EP1612411B1 - Hydraulischer Motor - Google Patents

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EP1612411B1
EP1612411B1 EP05291376A EP05291376A EP1612411B1 EP 1612411 B1 EP1612411 B1 EP 1612411B1 EP 05291376 A EP05291376 A EP 05291376A EP 05291376 A EP05291376 A EP 05291376A EP 1612411 B1 EP1612411 B1 EP 1612411B1
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motor
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lobes
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Gilles Lemaire
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Poclain Hydraulics Industrie
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03C—POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINES DRIVEN BY LIQUIDS
    • F03C1/00—Reciprocating-piston liquid engines
    • F03C1/02—Reciprocating-piston liquid engines with multiple-cylinders, characterised by the number or arrangement of cylinders
    • F03C1/04—Reciprocating-piston liquid engines with multiple-cylinders, characterised by the number or arrangement of cylinders with cylinders in star or fan arrangement
    • F03C1/0403—Details, component parts specially adapted of such engines
    • F03C1/0409—Cams
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03C—POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINES DRIVEN BY LIQUIDS
    • F03C1/00—Reciprocating-piston liquid engines
    • F03C1/02—Reciprocating-piston liquid engines with multiple-cylinders, characterised by the number or arrangement of cylinders
    • F03C1/04—Reciprocating-piston liquid engines with multiple-cylinders, characterised by the number or arrangement of cylinders with cylinders in star or fan arrangement
    • F03C1/0403—Details, component parts specially adapted of such engines
    • F03C1/0415—Cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03C—POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINES DRIVEN BY LIQUIDS
    • F03C1/00—Reciprocating-piston liquid engines
    • F03C1/22—Reciprocating-piston liquid engines with movable cylinders or cylinder
    • F03C1/24—Reciprocating-piston liquid engines with movable cylinders or cylinder in which the liquid exclusively displaces one or more pistons reciprocating in rotary cylinders
    • F03C1/247—Reciprocating-piston liquid engines with movable cylinders or cylinder in which the liquid exclusively displaces one or more pistons reciprocating in rotary cylinders with cylinders in star- or fan-arrangement, the connection of the pistons with an actuated element being at the outer ends of the cylinders

Definitions

  • the engine according to the invention is by using a reduced number of cylinders always leaving at least one instantaneously unused cam lobe and by defining a particular distribution of these cylinders in the cylinder block that one manages to achieve a reduced displacement.
  • this engine can be distinguished from an original engine only by its cylinder block, all other parts, and even the pistons, can be kept except that the number of pistons is obviously reduced.
  • the qualifier "weak” means that this resultant is sufficiently low to avoid premature wear of certain parts of the engine (in particular the bearings) that would result from the need to compensate for this resultant.
  • the service life of the bearings is substantially the same for this reduced displacement engine as for a similar engine of origin but having the maximum of cylinders that can be housed in its cylinder block, and spaced from each other .
  • the resultant of the forces exerted by the pistons on the cam is small if it is at most of the same order of magnitude as the thrust force of a piston in its cylinder (between 0 and 1 to 1.3 times this effort).
  • the use of the fictitious intermediate engine makes it possible to define the positions of the pistons on the Nco of cam lobes of the engine on which the latter is homokinetic. This means that a motor having only these Nco cam lobes whose profile would be adapted and the Np cylinders spaced regularly from each other would be homokinetic. Another way of verifying the homokinetic character on Nco cam lobes is to note that the fluid balance is zero at each moment as long as the pistons of the Nc cylinders are in contact with Nco cam lobes.
  • the angular spacings between two consecutive cylinders are at least equal to an angular spacing Eo equal to 360 ° / Npo, Npo being an integer greater than Np and representing the maximum number of cylinders, similar to those of the motor of the invention , which could be evenly distributed in the cylinder block.
  • a cam lobe is active if the cylinder is alternately connected to the feed and the fluid exhaust, respectively, which are at different pressures. It is inactive in the case where the cylinder is connected to the same pressure vessel.
  • Figure 6 is a view similar to Figure 2 for an engine according to the invention. It can be seen in this figure that, at any moment of the relative rotation of the cylinder block and the cam, that is to say for any relative position of these two elements, two cam lobes are unused because no piston is in instant contact with them. In this case, in the position shown in Figure 6, the cam lobes L2 and L5 are instantly unused. This is also visible on the developed cam of this motor, shown in Figure 5.
  • FIG. 6 shows in radial section the cam of the engine according to this variant of the invention with its cylinder block having six cylinders, the cylinder block and the cam being in the same relative reference position as in FIG. 5. It is seen that the pistons cooperate with the cam lobes L1, L3, L4 and L6 in the positions P1 to P6.
  • the motor of the invention may comprise several active operating displacements. This is particularly the case of that of Figures 5 and 6 which can be homokinetic in a large and a small displacement of operation.

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Claims (11)

  1. Hydraulikmotor umfassend einen Nocken (10) und einen Zylinderblock (12), die geeignet sind, sich um eine Rotationsachse relativ zueinander zu drehen, wobei der Nocken eine Vielzahl von Nockenlappen (L1-L6) umfaßt, die jeweils eine ansteigende Rampe M und eine abfallende Rampe D aufweisen, und der Zylinderblock eine Vielzahl von Zylindern (14; I1-II3; C1-C5) umfaßt, in denen Kolben (16), welche geeignet sind, mit dem Nocken zusammenzuwirken, verschiebbar angebracht sind, wobei der Motor ferner einen Fluidverteiler (18) umfaßt, der gegenüber der Rotation um die Rotationsachse (A) fest mit dem Nocken verbunden ist und Verteilerleitungen (20) aufweist, die mit einer Versorgung oder einem Auslaß verbunden und geeignet sind, während der Relativdrehung des Zylinderblocks (12) und des Nockens (10) mit den Zylindern über Verteileröffnungen (22) zusammenzuwirken, die jeweils derart in Beziehung zu einer Rampe (M, D) eines Nockenlappens (L1-L6) angeordnet sind, daß ein Zylinder, dessen Kolben mit einer ansteigenden Rampe (M) zusammenwirkt, mit der Versorgung verbunden werden kann, und daß ein Zylinder, dessen Kolben mit einer abfallenden Rampe (D) zusammenwirkt, mit dem Auslaß verbunden werden kann, wobei die momentanen Winkelpositionen, entsprechend derer die Kolben (16) mit dem Nocken (10) während der Relativdrehung des Zylinderblocks (12) und des Nockens (10) zusammenwirken, derart sind, daß der Motor im wesentlichen homokinetisch ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß es in jeder Relativposition des Zylinderblocks (12) und des Nockens (10) wenigstens einen unbenutzten Nockenlappen gibt, mit dem kein Kolben (16) zusammenwirkt, und daß die Winkelabstände zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zylindern voneinander und von einem Vielfachen des kleinsten Winkelabstandes zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zylindern abweichen, wobei die Winkelabstände derart festgelegt sind, daß die Resultierende der durch die Kolben auf den Nocken ausgeübten Kräfte gering oder im wesentlichen null ist.
  2. Motor nach Anspruch 1, umfassend Np Zylinder und Nc Nockenlappen,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelabstände zwischen den Np Zylindern wie folgt festgelegt sind:
    - für einen fiktiven Zwischenmotor (Figur 4, Figur 8), umfassend den Nocken mit Nc Nockenlappen und einen fiktiven Zwischenzylinderblock, der eine Anzahl Np von Zylindern (11-13; C1-C5) hat, die derart gruppiert sind, daß der Winkelabstand Ei zwischen zwei aufeinanderfolgenden gruppierten Zylindern gleich (360°.Nco/Nc)/Np ist und in einer Bezugsrelativposition des Zylinderblocks und des Nockens dieses fiktiven Zwischenmotors der Kolben (16) jedes Zylinders (I1-II2, C1-C5) eine Winkelposition Pi
    - wobei i von 1 bis Np variiert - an einem der Nc Nockenlappen (L1-L6; L'1-I'10) einnimmt, wobei die Anzahl Nco die Anzahl der aufeinanderfolgenden Nockenlappen ist, an denen der fiktive Zwischenmotor homokinetisch ist,
    - die Np Zylinder (I1-II3; C1-C5) des Hydraulikmotors sind in dem Zylinderblock (12) derart verteilt, daß in einer Relativposition des Zylinderblocks und des Nockens, die der genannten Bezugsrelativposition des Zylinderblocks und des Nockens des fiktiven Motors entspricht, der Kolben (16) jedes Zylinders an einem Nockenlappen (L1, L3, L4, L6; L'1, L'2, L'5, L'7, L'9) die gleiche Winkelposition Pi einnimmt wie bei dem fiktiven Motor, und daß die Resultierende der durch die Kolben auf die Nockenlappen ausgeübten Kräfte kleiner ist als die Resultierende (F) dieser Kräfte bei dem fiktiven Motor.
  3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, umfassend Np Zylinder (I1-II3; C1-C5) und Nc Nockenlappen (L1-L6; L'1-L'10), dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelabstände zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zylindern wenigstens gleich einem Winkelabstand Eo gleich 360°/Npo sind, wobei Npo eine Ganzzahl größer Np ist und die maximale Anzahl von zu den Zylindern des genannten Motors analogen Zylindern darstellt, die in dem Zylinderblock gleichmäßig verteilt werden könnten.
  4. Motor nach Anspruch 3, der wenigstens einen kleinen und einen großen aktiven Betriebshubraum hat, dadurch gekennzeichnet, daß er wenigstens eine Gruppe von Nc/m Nockenlappen (L2, L4, L6) umfaßt, deren Nockenlappen in dem kleinen Hubraum des Motors inaktiv sind, wobei m ein ganzzahliger Teiler von Nc wenigstens gleich 2 ist, der wie folgt definiert ist:
    - ein fiktiver Zwischenmotor, der den Nocken mit Nc Nockenlappen sowie Np Zylinder, die zu denjenigen des genannten Motors analog sind, aufweist, wäre an Nco Nockenlappen homokinetisch,
    - die Zahlen Npo und Nc haben einen gemeinsamen ganzzahligen Teiler d, und
    - die Zahl m ist derart, daß Nco gleich Nc.m/d und Np gleich Npo.m/d ist.
  5. Motor nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (10) eine Anzahl Nc von Nockenlappen gleich 6 aufweist, und daß der Zylinderblock (12) 6 Zylinder umfaßt, wobei die Winkelabstände zwischen den aufeinanderfolgenden Zylindern im wesentlichen gleich 40°, 100°, 40°, 40°, 100° bzw. 40° betragen.
  6. Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die sechs Nockenlappen in zwei Gruppen von drei Nockenlappen (L1, L3, L5; L2, L4, L6) verteilt sind, wobei ein Lappen jeder Gruppe zwischen zwei Lappen der anderen Gruppe angeordnet ist.
  7. Motor nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken 10 Nockenlappen aufweist und daß der Zylinderblock 5 Zylinder umfaßt, wobei die Winkelabstände zwischen den aufeinanderfolgenden Zylindern im wesentlichen gleich 64.8°, 86.4°, 86.4°, 64.8° bzw. 57.6° betragen.
  8. Verfahren zur Gestaltung eines Hydraulikmotors nach Anspruch 2 und irgendeinem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß:
    - ein fiktiver Zwischenmotor (Figur 4, Figur 8) definiert wird, umfassend einen Nocken mit Nc Nockenlappen (L1-L6; L'1-L'10), wovon eine Anzahl Nco von Nockenlappen gewählt wird, damit der fiktive Zwischenmotor an Nco Nockenlappen homokinetisch ist, einen fiktiven Zwischenzylinderblock mit einer Anzahl Np von Zylindern (I1-II3; C1-C5), die derart gruppiert sind, daß der Winkelabstand Ei zwischen zwei aufeinanderfolgenden gruppierten Zylindern gleich (360°.Nco/Nc)/Np ist, und eine Bezugsrelativposition des Zylinderblocks und des Nockens dieses fiktiven Zwischenmotors definiert wird, in welcher der Kolben eines jeden Zylinders (I1-II3; C1-C5) eine Winkelposition Pi an einem der Nc Nockenlappen einnimmt,
    - anschließend der Zylinderblock des Hydraulikmotors dadurch definiert wird, daß in diesem Zylinderblock die Np Zylinder (I1-II3; C1-C5) des fiktiven Zwischenmotors verteilt werden und dies derart, daß dann, wenn der Zylinderblock (12) und der Nocken (10) in der gleichen Relativposition wie die Bezugsrelativposition des Zylinderblocks und des Nockens des Zwischenmotors sind, alle Winkelpositionen (P1-P6; P1-P5), in denen die Kolben (16) des Hydraulikmotors mit den Nockenlappen (L1-L6; L'1-L'10) des genannten Motors zusammenwirken, mit allen Winkelpositionen Pi identisch sind, die die Kolben an den Nockenlappen des fiktiven Zwischenmotors einnehmen, und daß die Resultierende der durch die Kolben auf die Nockenlappen ausgeübten Kräfte kleiner ist als die Resultierende dieser Kräfte bei dem fiktiven Zwischenmotor.
  9. Verfahren zur Gestaltung eines Hydraulikmotors nach Anspruch 2 und irgendeinem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß:
    - von einer bestehenden Gestaltung für einen ursprünglichen homokinetischen Motor (Figur 3, Figur 7), umfassend einen Nocken mit Nc Nockenlappen (L1-L6; L'1-L'10), wobei all diese Lappen aktiv sind, und einen ursprünglichen Zylinderblock mit einer Anzahl Npo von Zylindern größer als Np (I1-III3; C1-C7), die entsprechend einem Winkelabstand Eo gleich 360°/Npo gleichmäßig verteilt sind, ausgegangen wird,
    - ein Zwischenmotor definiert wird, umfassend den Nocken mit Nc Nockenlappen des ursprünglichen Motors, wovon eine Anzahl Nco von Nockenlappen gewählt wird, damit der fiktive Zwischenmotor an Nco Nockenlappen homokinetisch ist, einen fiktiven Zwischenzylinderblock mit einer Anzahl Np von Zylindern (I1-II3; C1-C5), die derart gruppiert sind, daß der Winkelabstand Ei zwischen zwei aufeinanderfolgenden gruppierten Zylindern gleich (360°.Nco/Nc)/Np ist, und eine Bezugsrelativposition des Zylinderblocks und des Nockens dieses fiktiven Zwischenmotors definiert wird, in welcher der Kolben eines jeden Zylinders eine Winkelposition Pi an einem der Nc Nockenlappen einnimmt,
    - anschließend der Zylinderblock (12) des Hydraulikmotors dadurch definiert wird, daß in diesem Zylinderblock die Np Zylinder (I1-II3; C1-C5) des fiktiven Zwischenmotors verteilt werden und dies derart, daß dann, wenn der Zylinderblock (12) und der Nocken (10) in der gleichen Relativposition wie die Bezugsrelativposition des Zylinderblocks und des Nockens des Zwischenmotors sind, alle Winkelpositionen, in denen die Kolben des Hydraulikmotors mit den Nockenlappen des genannten Motors zusammenwirken, mit allen Winkelpositionen Pi identisch sind, die die Kolben an den Nockenlappen des Zwischenmotors einnehmen, und daß die Resultierende der durch die Kolben auf die Nockenlappen ausgeübten Kräfte kleiner ist als die Resultierende dieser Kräfte bei dem fiktiven Zwischenmotor.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Np Zylinder (11-II3; C1-C5) des fiktiven Zwischenmotors in dem Zylinderblock des Hydraulikmotors derart verteilt werden, daß die Winkelabstände zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zylindern wenigstens gleich Eo sind.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein ursprünglicher homokinetischer Motor gewählt wird, bei dem die Zahlen Npo und Nc einen gemeinsamen ganzzahligen Teiler d haben, eine Ganzzahl m wenigstens gleich 2 und kleiner als d bestimmt wird, die ein ganzzahliger Teiler der Zahl Nc ist, der fiktive Zwischenmotor derart definiert wird, daß die Zahl Nco gleich Nc.m/d ist und daß die Zahl Np gleich Npo.m/d ist, und wenigstens eine Gruppe von Nc/m Nockenlappen bestimmt wird, deren Nockenlappen inaktiviert werden können, so daß der Hydraulikmotor in einem kleinen aktiven Hubraum betrieben werden kann.
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