EP3904637A1

EP3904637A1 - Motor mit kurbeltriebmechanismus

Info

Publication number: EP3904637A1
Application number: EP20836684.9A
Authority: EP
Inventors: Taras Jurevich Galetskij; Anton Anatolevich Galetskij
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-07-05
Filing date: 2020-01-14
Publication date: 2021-11-03
Also published as: WO2021006855A1; US20220243650A1; EP3904637A4; CN114072568A

Abstract

Der erfindungsgemäße Motor mit einem Schubkurbeltrieb enthält ein Gehäuse. Innerhalb des Gehäuses ist eine Welle mit einer Kurbel angeordnet. Außerdem sind im Motorgehäuse mindestens zwei Zylinder mit Kolben eingebaut. Die Kolben sind auf Stangen montiert. Die Enden der Stangen verlaufen von den Kolben durch Führungshülsen der Zylinder. Die Enden der Stangen sind miteinander anhand einer Klemmeinheit verbunden. Der Körper der Klemmeinheit ist in Form eines Rahmens mit rechteckigem Querschnitt und inneren Führungsflächen für ein Gleitstück ausgeführt. Das Gleitstück ist frei beweglich zwischen den Führungsflächen und drehbar auf der Kurbel der Welle montiert. Das Gleitstück ist dabei aus zwei miteinander verbundenen Hälften mit Schmiernuten zum Schmieren der äußeren Gleitebene ausgeführt. Der Körper der Klemmeinheit ist mit seinen Seitenflächen im Motorgehäuse frei beweglich entlang der Achse der Zylinder mit den Kolben angeordnet. Die Schmiernuten am Gleitstück reichen nicht über die äußere Gleitebene im Rahmen der Klemmeinheit hinaus.

Description

Die Erfindung betrifft Kolbenmaschinen, insbesondere Motoren ohne Pleuel und mit einem Schubkurbeltrieb zur Umwandlung der Hin- und Herbewegung der Kolben in die Drehbewegung der Arbeitswelle. Die Erfindung kann sowohl in Motoren, wie z. B. Motoren mit innerer und äußerer Verbrennung, Dampfmotoren, Gasexpansionsmotoren u. a. m. als auch in Pumpen eingesetzt werden.
Bekannt ist ein Motor mit einem Schubkurbeltrieb. Der Motor enthält ein Gehäuse, in dem sich eine Welle mit einer Kurbel und mindestens zwei Zylinder mit Kolben auf Stangen befinden. Die Enden der Stangen verlaufen von den Kolben durch Führungshülsen im Gehäuse und sind durch eine Klemmeinheit miteinander verbunden. Die Klemmeinheit besteht aus einem Körper in Form eines Rahmens mit rechteckigem Querschnitt und inneren Führungsflächen für ein Gleitstück. Das Gleitstück ist zwischen den Führungsflächen angeordnet. Es ist frei beweglich zwischen den Führungsflächen montiert und dreht sich auf der Kurbel der Welle. Das Gleitstück ist aus zwei miteinander verbundenen Hälften ausgeführt. Diese Teile weisen Schmiernuten auf [ US-Patent Nr. 4013048 , IPC F01B1/08, F01B9/02, F02B75/24, veröffentl. 22.03.1977]. Dieser Motor wurde zum Prototyp ausgewählt.
Der bekannte Motor weist einen einfach auszuführenden Aufbau auf. Dieser Aufbau ermöglicht es, die Hin- und Herbewegung der Kolben auf den Stangen in eine Drehbewegung der Welle umzuwandeln. Bei dem bekannten Motor wird die Kolbenkraft auf den Körper des Rahmens der Klemmeinheit und auf die Kurbel der Welle übertragen. Die Übertragung der Kolbenkraft auf den Körper des Rahmens erfolgt mit den Stangen. Die Übertragung der Kolbenkraft auf die Kurbel der Welle erfolgt über das Gleitstück in den Führungen des Rahmens. Dabei wird die zu der Wellenachse senkrechte Seitenkraft durch das Gleitstück auf der Kurbel der Welle im Körper des Rahmens der Klemmeinheit ausgeübt. Die zu der Wellenachse senkrechte Seitenkraft wird durch die Hülsen der Stangen im Motorgehäuse sowie durch die Zylinder von den Seitenflächen der Kolben in der Hochtemperaturzone mit wenig Schmiermittel aufgenommen. Dies führt zum Verschleiß an den Zylindern durch die Seitenflächen der Kolben und an den Hülsen durch die seitliche Einwirkung der Stangen. Dadurch kann ein Kompressionsverlust im Motor und damit ein Motorschaden entstehen.
Die Schmiernuten am Gleitstück gehen über die Gleitebene im Körper des Rahmens der Klemmeinheit hinaus, was einen Öldruckverlust in der Motorschmierung verursacht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Motor mit einem Schubkurbeltrieb zu verbessern, indem die bauliche Ausbildung der Teile der Klemmeinheit so verändert wird, dass ein qualitativ hochwertiger, verschleißfreier Betrieb der Kolben in den Zylindern und der Stangen in den Hülsen des Motors sowie des Gleitstücks der Klemmeinheit gewährleistet wird. Gleichzeitig sollen die spezifische sowie die Literleistung erhöht werden, und die inneren mechanischen Verluste des Motors sollen verringert werden.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass gemäß der Erfindung in einem Motor mit einem Schubkurbeltrieb die Führungshülsen in den Zylinderköpfen angeordnet sind. Der erfindungsgemäße Motor mit einem Schubkurbeltrieb weist ein Gehäuse auf. Innerhalb des Gehäuses ist eine Welle mit einer Kurbel angeordnet. Außerdem sind im Motorgehäuse mindestens zwei Zylinder mit Kolben auf Stangen eingebaut. Die Enden der Stangen verlaufen von den Kolben durch Führungshülsen und sind durch eine Klemmeinheit miteinander verbunden. Die Klemmeinheit besteht dabei aus einem Körper in Form eines Rahmens mit rechteckigem Querschnitt und inneren führenden Gleitflächen für das Gleitstück. Das Gleitstück befindet sich zwischen den inneren führenden Gleitflächen. Es ist frei beweglich zwischen den führenden Gleitflächen und drehbar auf der Kurbel der Welle montiert. Das Gleitstück ist dabei aus zwei miteinander verbundenen Hälften ausgeführt. Diese Teile weisen Schmiernuten auf. Gemäß der Erfindung ist der Körper des Rahmens der Klemmeinheit mit seinen Seitenflächen zwischen den Führungsflächen des Motorgehäuses montiert. Der Körper des Rahmens kann sich dabei entlang der Achse der Zylinder mit den doppeltwirkenden Kolben frei bewegen. Die Seitenflächen weisen Schmiernuten auf. Die Schmiernuten am Gleitstück gehen über die Ebene der inneren führenden Gleitfläche im Rahmen der Klemmeinheit nicht hinaus. Die Welle kann dabei eine oder mehr als eine Kurbel aufweisen. Der Motor ist für den Zweitakt- oder Viertaktbetrieb ausgelegt. Die Zylinder mit den doppeltwirkenden Kolben sind einzeln oder im Tandem an den Stirnenden des Gehäuses montiert.
In der beanspruchten Erfindung wird die Kolbenkraft mit den Stangen auf den Körper des Rahmens der Klemmeinheit übertragen. Der Rahmen bewegt sich mit seinen Seitenflächen zwischen den Führungsflächen des Motorgehäuses. Die Führungsflächen des Motorgehäuses nehmen die seitliche Einwirkung auf den Körper des Rahmens der Klemmeinheit vom Gleitstück an der Kurbel der Welle auf. Alle Kräfte der Umwandlung der Hin- und Herbewegung der Kolben in den Zylindern in eine Drehbewegung der Welle sowie der Drehbewegung der Welle in eine Hin- und Herbewegung der Kolben auf den Stangen im Schubkurbeltrieb, welche vom Gleitstück in den inneren Führungen des Rahmens bedingt sind, werden durch die Seitenflächen des Körpers des Rahmens der Klemmeinheit auf die Führungsflächen des Motorgehäuses übertragen. Die Stange und der Kolben sind keinen seitlichen Belastungen ausgesetzt, die senkrecht zur Wellenachse wirken könnten und die durch den Schubkurbeltrieb zur Bewegungsumwandlung verursacht wären. Dadurch wird der Verschleiß der Verbindungsflächen der Stangen mit den Führungshülsen in den Zylinderköpfen sowie der Kolben in den Zylindern vermindert. Die Führungshülsen der Stangen in den Zylinderköpfen dienen der Abdichtung der Gaswechselprozesse. Außerdem sind die Führungshülsen so konstruiert, dass sie es ermöglichen, die Stangen mit den Kolben in den Zylindern des Motors mittig zu positionieren.
Die Verwendung der doppeltwirkenden Kolben anstelle von einfachwirkenden Kolben in den Zylindern des Motors erhöht die Literleistung bei gleichen Abmessungen. Darüber hinaus ermöglicht dies die Anwendung des Viertakt-Motorbetriebs. Aufgrund der fehlenden seitlichen Belastungen, welche die Kolben auf die Oberfläche in den Zylindern ausüben, wird die Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses durch die Aufladung des Kraftstoffgemisches bei Benzinmotoren oder durch die Luftaufladung bei Dieselmotoren ermöglicht. Dies bewirkt eine erhöhte spezifische Leistung, ohne dass die Lebensdauer des Motors reduziert wird.
Die Schmiernuten am Gleitstück sorgen für einen stabilen Öldruck ohne Verluste in der Motorschmierung und für einen zuverlässigen Motorbetrieb. Die Schmiernuten reichen dabei nicht über die Ebene der inneren führenden Gleitfläche im Rahmen der Klemmeinheit hinaus.
Das Wesen der beanspruchten Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung des Motors mit den Zylindern, wobei die Zylinder je ein Stück an den jeweiligen Stirnenden des Gehäuses montiert sind,
Fig. 2: eine schematische Darstellung des Motors mit den Zylindern, wobei die Zylinder an den Stirnenden des Gehäuses in einer Tandem-Anordnung eingebaut sind,
Fig. 3: eine isometrische schematische Darstellung des Rahmens der Klemmeinheit und
Fig. 4: eine isometrische schematische Darstellung des Gleitstücks.

Der beanspruchte Motor mit einem Schubkurbeltrieb enthält ein Gehäuse 1. Innerhalb des Gehäuses 1 sind eine Welle 2 mit einer Kurbel 3 und mindestens zwei Zylinder 4, 5 mit Kolben 6 auf Stangen 7 eingebaut. Die Enden der Stangen 7 verlaufen von den Kolben 6 durch die Führungshülsen 8 in den Zylinderköpfen 9 (Fig. 1) und 10 (Fig. 2) der Zylinder 4, 5. Die Enden der Stangen 7 sind durch eine Klemmeinheit miteinander verbunden. Die Klemmeinheit besteht aus einem Körper 11 in Form eines Rahmens mit rechteckigem Querschnitt und inneren Führungsflächen 12 für das Gleitstück 13. Das Gleitstück 13 befindet sich zwischen den Führungsflächen 12. Es ist frei beweglich zwischen den Führungsflächen 12 und drehbar auf der Kurbel 3 der Welle 2 montiert. Das Gleitstück 13 ist aus zwei miteinander verbundenen Hälften mit Schmiernuten 14 ausgeführt. Die Schmiernuten 14 dienen zum Schmieren der äußeren Gleitebene 15. Der Körper 11 des Rahmens der Klemmeinheit ist mit seinen Seitenflächen 16 zwischen den Führungsflächen 18 im Motorgehäuse 1 frei beweglich entlang der Achse der Zylinder 4, 5 mit doppeltwirkenden Kolben 6 angeordnet. Die Seitenflächen 16 sind mit Schmiernuten 17 versehen. Die Schmiernuten 14 am Gleitstück 13 reichen nicht über die äußere Gleitebene 15 im Rahmen der Klemmeinheit hinaus.
Konstruktiv können die doppeltwirkenden Zylinder 4 an den Stirnenden des Gehäuses, je ein Zylinder (Fig. 1) am jeweiligen Stirnende, oder die Zylinder 4, 5 in einer Tandem-Anordnung (Fig. 2) montiert werden. In diesem Fall ergeben sich in den beiden Zylindern des Viertaktmotors zwischen den Zylinderköpfen und den doppeltwirkenden Kolben vier Räume zur gleichzeitigen Ausführung von vier Arbeitstakten.
Für die Ausführung gemäß Fig. 1:

A1 und A4 sind die Räume zwischen dem äußeren Zylinderkopf 19 des Zylinders 4 und dem Kolben 6;
A2 und A3 sind die Räume zwischen dem Kolben 6 und dem Zylinderkopf 9.

Für die Ausführung gemäß Fig. 2:

A1 ist der Raum zwischen dem äußeren Zylinderkopf 19 des Zylinders 4 und dem Kolben 6;
A2 ist der Raum zwischen dem Kolben 6 und dem Zylinderkopf 10 des Zylinders 5;
A3 ist der Raum zwischen dem Zylinderkopf 10 des Zylinders 4 und dem Kolben 6;
A4 ist der Raum zwischen dem Kolben 6 und dem Zylinderkopf 9 des Zylinders 5.

Bei der Verbrennung des Kraftstoffgemisches im Raum A1 wird die Energie des Gasdrucks dazu genutzt, eine Frischladung im Raum A2 anzusaugen und die Abgase aus dem Raum A3 zu verdrängen. Die Verdichtung der Frischladung im Raum A4 trägt dazu bei, dass die träge Hin- und Herbewegung der Masse der Kolben 6 und der Stangen 7 mit dem Rahmen 11 der Klemmeinheit zum Stillstand kommt, ohne dass die Rotationsenergie der Welle 2 eingesetzt wird. Die restliche Energie des Gasdrucks wird dazu genutzt, die Hin- und Herbewegung des Rahmens 11 mit Hilfe des Gleitstücks 13 an der Kurbel 3 in die Drehbewegung der Welle 2 des Motors umzuwandeln. Die Energie des Gasdrucks wird vom Kolben 6 über die Stange 7 zum Rahmen 11 erzeugt. In diesem Fall erfährt die Rotationsträgheit der Welle 2 minimale wechselnde Belastungen und wirkt bei der Ansaugung einer Frischladung, dem Ausstoß der Abgase und der Unterbrechung der trägen Hin- und Herbewegung der Kolben 6 und der Stangen 7 mit dem Rahmen 11 nicht mit.
Beim Prototyp wird die der Achse der Welle 2 senkrechte Seitenkraft durch das Gleitstück 13 auf der Kurbel 3 der Welle 2 im Körper 11 des Rahmens der Klemmeinheit ausgeübt. Dabei wird die der Wellenachse senkrechte Seitenkraft durch die Hülsen 8 der Stangen 7 im Motorgehäuse 1 sowie durch die Zylinder 4 von den Seitenflächen der Kolben 6 in der Hochtemperaturzone mit wenig Schmiermittel aufgenommen. Bei dem beanspruchten Motor wird die der Achse der Welle 2 senkrechte Seitenkraft, die vom Gleitstück 13 auf der Kurbel 3 der Welle 2 im Körper 11 des Rahmens der Klammeinheit ausgeübt wird, von den Seitenflächen 16 des Körpers 11 des Rahmens der Klemmeinheit in den Führungsflächen 18 des Motorgehäuses 1 mit einer tiefen Temperatur und einer erforderlichen Menge an Schmierung aufgenommen. Dies führt zu einer raschen Verringerung der mechanischen Verluste und somit zu einer Reduzierung des Verbrauchs von Kraftstoff, der für eine erforderliche Motorleistung notwendig ist, sowie zu einer erhöhten Lebensdauer des Motors. Gleichzeitig kann eine Leistung von mehr als 150 Pferdestärken von einem Liter Hubvolumen erreicht werden.

Claims

Motor mit einem Schubkurbeltrieb weist ein Gehäuse (1) auf. Innerhalb des Gehäuses ist eine Welle (2) mit einer Kurbel (3) und mindestens zwei Zylindern (4, 5) mit Kolben (6) auf Stangen (7) angeordnet. Die Enden der Stangen (7) verlaufen von den Kolben (6) durch Führungshülsen (8) und sind miteinander anhand einer Klemmeinheit verbunden.
Die Klemmeinheit besteht dabei aus einem Körper (11) in Form eines Rahmens mit rechteckigem Querschnitt und inneren führenden Gleitflächen (12) für ein Gleitstück (13). Das Gleitstück (13) befindet sich zwischen den Führungsflächen. Es ist frei beweglich zwischen den führenden Gleitflächen (12) und drehbar auf der Kurbel (3) der Welle (2) montiert. Das Gleitstück (13) ist dabei aus zwei miteinander verbundenen Hälften mit Schmiernuten (14) ausgeführt.

Der Motor ist dadurch gekennzeichnet,

dass die Führungshülsen (8) in den Zylinderköpfen (9, 10) angeordnet sind. Der Körper des Rahmens der Klemmeinheit ist mit seinen Seitenflächen, welche mit den Schmiernuten (17) versehen sind, zwischen den Führungsflächen des Motorgehäuses frei beweglich entlang der Achse der Zylinder mit den doppeltwirkenden Kolben eingebaut. Die Schmiernuten (14) am Gleitstück (13) reichen nicht über die Ebene der inneren führenden Gleitfläche im Rahmen der Klemmeinheit hinaus.
Motor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Welle eine oder mehr als eine Kurbel aufweist.
Motor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass er für den Zweitakt- oder Viertaktbetrieb ausgelegt ist.
Motor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zylinder mit den doppeltwirkenden Kolben einzeln oder im Tandem an den Stirnenden des Gehäuses montiert sind.