 of the chamber 24 are firmly connected to the ring bodies 92 and 94, while all axis rods 88, 90 of the chamber 26 with the Annular bodies 94 and 96 are firmly connected.
- the first ring body 92 is rotatable and tight on the ring flange 74 of the curve piece 48 stored.
- the third ring body is corresponding 96 rotatable and tight on the ring flange 76 of the curve piece 48 stored.
- the middle ring body 94 is rotatable on the outer sides the flanges 68 and 70 of the curve piece 48 are mounted.
- the third ring body 96 carries on its axially outer side a ring gear 98 which has an external toothing 100 which with a corresponding toothing of a change gear 102 meshes again with a corresponding toothing 104 of a ring gear 106 combs, the rotationally fixed with an output shaft 108 Swing piston machine 10 is connected.
- the rotation of the third Ring body 96 around the central housing axis 36 thus causes Rotary motion of the output shaft 108, which then turns into a drive train of the motor vehicle in which the oscillating piston machine 10 is installed, transmitted via a clutch disc 110 can be.
- the oscillating piston machine has for each chamber 24, 26 Spark plugs 112 and 114, as well as an inlet cross-section 116 and an outlet cross section for each chamber 24 and 26.
- the four separating elements 140 to 146 extend according to FIG. 4 over the axial length of the chamber 24 ', and corresponding separating elements extend between the pistons in chamber 26 ' also over the axial length of this chamber 26 '.
- the separating elements 140 to 146 are between the ring bodies 94 ' and 92 'or 96' and 94 'clamped and relative to them Ring bodies immobile.
- pistons 28a 'to 28d' through the separating elements 140 to 146 are spaced apart, the pistons 28a ' to 28d 'kinematically independent of each other. It means that the reciprocating swiveling movements of the individual pistons 28a 'to 28d' solely by guiding the pistons 28a 'to 28d' are conveyed along the curve piece 48 '.
- the separators 140 to 146 face the same as on the separator 140 is shown as an example, two sliding surfaces 148 and 150 on which piston fist faces 152 (pistons 28a ') and 154 (Piston 28b ') of the two corresponding ones on the separating element 140 adjacent pistons 28a 'and 28b' at their Slide the swivel motion back and forth.
- the separating element 140 is enlarged in sections Scale shown.
- seals are embedded in the separating element 140, specifically Fire seals 156 and 158, which are closer to the housing inner wall 14 ' are arranged horizontally, and two oil seals 160 and 162, which are arranged closer to the curve piece 48 '.
- the fire seals 156 and 158 seal the working chambers 42 ' gas-tight to the longitudinal center axis of the oscillating piston machine 10 ' off while the oil seals 160 and 162 for sealing of the housing-centered oil chamber against the working chambers 42 '.
- the seals 156 to 162 also extend over the full axial length of separators 140 to 146.
- the sliding surfaces are 148 and 150 of the separating elements 140 to 146 are concavely curved formed, while the piston fist faces 152 and 154 of the Pistons 28a 'to 28d' complementarily curved and convex are. This causes the piston fist faces 152 and 154, respectively the piston 28a 'to 28d' in their reciprocating Swivel movement always at a minimum distance on the sliding surfaces 148 or 150 of the separating elements 140 to 146 passed.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Schwenkkolbenmaschine, mit einem Gehäuse, in dem mehrere als zweiarmige Hebel ausgebildete Kolben um jeweils eine zu einer mittigen Gehäuseachse parallele Schwenkachse verschwenkbar angeordnet und gemeinsam in einer Umlaufrichtung beweglich sind, wobei die Kolben auf ihrer einer Gehäuseinnenwand abgewandten Seite Laufflächen aufweisen, die beim Umlaufen der Kolben in dem Gehäuse entlang zumindest einer Steuerkurve eines mittigen gehäusefesten Kurvenstückes geführt sind, um die Schwenkbewegungen der Kolben beim Umlaufen zu steuern, wobei das Kurvenstück eine als Steuerkurve ausgebildete Außenkontur aufweist, entlang der die Laufflächen der Kolben zur Gehäuseachse hin abgestützt geführt sind. The invention relates to a swing piston machine, with a Housing in which several pistons designed as two-armed levers by one parallel to a central housing axis Swivel axis arranged pivotably and together in one Circulation direction are movable, with the pistons on their one Have side treads facing away from the inner wall of the housing when rotating the pistons in the housing along at least one Control curve of a central curve piece fixed to the housing are to the pivotal movements of the pistons when rotating control, the curve piece being designed as a control curve Has outer contour, along which the running surfaces of the pistons are supported towards the housing axis.
Eine derartige Schwenkkolbenmaschine ist aus der WO 98/13583 bekannt, deren Offenbarung hiermit ausdrücklich in die vorliegende Anmeldung einbezogen wird.Such a swing piston machine is from WO 98/13583 known, the disclosure of which is hereby expressly included in the present Registration is involved.
Schwenkkolbenmaschinen gehören zu einer Gattung von Brennkraftmaschinen, bei denen die einzelnen Arbeitstakte des Einlassens, Verdichtens, Zündens (Expandierens) und Ausstoßens des Verbrennungsgemisches durch wippenartige Schwenkbewegungen der einzelnen Kolben zwischen zwei Endstellungen vermittelt werden.Swing piston machines belong to a genus of internal combustion engines, in which the individual work cycles of admission, Compressing, igniting (expanding) and expelling the combustion mixture by rocker-like swivel movements of the individual pistons between two end positions.
Die bekannte Schwenkkolbenmaschine weist mittig in dem Gehäuse ein gehäusefestes Kurvenstück auf, das eine als Steuerkurve ausgebildete Außenkontur aufweist. Die Kolben weisen auf ihrer der Gehäuseinnenwand abgewandten, d.h. dem mittigen Kurvenstück zugewandten Seiten Laufflächen auf, die beim Umlaufen der Kolben in dem Gehäuse entlang der Außenkontur des Kurvenstücks unter ständiger Berührung mit derselben geführt sind. Die Schwenkbewegungen der Kolben werden dabei beim umlaufen der Kolben in dem Gehäuse durch die Führung der Laufflächen der Kolben entlang der Außenkontur des Kurvenstückes in Zusammenwirken mit einem Wälzeingriff jeweils benachbarter Kolben gesteuert.The known oscillating piston machine has a center in the housing a curve piece fixed to the housing, one as a control curve has trained outer contour. The pistons point to hers facing away from the inner wall of the housing, i.e. the central curve piece facing sides on treads when rotating the pistons in the housing along the outer contour of the curve piece below constant contact with the same. The Swiveling movements of the pistons are thereby rotating Piston in the housing by guiding the tread of the Interaction of pistons along the outer contour of the curve piece controlled by a rolling engagement of adjacent pistons.
Obwohl sich die bekannte Schwenkkolbenmaschine hinsichtlich ihrer Laufeigenschaften als besonders günstig erwiesen hat, ist sie hinsichtlich ihrer Verschleißfestigkeit und Funktionssicherheit, insbesondere im Langzeit- und Hochleistungsbetrieb, noch verbesserungsfähig.Although the known swing piston machine in terms of Has proven to be particularly favorable running properties you with regard to their wear resistance and functional reliability, especially in long-term and high-performance operation, still room for improvement.
Berechnungen zur Kinematik der bekannten Schwenkkolbenmaschine haben nämlich ergeben, daß die Fliehkräfte der Schwenkkolben über einen vollen Umlauf gesehen in Abhängigkeit von der momentanen Drehstellung unterschiedliche Werte zwischen einem Minimum und einem Maximum annehmen, was durch die asymmetrische Massenlage der Schwenkkolben in Bezug auf die Mitte der Schwenkachsen der einzelnen Kolben zu erklären ist. Die Differenz zwischen dem Fliehkraftminimum und dem Fliehkraftmaximum kann bei hohen Drehzahlen im Bereich von mehr als 1000 N liegen.Calculations on the kinematics of the well-known swing piston machine have namely shown that the centrifugal forces of the pivoting piston seen over a full cycle depending on the current one Different positions between a minimum and assume a maximum of what is due to the asymmetrical Mass position of the swivel pistons in relation to the center of the swivel axes of the individual pistons is to be explained. The difference between the centrifugal force minimum and the centrifugal force maximum at high speeds in the range of more than 1000 N.
Die maximale Fliehkraft tritt bei jedem Kolben dann auf, wenn er sich in der sogenannten Oberen-Totpunkt (OT)-Stellung (12 Uhr-Stellung) bzw. in der Unteren-Totpunkt (UT)-Stellung (6 Uhr-Stellung) befindet. Diese maximale auf den vorlaufenden Hebelarm des sich in der OT-Stellung befindenden Kolbens wirkende Fliehkraft, die diesen Hebelarm nach außen in Richtung auf die Gehäuseinnenwand hin drückt, bewirkt eine gleich große, auf das Kurvenstück hin gerichtete auf den nachlaufenden Hebelarm desselben Kolbens wirkende Kraft. Da dieser nachlaufende Hebelarm mit dem vorlaufenden Hebelarm des nächsten nachlaufenden Kolbens in Wälzeingriff steht, drückt der nachlaufende Hebelarm des vorlaufenden Kolbens den vorlaufenden Hebelarm und damit die an diesem angeordnete Lauffläche des nachlaufenden Kolbens mit erhöhter Kraft gegen das Kurvenstück. Denn auf den vorlaufenden Hebelarm des nachlaufenden Kolbens, der sich dabei gerade in der eingezogenen 9 Uhr-Stellung bzw. 3 Uhr-Stellung befindet, wirkt gerade nur ein Fliehkraftminimum, so daß diese minimale Fliehkraft die durch die Fliehkraft in der OT-Stellung verursachte Druckkraft nicht kompensiert. Die Folge ist, daß die Lauffläche des nachlaufenden Kolbens in der 9 Uhr-Stellung bzw. des Kolben in der 3 Uhr-Stellung mit sehr hoher Kraft gegen das Kurvenstück gepreßt wird, wodurch sowohl die Lauffläche als auch das Kurvenstück übermäßig belastet werden. The maximum centrifugal force occurs with each piston when he is in the so-called top dead center (OT) position (12 Clock position) or in the bottom dead center (UT) position (6 Clock position). This maximum on the leading lever arm of the piston in the TDC position Centrifugal force, this lever arm towards the outside Presses the inner wall of the housing, causes an equal size on the Curve piece directed towards the trailing lever arm of the same Piston's force. Because this trailing lever arm with the leading lever arm of the next trailing piston is in rolling engagement, the trailing lever arm presses of the leading piston the leading lever arm and thus the running surface of the trailing piston arranged thereon with increased force against the curve piece. Because on the leading Lever arm of the trailing piston, which is straight in the retracted 9 o'clock or 3 o'clock position, just acts a centrifugal minimum, so this minimal centrifugal force caused by the centrifugal force in the TDC position caused pressure force not compensated. The result is that the running surface of the trailing piston in the 9 o'clock position or the piston in the 3 o'clock position with very high force the curve piece is pressed, creating both the tread as well as the curve piece are loaded excessively.
Dies kann im Langzeitbetrieb, insbesondere bei hohen Drehzahlen, bei denen die Fliehkräfte groß sind, zu einem erhöhten Verschleiß oder sogar zu einer Beschädigung dieser Teile führen.In long-term operation, especially at high speeds, this can where the centrifugal forces are high, to an increased Wear or even damage to these parts.
Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß die Verzahnung des Wälzeingriffs, die entgegenwirkende Kräfte aufnehmen muß, sogar noch stärker kraftbelastet ist.From the above it follows that the toothing of the rolling engagement, which has to absorb opposing forces, even is even more stressed.
Ferner ist aus der DE-OS-15 51 101 ein Fliehkolben-Verbrennungsmotor bekannt, der sechs voneinander beabstandete Kolben von etwa dreieckiger Form aufweist, die derart auf einem kreisförmigen Antriebsrad verschwenkbar gelagert sind, daß sie beim Umlaufen in dem Gehäuse des Motors durch die auftretenden Fliehkräfte gegen die Innenwand des Gehäuses gepreßt werden. Die Steuerung der Schwenkbewegung der einzelnen Kolben wird dabei durch eine spezielle trochoidförmige Ausgestaltung der Gehäuseinnenwand bewirkt. In dem Gehäuse sind ferner zwei feststehende Führungsnocken mit Außenkontur angeordnet, die bei geringen Drehzahlen des Motors, bei denen die Fliehkräfte gering sind, gewährleisten sollen, daß die Kolben gegen die Innenwand des Gehäuses gepreßt werden, um die Funktionsfähigkeit des Motors bei geringen Drehzahlen aufrecht zu erhalten. Dieser Fliehkolbenmotor ist jedoch bereits wegen der erforderlichen speziellen unrunden Konturierung der Gehäuseinnenwand nachteilig.Furthermore, DE-OS-15 51 101 is a centrifugal piston internal combustion engine known, the six spaced pistons of approximately triangular shape that so on a circular drive wheel are pivotally mounted that they when circulating in the housing of the engine by the occurring Centrifugal forces are pressed against the inner wall of the housing. The control of the pivoting movement of the individual pistons is thereby due to a special trochoidal design of the inner wall of the housing causes. In the housing are also two fixed Guide cams with an outer contour arranged at low Engine speeds at which the centrifugal forces are low are to ensure that the pistons against the inner wall of the housing to be pressed to the functionality of the engine maintain at low speeds. This Centrifugal piston engine is, however, already required because of the special non-circular contouring of the housing inner wall disadvantageous.
Aus der DE-OS-15 26 408 ist weiterhin ein Verbrennungsmotor mit umlaufenden, eine geschlossene Kette bildenden Kolben bekannt. Die Kolben bilden zusammen mit dem nichtrunden, etwa ovalen Zylindermantel geschlossene umlaufende Arbeitskammern veränderlichen Volumens. Das von den Kolben gebildete Gelenkvieleck ist ein Fünf- oder Mehreck, wobei ein reguläres Fünfeck als am vorteilhaftesten angesehen wird. Für die Steuerung der Kolbenbewegung sind zwei Nebenrotoren vorgesehen, die aus fünf Segmenten bestehen, wobei diese Segmente gelenkig mittels Bolzen verbunden sind. Auf den Bolzen sind Rollen gelagert, die über die Laufbahn rollend die Bewegung der Rotoren steuern, und mittels weiteren Bolzen auch die Bewegung der Kolben. Diese Ausgestaltung einer Schwenkkolbenmaschine ist vergleichsweise aufwendig. Weitere Nachteile dieser Ausgestaltung sind die nichtrunde Ausgestaltung der Gehäuseinnenwand und die gelenkige Verbindung der die beiden Nebenrotoren bildenden Segmente zum Steuern der Schwenkbewegung der Kolben.From DE-OS-15 26 408 an internal combustion engine is also with revolving piston, forming a closed chain. The pistons form together with the non-round, approximately oval cylinder jacket closed rotating working chambers variable Volume. The polygon formed by the pistons is a pentagon or polygon, with a regular pentagon being the most advantageous is seen. For controlling the piston movement two secondary rotors are provided, consisting of five segments exist, these segments articulated by means of bolts are. Rollers are mounted on the bolts, which over the Control the movement of the rotors while rolling, and by means of further bolts also the movement of the pistons. This configuration a swing piston machine is comparatively complex. Further disadvantages of this configuration are the non-circular configuration the housing inner wall and the articulated connection of the segments forming the two secondary rotors for controlling the Swiveling movement of the pistons.
Aus der US 3,642,391 ist eine weitere Schwenkkolbenmaschine bekannt, bei dem die Kolben paarweise gelenkig miteinander verbunden sind. Die Gehäuseinnenwand dieser Schwenkkolbenmaschine ist nicht rund, sondern etwa elliptisch geformt. Die Kolbenschwenkbewegungen werden durch Kurvenstücke gesteuert, an denen die Kolben mit Rollen laufen. Auch an dieser Schwenkkolbenmaschine ist die unrunde Konturierung der Gehäuseinnenwand nachteilig.Another swinging piston machine is known from US Pat. No. 3,642,391, in which the pistons are articulated in pairs are. The inside wall of this swing piston machine is not round, but rather elliptical. The piston swiveling movements are controlled by curve sections on which the pistons run with rollers. Also on this swing piston machine the non-circular contouring of the inner wall of the housing is disadvantageous.
Das Dokument US 3,438,358 offenbart eine Schwenkkolbenmaschine, bei der die um ein gehäusefestes Kurvenstück umlaufenden Kolben als einarmige Hebel ausgebildet sind und nicht paarweise miteinander in Eingriff stehen.The document US 3,438,358 discloses a swing piston machine, in which the pistons revolving around a curve piece fixed to the housing are designed as one-armed levers and not in pairs with each other are engaged.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schwenkkolbenmaschine der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die vorstehend genannten Nachteile vermieden werden. Die Schwenkkolbenmaschine soll hinsichtlich ihrer Verschleißeigenschaften und Funktionssicherheit weiter verbessert werden. The invention is therefore based on the object of a swing piston machine of the type mentioned at the outset, that the disadvantages mentioned above are avoided. The swing piston machine is said to have wear properties and functional reliability further improved become.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Schwenkkolbenmaschine der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Kurvenstück eine weitere, als Innenkontur ausgebildete Steuerkurve aufweist, entlang der die Kolben über die Laufflächen fliehkraftseitig abgestützt geführt sind.According to the invention, this object is achieved with a swing piston machine of the type mentioned in that the Curve section another control curve designed as an inner contour has, along which the piston over the treads are guided supported on the centrifugal force.
Die erfindungsgemäße Schwenkkolbenmaschine geht demnach weiterhin davon aus, daß die Schwenkbewegungen der einzelnen Kolben beim Umlaufen durch ein gehäusefestes mittiges Kurvenstück gesteuert werden, was sich bei der bekannten Schwenkkolbenmaschine gegenüber dem bekannten Fliehkolben-Verbrennungsmotor als vorteilhaft erwiesen hat. Bei der erfindungsgemäßen Schwenkkolbenmaschine ist jedoch in Form der als Innenkontur ausgebildeten Steuerkurve, entlang der die Laufflächen der Kolben geführt sind, eine Maßnahme getroffen, um die Fliehkräfte der Kolbenhälften bzw. Hebelarme der Kolben aufzunehmen. Dadurch, daß die als Innenkontur ausgebildete Steuerkurve die Fliehkräfte aufnimmt, wird vermieden, daß die Fliehkräfte, insbesondere die maximalen Fliehkräfte, die in der OT-Stellung auftreten, über den Wälzeingriff auf die Lauffläche bzw. Laufflächen des jeweils vor- und jeweils nachlaufenden Kolbens und auf das Kurvenstück übertragen werden. Auf diese Weise werden Überbelastungen der Laufflächen und des Kurvenstückes vermieden. Ein weiterer Vorteil, der sich durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kurvenstückes einstellt, besteht darin, daß auch die Kräfte im Bereich eines Wälzeingriffes zwischen benachbarten Kolben, wenn ein solcher vorhanden ist, ebenfalls vorteilhaft reduziert werden. The swing piston machine according to the invention therefore continues assume that the pivoting movements of the individual pistons controlled when circulating through a central curve piece fixed to the housing be what is in the known swing piston machine compared to the known centrifugal piston internal combustion engine has proven to be advantageous. In the case of the invention However, the oscillating piston machine is in the form of an inner contour trained control curve, along which the running surfaces of the pistons are taken a measure to the centrifugal forces the piston halves or lever arms of the pistons. Thereby, that the control curve designed as an inner contour Taking up centrifugal forces, it is avoided that the centrifugal forces, in particular the maximum centrifugal forces in the TDC position occur via the rolling engagement on the tread or treads of the leading and trailing pistons and be transferred to the curve piece. That way Overloading of the treads and the curve piece avoided. Another advantage of the invention Configuration of the curve piece is that also the forces in the area of a rolling engagement between neighboring ones Piston, if there is one, also can be advantageously reduced.
Bei der erfindungsgemäßen Schwenkkolbenmaschine erfährt jeder Kolben vorteilhafterweise sowohl eine "Außenführung" entlang der an sich bekannten Außenkontur und zusätzlich eine "Innenführung" entlang der Innenkontur des Kurvenstückes. Eine solche Kombination aus Innen- und Außenführung ermöglicht eine kinematisch exakte und gleichzeitig dynamisch günstige Steuerung der Schwenkbewegungen der Kolben beim Umlaufen in dem Gehäuse, wobei der erhebliche Vorteil erreicht wird, daß die an der Außenkontur geführten Laufflächen in der Stellung 9 Uhr und 3 Uhr im Unterschied zu der bekannten Schwenkkolbenmaschine druckentlastet sind. Ein weiterer Vorteil der Kombination aus Innen- und Außenführung besteht darin, daß bei einem Wälzeingriff jeweils benachbarter Kolben diesem im wesentlichen keine Steuerungsfunktion mehr zukommt, sondern daß der Wälzeingriff lediglich die Funktion einer Abdichtung einnimmt. Dies eröffnet die Möglichkeit, den Wälzeingriff anstatt in Form einer Verzahnung in Form einer glatten Wälzfläche auszugestalten, oder sogar auf einen Wälzeingriff ganz zu verzichten, wie in einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen ist.Everyone experiences in the oscillating piston machine according to the invention Pistons advantageously both along an "outer guide" the known outer contour and an additional one "Inner guidance" along the inner contour of the curve section. A such a combination of internal and external guidance enables one Kinematically exact and at the same time dynamically favorable control the pivoting movements of the pistons when rotating in the housing, the significant advantage being achieved that the the outer contour guided treads in the 9 o'clock position and 3 o'clock in contrast to the well-known swing piston machine are relieved of pressure. Another advantage of the combination of Inner and outer guidance is that in a rolling engagement each adjacent piston this essentially none Control function more, but that the rolling engagement only has the function of a seal. This opens up the possibility of the rolling engagement instead of in the form of a toothing to design in the form of a smooth rolling surface, or even to forego a rolling engagement, as in one preferred embodiment is provided.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung verlaufen die Außenkontur und die Innenkontur kurvenparallel zueinander.In a further preferred embodiment, the outer contour runs and the inner contour parallel to each other.
Bei dieser Ausgestaltung weisen die Innenkontur und die Außenkontur zueinander im wesentlichen komplementäre Kurven-Verläufe auf. Jeder Kolben ist somit sowohl zentrifugal als auch zentripetal wie auf einer Schiene geführt. Die zur Außenkontur kurvenparallele Ausführung der Innenkontur hat den Vorteil, daß es mit einfachen Mitteln möglich ist, die aus der WO 98/13583 bekannte und bewährte Schwenkkolbenmaschine entsprechend der vorliegenden Anmeldung zu modifizieren. Beispielsweise kann die Kolbengeometrie und die Geometrie der Außenkontur des Kurvenstücks im wesentlichen unverändert übernommen werden, wobei dann lediglich am Kurvenstück eine Innenführungsfläche für die Kolben vorgesehen werden muß.In this embodiment, the inner contour and the outer contour curves that are essentially complementary to one another on. Each piston is therefore both centrifugal and centripetal as if guided on a rail. The curve parallel to the outer contour Execution of the inner contour has the advantage that it is possible with simple means known from WO 98/13583 and proven swing piston machine according to the present Modify registration. For example, the Piston geometry and the geometry of the outer contour of the curve piece are taken over essentially unchanged, whereby then only on the curve piece an inner guide surface for the Piston must be provided.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Innenkontur in Umlaufrichtung durchgehend ausgebildet.In a further preferred embodiment, the inner contour is trained continuously in the circumferential direction.
Hierbei ist von Vorteil, daß jeder Kolben über einen vollen Umlauf fliehkraftseitig, d.h. zentrifugal abgestützt wird, so daß in jeder Drehstellung der Kolben Fliehkräfte aufgenommen und dadurch Druckbelastungen in jeder Drehstellung reduziert werden.The advantage here is that each piston has a full cycle centrifugal force side, i.e. is supported centrifugally so that centrifugal forces are absorbed in every rotary position and this reduces pressure loads in every rotational position.
Alternativ dazu ist es jedoch auch bevorzugt, wenn sich die Innenkontur in Umlaufrichtung nur über einen oder mehrere Umfangsteilbereiche erstreckt.Alternatively, it is also preferred if the inner contour in the circumferential direction only over one or more peripheral sections extends.
Hierdurch kann ein einfacherer Aufbau der Schwenkkolbenmaschine erreicht werden, wobei es in diesem Fall vorteilhaft ist, wenn sich die Innenkontur zumindest im Bereich des oberen Totpunktes und des unteren Totpunktes erstreckt, bspw. von 10 Uhr bis 2 Uhr und von 4 Uhr bis 8 Uhr. This allows a simpler structure of the swing piston machine can be achieved, in which case it is advantageous if the inner contour at least in the area of top dead center and the bottom dead center extends, for example from 10 a.m. to 2 a.m. And from 4 a.m. to 8 a.m.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das Kurvenstück die Außenkontur und die zumindest eine Innenkontur in einstückiger Ausbildung auf.In a further preferred embodiment, the curve piece has the outer contour and the at least one inner contour in one-piece training.
Bei dieser Ausgestaltung kann das Kurvenstück insgesamt einstückig gefertigt werden, wodurch der Herstellungsaufwand und die Zahl der in die Konstruktion eingehenden Teile reduziert werden kann. Ausgehend von dem Kurvenstück der bekannten Schwenkkolbenmaschine kann die erfindungsgemäß vorgesehene Innenkontur bei der Herstellung des Kurvenstücks angeformt werden. Ein weiterer Vorteil einer einstückigen Ausgestaltung von Außenkontur und Innenkontur besteht darin, daß eine lagefeste Orientierung der beiden während des Betriebs der Schwenkkolbenmaschine auf Dauer gewährleistet ist.In this embodiment, the curve piece can be made in one piece are manufactured, whereby the manufacturing effort and reduced the number of parts entering the design can be. Starting from the curve piece of the known Swing piston machine can the inner contour provided according to the invention be molded during the manufacture of the curve piece. Another advantage of a one-piece design of Outer contour and inner contour is that a fixed Orientation of the two during operation of the swing piston machine is guaranteed in the long run.
Alternativ dazu ist es jedoch auch bevorzugt, wenn das Kurvenstück mehrteilig ausgebildet ist, wobei zumindest ein erstes Teil die als Außenkontur ausgebildete Steuerkurve und zumindest ein zweites Teil die zumindest eine als Innenkontur ausgebildete Steuerkurve aufweist und die Teile fest miteinander verbunden sind.Alternatively, however, it is also preferred if the curve piece is formed in several parts, at least a first Part of the control curve designed as an outer contour and at least a second part the at least one designed as an inner contour Control curve and the parts firmly together are connected.
Diese Ausgestaltung erweist sich wegen einer erleichterten Montage beim Zusammenbringen der Laufflächen der Kolben mit dem Kurvenstück als vorteilhaft. Die Innenkontur kann dabei auf einem Ringflansch ausgebildet sein, der an das übrige Kurvenstück, das die Außenkontur aufweist, nach Einsetzen der Kolben angeflanscht wird. This configuration proves to be easier to install when bringing the piston treads together with the Curve section as advantageous. The inner contour can be on one Ring flange be formed, which on the rest of the curve piece, that has the outer contour after inserting the pistons is flanged.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Innenkontur an einer Innenseite taschenartiger Flansche des Kurvenstückes ausgebildet.In a further preferred embodiment, the inner contour is on the inside of pocket-like flanges of the curve piece educated.
Diese Maßnahme ist sowohl fertigungstechnisch als auch montagetechnisch besonders vorteilhaft. Der Flansch kann oder die Flansche können einstückig mit dem übrigen, die Außenkontur aufweisenden Teil des Kurvenstückes ausgebildet sein, oder als separate Ringflansche, die dann mit dem übrigen Teil des Kurvenstückes, das die Außenkontur aufweist, formschlüssig verbunden, beispielsweise verzapft, werden. Die taschenartigen Flansche bilden eine etwa umgekehrt L-förmige Übergreifung derjenigen Laufflächen, die zur Führung an der Innenkontur vorgesehen sind.This measure is both manufacturing technology and assembly technology particularly advantageous. The Flange or the flanges can be integral with the rest, the part of the curve piece having the outer contour be, or as separate ring flanges, which then with the rest Part of the curve piece, which has the outer contour, positively connected, for example mortised. The pocket-like Flanges form an approximately inverted L-shaped Overlap of those treads that are used for guidance on the inner contour are provided.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das Kurvenstück im Bereich beider axialer Enden der Kolben jeweils axial begrenzt die Innenkontur auf.In a further preferred embodiment, the curve piece has axially in the area of both axial ends of the pistons limits the inner contour.
Bei dieser Ausgestaltung ist jeder Kolben demnach mit seinen beiden axialen Enden fliehkraftseitig geführt. Der axial mittige Bereich jedes Kolbens kann dann, wenn dies vorgesehen ist, die Laufflächen aufweisen, die an der Außenkontur radial nach innen abgestützt geführt werden.In this embodiment, each piston is accordingly with its guided on both sides of the centrifugal force. The axially central Area of each piston, if this is provided, have the treads that radially on the outer contour supported inside.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn jeder Kolben zumindest zwei Laufflächen aufweist, von denen zumindest eine an der Innenkontur geführt ist, während die zumindest eine weitere Lauffläche an der Außenkontur geführt ist. It is further preferred if each piston has at least two treads, of which at least one is guided on the inner contour, while the at least one more Tread is guided on the outer contour.
Diese Ausgestaltung eröffnet vorteilhafterweise die Möglichkeit, die Laufflächen durch Laufrollen zu realisieren, wobei dann die zumindest eine entlang der Innenkontur geführte Laufrolle an dieser frei abrollen und die zumindest eine an der Außenkontur geführte Laufrolle an dieser ebenfalls frei abrollen kann.This configuration advantageously opens up the possibility of to realize the treads by rollers, whereby then the at least one roller guided along the inner contour roll freely on this and the at least one on the outer contour Unroll the guided roller on this as well can.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die Laufflächen Oberflächen von drehbar an den Kolben befestigten Laufrollen.In a further preferred embodiment, the treads are Surfaces of rollers rotatably attached to the pistons.
Laufrollen haben den Vorteil, daß sie mit einer wesentlich geringeren Reibung entlang der Innenkontur bzw. entlang der Außenkontur des Kurvenstückes geführt werden können. Die Anforderungen an die Schmierung der Laufflächen können im Unterschied zu kolbenfesten Gleitschuhen wesentlich verringert werden.Rollers have the advantage that they are much smaller Friction along the inner contour or along the outer contour of the curve piece can be performed. The requirements on the lubrication of the treads can differ to piston-resistant sliding shoes can be significantly reduced.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung stehen die Kolben jeweils paarweise miteinander in Wälzeingriff.In a further preferred embodiment, the pistons are each in pairs with each other.
Diese Maßnahme ist von Vorteil, da der Wälzeingriff dann eine zusätzliche Steuerungsfunktion für die hin- und hergehende Schwenkbewegung der Kolben übernehmen kann.This measure is advantageous, since the rolling engagement is then an additional one Control function for the back and forth swivel movement the piston can take over.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung stehen die Kolben jeweils paarweise über eine ungezahnte gekrümmte Wälzfläche miteinander in Wälzeingriff. In a further preferred embodiment, the pistons are each in pairs over a toothless curved rolling surface with each other.
Wie bereits zuvor erwähnt, werden die Kräfte im Bereich des Wälzeingriffes benachbarter Kolben durch die erfindungsgemäße Führung der Kolben entlang der Innenkontur und noch stärker bei der zusätzlichen Führung der Kolben entlang der Außenkontur reduziert, so daß dem Wälzeingriff hauptsächlich noch eine abdichtende Funktion zukommt. Demgemäß kann der Wälzeingriff auch durch eine fertigungstechnisch einfacher als eine Verzahnung herzustellende, glatte Wälzfläche dargestellt werden.As previously mentioned, the forces in the area of Rolling engagement of adjacent pistons by the invention Guiding the pistons along the inner contour and even more the additional guidance of the pistons along the outer contour reduced, so that the rolling engagement is mainly still a sealing Function. Accordingly, the rolling engagement can also through a manufacturing technology easier than a toothing smooth rolling surface to be produced are shown.
Alternativ zu einem Wälzeingriff jeweils benachbarter Kolben ist es ebenso bevorzugt, wenn die Kolben in Umfangsrichtung gesehen jeweils paarweise durch jeweils ein Trennelement beabstandet sind, wobei die Trennelemente zusammen mit den Kolben in dem Gehäuse umlaufen.As an alternative to a rolling engagement of adjacent pistons it is also preferred if the pistons are seen in the circumferential direction spaced in pairs by a separating element are, the separators together with the pistons circulate in the housing.
Diese Ausgestaltung ist insbesondere vorteilhafterweise möglich, da die Schwenkbewegung der einzelnen Kolben sowohl über die innere Außenführung als auch an der äußeren Innenführung des Kurvenstückes vollzogen wird. Die einzelnen Kolben sind dann wegen des nicht mehr vorhandenen Wälzeingriffes vollständig unabhängig voneinander, mit dem Vorteil, daß an der Anlage zwischen Kolben und Trennelement auf konstruktiv einfache Weise Dichtungen konventioneller Art eingesetzt werden können.This configuration is particularly advantageous possible because the pivoting movement of the individual pistons both via the inner outer guide as well as on the outer inner guide of the curve section is completed. The individual pistons are then complete due to the no longer existing rolling engagement independently of each other, with the advantage that on the system between piston and separating element in a structurally simple Ways conventional seals can be used.
Dabei ist es weiterhin bevorzugt, wenn jedes Trennelement zwei Gleitflächen aufweist, an denen Kolbenfaustflächen der beiden jeweiligen entsprechenden an dem jeweiligen Trennelement anliegenden Kolben bei ihrer Schwenkbewegung hin- und hergleiten.It is further preferred if each separating element has two Has sliding surfaces on which piston fist surfaces of the two respective corresponding to the respective separating element Slide the piston back and forth as it swivels.
Die Trennelemente sind demnach bevorzugt hinsichtlich der Schwenkbewegung der Kolben ortsfest, und laufen lediglich mit den Kolben in dem Gehäuse in der Umlaufrichtung um. Die Trennelemente können zwischen zwei sich mit den Kolben mitbewegenden Ringkörpern am jeweiligen stirnseitigen Ende der Schwenkkolbenmaschine fest eingespannt sein.The separating elements are therefore preferred in terms of Swiveling movement of the pistons stationary, and only run with it the piston in the housing in the circumferential direction. The dividers can move with the pistons between two Annular bodies at the respective end of the swing piston machine be firmly clamped.
Dabei ist es weiterhin bevorzugt, wenn die Kolbenfaustflächen der Kolben und die Gleitflächen der Trennelemente gekrümmt komplementär zueinander ausgebildet sind.It is further preferred if the piston fist surfaces the piston and the sliding surfaces of the separating elements are complementary curved are trained to each other.
Die Kolbenfaustflächen der Kolben können beispielsweise konvex und die Gleitflächen der Trennelemente konkav ausgebildet sein, oder umgekehrt. Eine solche gekrümmte Formgebung der aneinandergleitenden Kolbenfaustflächen und Gleitflächen ist optimal an die hin- und hergehende Schwenkbewegung der einzelnen Kolben angepaßt. Die komplementäre Formgebung der Kolbenfaustflächen und der Gleitflächen ermöglicht weiterhin über den gesamten Schwenkhub der Kolben eine optimale Abdichtung der Arbeitskammern gegen den Ölraum der Schwenkkolbenmaschine, wenn sich die Trennelemente in axialer Richtung über die Länge des Innenraumes des Gehäuses der Schwenkkolbenmaschine erstrecken.The piston fist surfaces of the pistons can be convex, for example and the sliding surfaces of the separating elements are concave, or the other way around. Such a curved shape of the sliding Piston fist surfaces and sliding surfaces are optimal to the reciprocating pivoting movement of the individual pistons customized. The complementary shape of the piston fist surfaces and the sliding surfaces continue to allow over the entire Swing stroke of the pistons for an optimal sealing of the working chambers against the oil space of the oscillating piston machine if the Separating elements in the axial direction over the length of the interior extend the housing of the oscillating piston machine.
Dazu ist es bevorzugt vorgesehen, in jeder Gleitfläche der Trennelemente jeweils zumindest eine Dichtung anzuordnen.For this purpose, it is preferably provided in each sliding surface Separating elements to arrange at least one seal.
Solche Dichtungen können in Form von Dichtlippen vorgesehen sein, die an gleicher Stelle angeordnet sind, wo die entsprechenden Dichtlippen in den stirnseitigen Ringflächen des Kolbenkäfiges der Längsmittelachse der Schwenkkolbenmaschine am nächsten angeordnet sind. Such seals can be provided in the form of sealing lips be located in the same place where the corresponding Sealing lips in the end ring surfaces of the piston cage the longitudinal center axis of the oscillating piston machine on next are arranged.
Die Anordnung der Dichtungen in den Trennelementen ist jedoch nicht zwingend, ebenso können die Dichtungen auch anstatt in den Trennelementen in den Kolbenfaustflächen der Kolben angeordnet sein.The arrangement of the seals in the separators is however not mandatory, the seals can also be used instead of in the separators in the piston fist faces of the pistons his.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist in jeder Gleitfläche der Trennelemente eine der Gehäuseinnenwand nähere Feuerdichtung und eine dem Kurvenstück nähere Öldichtung angeordnet.In a further preferred embodiment is in each sliding surface the separating elements a fire seal closer to the inner wall of the housing and an oil seal closer to the cam piece.
Die Feuerdichtung dichtet die Arbeitskammern, in denen der Verbrennungsprozeß stattfindet, gasdicht ab, während der zentral in der Schwenkkolbenmaschine angeordnete Ölraum über die Öldichtung gegen die Arbeitskammern zusätzlich abgedichtet wird.The fire seal seals the work chambers in which the combustion process takes place, gas-tight, while the central Oil chamber arranged in the oscillating piston machine via the oil seal is additionally sealed against the working chambers.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die Schwenkkolbenmaschine in axialer Richtung mehrere Kammern auf, wobei in jeder Kammer ein Satz Kolben angeordnet ist, und wobei die Sätze Kolben von Kammer zu Kammer in Umlaufrichtung versetzt zueinander angeordnet sind.In a further preferred embodiment, the oscillating piston machine has several chambers in the axial direction, whereby a set of pistons is arranged in each chamber, and the Sets of pistons offset from chamber to chamber in the direction of rotation are arranged to each other.
Während die bekannte Schwenkkolbenmaschine in axialer Richtung als Einkammersystem ausgebildet ist, ergibt sich bei der mehrkammerigen Ausgestaltung der Vorteil, daß die von den Kolben auf das Kurvenstück eingeleiteten Drehmomente entsprechend der Anzahl der Kammern halbiert, gedrittelt oder noch weiter geteilt werden können, weil die drehmomentwirksame Fläche der Kolben in axialer Richtung entsprechend kleiner ausgebildet werden kann. Durch den Versatz der Kolbensätze von einer Kammer zur nächsten Kammer wird die Drehmomenteinleitung auf das mittige Kurvenstück in Umfangsrichtung gleichmäßiger verteilt. While the known swing piston machine in the axial direction is designed as a single-chamber system, results in the multi-chamber system Design of the advantage that the piston Torques initiated on the cam piece corresponding to the Number of chambers halved, divided into thirds or divided even further can be because the torque effective area of the Pistons are made correspondingly smaller in the axial direction can be. Due to the offset of the piston sets from one chamber to the next chamber the torque is applied to the middle Curve piece distributed more evenly in the circumferential direction.
Dadurch kann die Laufruhe der Schwenkkolbenmaschine vorteilhafterweise erhöht und die Belastung des Kurvenstückes, das durch alle Kammern durchgehend einstückig oder auch mehrteilig ausgebildet sein kann, noch weiter reduziert werden kann.As a result, the smooth running of the oscillating piston machine can advantageously increases and the load on the curve piece caused by all chambers are made in one piece or in several parts can be reduced even further.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.Further advantages result from the description below and the attached drawing.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in ihrer jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the above and those below features to be explained not only in their respective specified combination, but also in other combinations or can be used alone without the frame to leave the present invention.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird hiernach mit Bezug auf diese näher beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Schwenkkolbenmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- Fig. 2
- einen Querschnitt durch die Schwenkkolbenmaschine entlang der Linie II-II in Fig. 1;
- Fig. 3
- einen Querschnitt durch die Schwenkkolbenmaschine entlang der Linie III-III in Fig. 1;
- Fig. 4
- einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Schwenkkolbenmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, das gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel geringfügig modifiziert ist;
- Fig. 5
- einen Querschnitt durch die Schwenkkolbenmaschine entlang der Linie V-V in Fig. 4;
- Fig. 5a
- ein Detail aus Fig. 5 im vergrößerten Maßstab; und
- Fig. 6
- einen Querschnitt durch die Schwenkkolbenmaschine entlang der Linie VI-VI in Fig. 4.
- Fig. 1
- a longitudinal section through an inventive oscillating piston machine according to a first embodiment;
- Fig. 2
- a cross section through the oscillating piston machine along the line II-II in Fig. 1;
- Fig. 3
- a cross section through the oscillating piston machine along the line III-III in Fig. 1;
- Fig. 4
- a longitudinal section through a swing piston machine according to the invention according to a second embodiment, which is slightly modified compared to the first embodiment;
- Fig. 5
- a cross section through the oscillating piston machine along the line VV in Fig. 4;
- Fig. 5a
- a detail of Figure 5 on an enlarged scale. and
- Fig. 6
- 3 shows a cross section through the oscillating piston machine along the line VI-VI in FIG. 4.
In Figuren 1 bis 3 ist eine mit dem allgemeinen Bezugszeichen
10 versehene Schwenkkolbenmaschine dargestellt. Die Schwenkkolbenmaschine
10 wird beispielsweise in einem Kraftfahrzeug
als Verbrennungsmotor verwendet.In Figures 1 to 3 is one with the
Die Schwenkkolbenmaschine 10 weist umfänglich ein Gehäuse 12
auf, das die Schwenkkolbenmaschine 10 nach außen abdichtet. Das
Gehäuse 12 ist im wesentlichen zylindrisch, d.h. im Querschnitt
rund, ausgebildet und erstreckt sich über die axiale Länge der
Schwenkkolbenmaschine 10. Eine Gehäuseinnenwand 14 ist im Querschnitt
axial durchgehend rund ausgebildet.The
Das Gehäuse 12 ist ferner, wie aus Fig. 1 hervorgeht, aus einzelnen
Gehäusesegmenten aufgebaut, nämlich aus zylindrischen
Gehäusesegmenten 16 und 18 sowie aus Gehäusestirnsegmenten 20
und 22, die jeweils in geeigneter Weise miteinander dicht verbunden
sind, beispielsweise verzapft und/oder verschraubt.
Durch den Aufbau des Gehäuses 12 in einzelnen Gehäusesegmenten
wird die Montage der Schwenkkolbenmaschine 10 wesentlich vereinfacht
und ermöglicht im Falle eines Mehrkammersystemes eine
Modulbauweise.The
In axialer Richtung ist die Schwenkkolbenmaschine 10 in zwei
Kammern 24 und 26 unterteilt.In the axial direction, the
In jeder der Kammern 24 und 26 ist jeweils ein Satz Kolben angeordnet,
wobei Fig. 2, die ein Querschnitt durch die Kammer 24
ist, die Kolben 28a bis 28d der Kammer 24 zeigt. In beiden Kammern
24 und 26 sind somit jeweils vier Kolben 28a bis 28d angeordnet.
Die Kolben sind identisch mit den nicht näher dargestellten
Kolben der Kammer 26 ausgebildet, so daß im folgenden
nur die Kammer 24 mit den darin angeordneten Kolben 28a bis 28d
näher beschrieben wird.A set of pistons is arranged in each of the
Die Kolben der Kammer 26 sind zwar identisch mit den Kolben 28a
bis 28d der Kammer 24 ausgebildet, die Kolben der Kammer 26
sind jedoch bezüglich der Kolben 28a bis 28d der Kammer 24 um
etwa 45°, in Umfangsrichtung gesehen, versetzt angeordnet.The pistons of the
Die Kolben 28a bis 28d sind jeweils als zweiarmige Hebel ausgebildet,
d.h. jeder der Kolben 28a bis 28d weist einen ersten
Hebelarm 30 und einen zweiten Hebelarm 32 bezüglich einer
Schwenkachse 34 auf, die für den Kolben 28a beispielhaft in
Fig. 2 bezeichnet sind. Jedem der Kolben 28a bis 28d ist somit
eine Schwenkachse 34 zugeordnet. Die Schwenkachsen 34 liegen
auf einem Kreis und sind äquidistant voneinander beabstandet.The
Jede der vier Schwenkachsen 34 erstreckt sich in axialer Richtung
parallel zu einer mittigen Gehäuseachse 36. Die Kolben 28a
bis 28d sind jeweils um ihre jeweilige Schwenkachse 34 zwischen
zwei Endstellungen hin- und herschwenkbar, wobei in der ersten
Endstellung der jeweilige Hebelarm 30 mit seiner Außenseite an
der Gehäuseinnenwand 14 und in der zweiten Endstellung entsprechend
der jeweilige Hebelarm 32 mit seiner Außenseite an
der Gehäuseinnenwand 14 anliegt.Each of the four
Dazu ist jeder der Kolben 28a bis 28d um jeweils einen sich
axial erstreckenden Achsstab 38 verschwenkbar gelagert, der
selbst unverschwenkbar ist. Jeder Achsstab 38 bildet die jeweilige
Schwenkachse 34 der einzelnen Kolben 28a bis 28d.For this purpose, each of the
Die Kolben 28a bis 28d stehen weiterhin jeweils paarweise miteinander
in Wälzeingriff. Dazu weisen die Kolben 28a bis 28d
jeweils in Umfangsrichtung beidendig Verzahnungen 40 auf, die
wechselseitig miteinander kämmen. Der Kolben 28a bspw. steht
somit sowohl mit dem Kolben 28b als auch mit dem Kolben 28d in
Wälzeingriff. Der durch die Verzahnung 40 gebildete Wälzeingriff
ist dabei dicht, so daß zwischen der Gehäuseinnenwand 14
und den der Gehäuseinnenwand 14 gegenüberliegenden Außenseiten
der Kolben 28a bis 28d gebildete Arbeitskammern 42 durch den
Wälzeingriff hermetisch abgedichtet sind.The
Anstelle über die Verzahnungen 40 können die einzelnen Kolben
28a bis 28d auch über eine konvex gekrümmte Wälzfläche 44, die
in Fig. 2 mit unterbrochenen Linien dargestellt ist, miteinander
in Wälzeingriff stehen, wobei dann benachbarte der Wälzflächen
44 in jeder Schwenkstellung der Kolben 28a bis 28d abdichtend
aneinander liegen, um wiederum die hermetische Dichtheit
der Arbeitskammern 42 zu gewährleisten. Instead of the
Die Kolben 28a bis 28d laufen ferner in dem Gehäuse 12 gemeinsam
in einer Umlaufrichtung 46 um die mittige Gehäuseachse 36
um. Die mit umlaufenden Achsstäbe 38 sind dabei gegen die Gehäuseinnenwand
14 abgedichtet, und zwar mittels Fliehkraftdichtungen
47, wie in der WO 98/13583 ausführlich beschrieben ist,
auf die wegen einer näheren Beschreibung verwiesen wird.The
Zwischen jeweils zwei benachbarten der Achsstäbe 38, dem entsprechenden
Abschnitt der Gehäuseinnenwand sowie zwei benachbarten
Hebelarmen 32 und 30' wird demnach jeweils eine der Arbeitskammern
42 gebildet, bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel
mit vier Kolben 28a bis 28d dementsprechend vier Arbeitskammern
42 in Umlaufrichtung 46, die gegeneinander abgedichtet sind.
Das Volumen der Arbeitskammern 42 verändert sich beim Umlaufen
der Kolben 28a bis 28d entsprechend der hin- und hergehenden
Schwenkbewegungen der Kolben 28a bis 28d, um die unterschiedlichen
Arbeitstakte des Ansaugens, Verdichtens, Zündens
(Expandierens) und Ausstoßens zu ermöglichen.Between each two adjacent ones of the
Mittig in dem Gehäuse 12 ist ein Kurvenstück 48 angeordnet, das
sich durch die Kammer 24 und die Kammer 26 hindurch erstreckt.
Das Kurvenstück 48 ist im Unterschied zu den Kolben 28a bis 28d
gehäusefest ausgebildet.A
Das Kurvenstück 48 weist zumindest eine als Steuerkurve ausgebildete
Innenkontur 50 auf (vergl. Fig. 3).The
Die Kolben 28a bis 28d weisen ihrerseits auf ihrer der Gehäuseinnenwand
14 abgewandten bzw. dem Kurvenstück 48 zugewandten
Seite Laufflächen 52 auf, die beim Umlaufen der Kolben
28a bis 28d in dem Gehäuse 12 entlang der als Steuerkurve ausgebildeten
Innenkontur 50 geführt sind. Dadurch werden die Kolben
28a bis 28d entlang des Kurvenstückes 48 fliehkraftseitig
abgestützt geführt.The
Die Innenkontur 50 ist an dem Kurvenstück 48 im Bereich eines
axialen Endes der Kolben 28a bis 28d angeordnet.The
Eine zweite bezüglich des Kurvenverlaufs mit der Innenkontur 50
identisch und als Steuerkurve ausgebildete Innenkontur 52 ist
an dem Kurvenstück 48 im Bereich des gegenüberliegenden axialen
Endes der Kolben 28a bis 28d angeordnet. An diesem Ende weisen
die Kolben 28a bis 28d jeweils eine weitere Lauffläche 54 auf,
die beim Umlaufen des jeweiligen Kolbens 28a bis 28d entlang
der Innenkontur 52 des Kurvenstückes 48 geführt ist.A second with respect to the course of the curve with the
In der Kammer 26 weist das Kurvenstück 48 den Innenkonturen 50
und 52 entsprechende, ebenfalls als Steuerkurven ausgebildete
Innenkonturen 56 und 58 auf, die dazu dienen, entsprechende,
nicht näher bezeichnete Laufflächen der in der Kammer 26 angeordneten
Kolben fliehkraftseitig abgestützt zu führen.In the
Im Bereich zwischen den Innenkonturen 50 und 52 bzw. zwischen
den Innenkonturen 56 und 58 weist das Kurvenstück 48 außerdem
eine als Steuerkurve ausgebildete Außenkontur auf. Die Außenkontur
62 erstreckt sich dabei axial bis in den Bereich der Innenkonturen
50, 54, 58, 60 oder endet bereits axial mittig zwischen
den Innenkonturen 50 und 54 bzw. 58 und 60.In the area between the
Die Kolben 28a bis 28d weisen jeweils zumindest eine weitere
Lauffläche 64 auf, die beim Umlaufen der Kolben 28a bis 28d in
dem Gehäuse 12 entlang der Außenkontur 62 des Kurvenstückes 48
geführt sind, wodurch die Kolben 28a bis 28d auch jeweils radial
nach innen zur mittigen Gehäuseachse 36 hin abgestützt sind.The
In dem Ausführungsbeispiel weist jeder Kolben 28a bis 28d drei
Laufflächen 64 auf, die axial voneinander beabstandet sind, und
die gemeinsam entlang der Außenkontur 62 des Kurvenstückes 48
geführt sind.In the exemplary embodiment, each
Die Innenkonturen 50, 54, 58 und 60 des Kurvenstückes 48 sind
jeweils an einer Innenseite eines eine Tasche bildenden Flansches
66, 68, 70 bzw. 72 ausgebildet.The
Dabei sind die Flansche 68 und 70, die die Innenkonturen 54 und
58 auf ihrer radialen Innenseite ausbilden, einstückig mit dem
übrigen Körper des Kurvenstückes 48 ausgebildet. Die Flansch 66
und 72 sind dagegen an Ringflanschen 74 bzw. 76 ausgebildet,
die mit dem übrigen Körper des Kurvenstückes 48 formschlüssig
verbunden und fest mit diesem verzapft sind. Die Ringflansche
74 und 76 sind weiterhin auf ihrer jeweiligen axialen Außenseite
formschlüssig mit dem Gehäusestirnsegment 22 bzw. dem Gehäusestirnsegment
20 gehäusefest verbunden, so daß die Ringflansche
74 und 76 mit dem übrigen Körper des Kurvenstückes 48
eine gehäusefeste Anordnung bilden.Here are the
Die Laufflächen 64, die entlang der Außenkontur 62 geführt
sind, sowie die Laufflächen 52 und 56, die entlang der Innenkonturen
50 bzw. 54 geführt sind, sind jeweils Oberflächen von
drehbar an den Kolben 28a bis 28d gelagerten Laufrollen 78 bzw.
80. Die Laufrollen 78, von denen jeder Kolben 28a bis 28d zwei
aufweist, liegen dabei ausschließlich an der Innenkontur 50
bzw. 54 an, während die Laufrollen 80, von denen jeder Kolben
28a bis 28d drei aufweist, ausschließlich an der Außenkontur 62
anliegen.The treads 64, which are guided along the
Die Laufflächen 64 stehen beim Umlaufen der Kolben 28a bis 28d
unter ständiger Berührung mit der Außenkontur 62. Die Laufflächen
52 und 56 stehen beim Umlaufen der Kolben 28a bis 28d unter
ständiger Berührung mit der Innenkontur 50 bzw. 54.The running surfaces 64 stand when the
Mit Bezug auf Fig. 3 ist zu erwähnen, daß die Laufflächen 52
der Laufrollen 78 die Außenkontur 62 des Kurvenstückes 48 nicht
berühren, sondern von dieser mit geringfügigem Spiel beabstandet
sind, so daß die Laufrollen 78 beim Umlaufen der Kolben 28a
bis 28d frei an der Innenkontur 50 des Kurvenstückes 48 abrollen
können.3, it should be noted that the
Die Laufrollen 78 bzw. 80 sind dazu bevorzugt auf einem gemeinsamen
Bolzen, der axial durch die Laufrollen 78 bzw. 80 durchgeht,
gelagert. Die Laufflächen 54 bzw. 52 der Laufrollen 78
sind unter ständiger Berührung mit der Innenkontur 50 während
des Umlaufens der Kolben 28a bis 28d entlang der Innenkontur 50
geführt, während die Laufflächen 64 der Laufrollen 80 beim Umlaufen
der Kolben 28a bis 28d unter ständiger Berührung mit der
Außenkontur 62 des Kurvenstückes 48 entlang derselben geführt
sind.The
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, erstreckt sich die Innenkontur 50 in
Umfangsrichtung vollumfänglich an dem Kurvenstück 48.As can be seen from FIG. 3, the
Zusammen mit den Ringflanschen 74 und 76 ist das Kurvenstück 48
insgesamt mehrteilig ausgebildet, wodurch die Montage der
Schwenkkolbenmaschine 10, genauer gesagt das Einsetzen der
Kolben 28a bis 28d und das Zusammensetzen mit dem Kurvenstück
48 erleichtert wird.Together with the
In Figuren 2 und 3 ist die Schwenkkolbenmaschine 10 in einer
Betriebsstellung dargestellt, in der sich der Kolben 28a, genauer
gesagt, dessen in Umlaufrichtung 46 vorlaufender Hebelarm
30 im oberen Totpunkt (OT) befindet. Der dem Kolben 28a nachlaufende
Kolben 28d, d.h. genauer dessen vorlaufender Hebelarm
30', befindet sich dagegen in seiner maximal radial nach innen
eingezogenen Stellung. Auf den vorlaufenden Hebelarm 30 des
vorlaufenden Kolbens 28a wirkt in dieser Stellung beim Umlaufen,
insbesondere bei hohen Drehzahlen, eine maximale Fliehkraft.
Diese maximale Fliehkraft wird jedoch über die Laufflächen
52 bzw. 56, die an der Innenkontur 50 des Kurvenstückes
48 geführt sind, von der Innenkontur 50 aufgenommen. Dadurch
wird diese hohe Fliehkraft nicht über den nachlaufenden Hebelarm
32 des vorlaufenden Kolbens 28a auf den vorlaufenden Hebelarm
30' des nachlaufenden Kolbens 28d übertragen, der sich in
der 9 Uhr-Stellung befindet, so daß die Lauffläche 64' bzw. die
Laufflächen 64' des Kolbens 28d nicht übermäßig gegen das Kurvenstück
48 gepreßt werden. Ebenso wird diese Fliehkraft nicht
auf den nachfolgenden Hebelarm 32' des vorlaufenden Kolbens 28b
und damit auch nicht als Druckkraft auf dessen vorlaufenden Hebelarm
30'', der sich in der 3 Uhr-Stellung befindet, übertragen,
so daß auch dessen Lauffläche 64'' druckentlastet ist.In Figures 2 and 3, the
Das Kurvenstück 48 weist ferner sich axial erstreckende Bohrungen
82, 84 und 86 auf, die der Ölnebelkühlung bzw. Ölschmierung
der Laufflächen 50, 54 bzw. 64 der Kolben 28a bis 28d bzw. der
Schmierung der Laufrollen 78, 80 dienen. The
Wie bereits eingangs der Beschreibung erwähnt wurde, ist die
Schwenkkolbenmaschine 10 in axialer Richtung als Mehrkammersystem
ausgestaltet, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel genauer
gesagt als Zweikammersystem.As already mentioned at the beginning of the description, the
Die in der Kammer 26 angeordneten Kolben, die in der Zeichnung
nicht näher bezeichnet sind, weisen bezüglich ihrer Führung
entlang des Kurvenstückes 48 die gleiche Ausgestaltung auf wie
die Kolben 28a bis 28d der Kammer 24.The pistons arranged in the
Die Kolben der Kammer 26 sind ebenfalls an Achsstäben schwenkbar
gelagert, von denen in Fig. 1 zwei Achsstäbe 88 bzw. 90 gegenüberliegender
Kolben zu sehen sind. Die Achsstäbe 88, 90 sowie
die beiden weiteren, in der Zeichnung nicht zu sehenden
Achsstäbe sind bezüglich der Achsstäbe 38, an denen die Kolben
28a bis 28d der Kammer 24 schwenkbar gelagert sind, um etwa 45°
versetzt angeordnet.The pistons of the
Die Achsstäbe 38 der Kammer 24 und die Achsstäbe 88, 90 sowie
die weiteren beiden Achsstäbe der Kammer 26 bilden zusammen mit
drei Ringkörpern 92, 94 und 96 einen starren zylindrischen Kolbenkäfig,
der zusammen mit den Kolben 28a bis 28d der Kammer 24
sowie den Kolben der Kammer 26 gemeinsam umläuft. Die Achsstäbe
38 der Kammer 24 sind mit den Ringkörpern 92 und 94 fest verbunden,
während alle Achsstäbe 88, 90 der Kammer 26 mit den
Ringkörpern 94 und 96 fest verbunden sind. Der erste Ringkörper
92 ist dabei drehbar und dicht auf dem Ringflansch 74 des Kurvenstückes
48 gelagert. Entsprechend ist der dritte Ringkörper
96 drehbar und dicht auf dem Ringflansch 76 des Kurvenstückes
48 gelagert. Der mittlere Ringkörper 94 ist drehbar auf den Außenseiten
der Flansche 68 und 70 des Kurvenstückes 48 gelagert.
Der dritte Ringkörper 96 trägt an seiner axial äußeren Seite
einen Zahnkranz 98, der eine Außenzahnung 100 aufweist, die mit
einer entsprechenden Zahnung eines Wechslerrades 102 kämmt, das
wiederum mit einer entsprechenden Zahnung 104 eines Zahnkranzes
106 kämmt, das drehfest mit einer Abtriebswelle 108 der
Schwenkkolbenmaschine 10 verbunden ist. Die Drehung des dritten
Ringkörpers 96 um die mittige Gehäuseachse 36 bewirkt somit eine
Drehbewegung der Abtriebswelle 108, die dann in einen Antriebsstrang
des Kraftfahrzeuges, in das die Schwenkkolbenmaschine
10 eingebaut ist, über eine Kupplungsscheibe 110 übertragen
werden kann.The
Ferner weist die Schwenkkolbenmaschine für jede Kammer 24, 26
Zündkerzen 112 und 114 auf, sowie jeweils einen Einlaßquerschnitt
116 und jeweils einen Auslaßquerschnitt für jede Kammer
24 und 26.Furthermore, the oscillating piston machine has for each
Wegen der Funktionsweise der Schwenkkolbenmaschine wird hier
auf die WO 98/13583 verwiesen, in der in Fig. 5 die einzelnen
Arbeitstakte der Schwenkkolbenmaschine 10 dargestellt sind.Because of the way the oscillating piston machine works, here
referred to WO 98/13583, in which in Fig. 5 the individual
Work cycles of the
In Fig. 4 bis 6 ist ein gegenüber der Schwenkkolbenmaschine 10
gemäß Fig. 1 bis 3 geringfügig abgewandeltes Ausführungsbeispiel
einer Schwenkkolbenmaschine 10' dargestellt, von der im
folgenden nur die Unterschiede zur Schwenkkolbenmaschine 10 gemäß
Fig. 1 bis 3 beschrieben werden. Gleiche oder vergleichbare
Merkmale wie bei der Schwenkkolbenmaschine 10 wurden mit demselben
Bezugszeichen gefolgt von einem Apostroph versehen. 4 to 6 is a compared to the swing piston machine 10th
1 to 3 slightly modified embodiment
a swing piston machine 10 'shown, in the
following only the differences to the
Merkmale und Funktionen der Schwenkkolbenmaschine 10', auf die
hiernach nicht ausdrücklich Bezug genommen wird, sind mit denjenigen
der Schwenkkolbenmaschine 10 identisch.Features and functions of the oscillating piston machine 10 'on the
hereafter not explicitly referred to, are with those
the
Während bei der Schwenkkolbenmaschine 10 gemäß Fig. 1 bis 3 die
Kolben 28a bis 28d jeweils paarweise miteinander in Wälzeingriff
stehen, sind die Kolben 28a' bis 28d' der Schwenkkolbenmaschine
10' in Umfangsrichtung gesehen jeweils paarweise durch
jeweils ein Trennelement 140, 142, 144, 146 beabstandet, wobei
die Trennelemente 140, 142, 144, 146 mit den Kolben 28a' bis
28d' in dem Gehäuse 12' umlaufen.While in the
Die vier Trennelemente 140 bis 146 erstrecken sich gemäß Fig. 4
über die axiale Länge der Kammer 24', und entsprechende Trennelemente
zwischen den Kolben in der Kammer 26' erstrecken sich
ebenfalls über die axiale Länge dieser Kammer 26'.The four separating
Die Trennelemente 140 bis 146 sind zwischen den Ringkörpern 94'
und 92' bzw. 96' und 94' eingespannt und relativ zu diesen
Ringkörpern unbeweglich.The separating
Dadurch, daß die Kolben 28a' bis 28d' durch die Trennelemente
140 bis 146 voneinander beabstandet sind, sind die Kolben 28a'
bis 28d' kinematisch voneinander unabhängig. Das bedeutet, daß
die hin- und hergehenden Schwenkbewegungen der einzelnen Kolben
28a' bis 28d' allein durch die Führung der Kolben 28a' bis 28d'
entlang dem Kurvenstück 48' vermittelt werden.Because the
Die Trennelemente 140 bis 146 weisen, wie an dem Trennelement
140 beispielhaft dargestellt ist, zwei Gleitflächen 148 und 150
auf, an denen Kolbenfaustflächen 152 (Kolben 28a') und 154
(Kolben 28b') der jeweils beiden entsprechenden an dem Trennelement
140 anliegenden Kolben 28a' bzw. 28b' bei ihrer
Schwenkbewegung hin- und hergleiten.The
In Fig. 5a ist das Trennelement 140 ausschnittsweise in vergrößertem
Maßstab dargestellt. In den Gleitflächen 148 bzw. 150
sind in das Trennelement 140 Dichtungen eingebettet, und zwar
Feuerdichtungen 156 bzw. 158, die der Gehäuseinnenwand 14' näher
liegend angeordnet sind, sowie zwei Öldichtungen 160 und
162, die dem Kurvenstück 48' näher liegend angeordnet sind.5a, the separating
Die Feuerdichtungen 156 bzw. 158 dichten die Arbeitskammern 42' gasdicht zur Längsmittelachse der Schwenkkolbenmaschine 10' hin ab, während die Öldichtungen 160 und 162 für eine Abdichtung des gehäusemittigen Ölraumes gegen die Arbeitskammern 42' sorgen.The fire seals 156 and 158 seal the working chambers 42 ' gas-tight to the longitudinal center axis of the oscillating piston machine 10 ' off while the oil seals 160 and 162 for sealing of the housing-centered oil chamber against the working chambers 42 '.
Die Dichtungen 156 bis 162 erstrecken sich ebenfalls über die
vollständige axiale Länge der Trennelemente 140 bis 146.The
Durch die Ausgestaltung der Schwenkkolbenmaschine 10' mit den
Trennelementen 140 bis 146 lassen sich nahezu klassische Kolbenabdichtungen
vorsehen, deren Dichteffekte mit hoher Sicherheit
vorherbestimmt werden können.By designing the oscillating piston machine 10 'with the
Separating
Gemäß Fig. 6 befinden sich die Feuerdichtungen 156 und 158 bzw.
die Öldichtungen 160 und 162 in den Trennelementen 140 bis 146
auf der gleichen Höhe, wo die Feuer- und Öldichtungen in den
Ringkörpern 92' und 94' bzw. 96' sitzen, wie in Fig. 6 mit dem
Bezugszeichen 164 angedeutet ist. 6 there are
Während die Dichtungen in dem gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 4 bis 6 in den Trennelementen 140 bis 146 selbst angeordnet
sind, können die Dichtungen jedoch auch umgekehrt in den
Kolbenfaustflächen 152 bzw. 154 der Kolben 28a' bis 28d' angeordnet
sein.While the seals in the embodiment shown according to
4 to 6 arranged in the separating
Wie weiterhin aus Fig. 5 und 6 hervorgeht, sind die Gleitflächen
148 und 150 der Trennelemente 140 bis 146 konkav gekrümmt
ausgebildet, während die Kolbenfaustflächen 152 und 154 der
Kolben 28a' bis 28d' komplementär dazu gekrümmt konvex ausgebildet
sind. Dadurch werden die Kolbenfaustflächen 152 bzw. 154
der Kolben 28a' bis 28d' bei ihrer hin- und hergehenden
Schwenkbewegung stets im minimalen Abstand an den Gleitflächen
148 bzw. 150 der Trennelemente 140 bis 146 vorbeigeführt.5 and 6, the sliding surfaces are
148 and 150 of the separating
Claims (18)
- An oscillating-piston engine, comprising a housing (12; 12'), in which several pistons (28a-28d; 28a'-28d') configured as two-armed levers are arranged pivotably, respectively, around a pivot axis (34) being parallel to a central housing axis and movable commonly in a revolution direction (46), wherein the pistons (28a-28d; 28a'-28d') have running surfaces (52, 56, 64) on their side facing away from a housing inner wall (14; 14'), the running surfaces, when the pistons (28a-28d; 28a'-28d') revolve in the housing, being guided alongside of at least one control cam of a centrally housing-fixed cam piece (48; 48'), in order to control the pivot movements of the pistons in revolution, wherein the cam piece (48; 48') has an outer contour (62) configured as control cam, alongside of which the running surfaces (52, 56, 64) of the pistons (28a-28d; 28a'-28d') are guided supported in the direction to the housing axis (36), characterized in that the cam piece (48, 48') has another control cam configured as inner contour (50, 54) on the cam piece (48; 48'), alongside of which the pistons (28a-28d; 28a'-28d') are guided supported to the side of the centrifugal force via the running surfaces (52, 56, 64).
- The oscillating-piston engine of claim 1, characterized in that the outer contour (62) and the inner contour (50, 54, 58, 60) run parallel to each other.
- The oscillating-piston engine of claim 1 or 2, characterized in that the inner contour (50, 54) is configured continuous in revolution direction (46).
- The oscillating-piston engine of anyone of claims 1 through 3, characterized in that the inner contour (50, 54) extends only over one or more circumferential sections in the revolution direction (46).
- The oscillating-piston engine of anyone of claims 1 through 4, characterized in that the cam piece (48; 48') has the outer contour (62) and the at least one inner contour (54) in a one-piece configuration.
- The oscillating-piston engine of anyone of claims 1 through 4, characterized in that the cam piece (48; 48') is configured in several parts, wherein at least a first part has the outer contour (62) and at least a second part the at least one inner contour (50), and the parts are firmly connected to each other.
- The oscillating-piston engine of anyone of claims 1 to 6, characterized in that the inner contour (50, 54) is arranged on an inner side of a flange (66, 68) of the cam piece (48), said flange forming a bag.
- The oscillating-piston engine of anyone of claims 1 through 7, characterized in that the cam piece (48; 48'), in the region of both axial ends of the pistons (28a-28d; 28a'-28d'), respectively, has, axially limited, the inner contour (50, 54).
- The oscillating-piston engine of anyone claims 1 through 8, characterized in that each piston (28a-28d; 28a'-28d') has at least two running surfaces (52, 56, 64), of which at least one is guided at the inner contour (50, 54), while the at least another running surface (64) is guided at the outer contour.
- The oscillating-piston engine of anyone of claims 1 through 9, characterized in that the running surfaces (52, 56, 64) are surfaces of rollers (78, 80) being rotatably mounted on the pistons (28a-28d; 28a'-28d').
- The oscillating-piston engine of anyone of claims 1 through 10, characterized in that the pistons (28a-28d) are, respectively in pairs, in rolling engagement with each other.
- The oscillating-piston engine of claim 11, characterized in that the pistons (28a-28d) are, respectively in pairs, in rolling engagement with each other via an unteethed curved rolling surface (44).
- The oscillating-piston engine of anyone of claims 1 through 10, characterized in that the pistons (28a'-28d'), seen in circumferential direction, are spaced, respectively, in pairs via a respective dividing element (140-146), wherein the dividing elements (140-146) revolve together with the pistons (28a'-28d') in the housing (12').
- The oscillating-piston engine of claim 13, characterized in that each dividing element (140-146) has two sliding surfaces (148, 150), on which piston fist surfaces (152, 154) of the two respective corresponding pistons (28a'-28d'), which are adjacent to the respective dividing element (140-146), slide to and fro during their pivot movement.
- The oscillating-piston engine of claim 14, characterized in that the piston fist surfaces (152, 154) of the pistons (28a'-28d') and the sliding surfaces (148, 150) of the dividing elements (140-146) are configured curvedly complementary to each other.
- The oscillating-piston engine of claim 14 or 15, characterized in that in each sliding surface (148, 150) of the dividing elements (140-146), respectively, at least one seal is arranged.
- The oscillating-piston engine of claim 16, characterized in that in each sliding surface (148, 150) a fire seal (156, 158) nearer to the housing inner wall (14') and an oil seal (160, 162) nearer to the cam piece (48') is arranged.
- The oscillating-piston engine of anyone of claims 1 through 17, characterized in that it has several chambers (24, 26; 24', 26') in axial direction, wherein in each chamber (24, 26; 24', 26') a set of pistons (28a-28d; 28a'-28d') is arranged, and wherein the sets of pistons (28a-28d; 28a'-28d') are displaced to each other from chamber (24; 24') to chamber (26; 26') in circumferential direction.
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