WO1990002867A1 - Pendelkolbenmaschine - Google Patents

Pendelkolbenmaschine Download PDF

Info

Publication number
WO1990002867A1
WO1990002867A1 PCT/CH1989/000165 CH8900165W WO9002867A1 WO 1990002867 A1 WO1990002867 A1 WO 1990002867A1 CH 8900165 W CH8900165 W CH 8900165W WO 9002867 A1 WO9002867 A1 WO 9002867A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pendulum
piston
pendulum piston
piston machine
connecting rod
Prior art date
Application number
PCT/CH1989/000165
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Willi Ernst Salzmann
Original Assignee
Willi Ernst Salzmann
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Willi Ernst Salzmann filed Critical Willi Ernst Salzmann
Priority to DE58909682T priority Critical patent/DE58909682D1/de
Priority to EP89909535A priority patent/EP0390882B1/de
Publication of WO1990002867A1 publication Critical patent/WO1990002867A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B9/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups
    • F01B9/02—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with crankshaft
    • F01B9/026—Rigid connections between piston and rod; Oscillating pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/18—Other cylinders
    • F02F1/183—Oval or square cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/0015—Multi-part pistons
    • F02F3/0023—Multi-part pistons the parts being bolted or screwed together
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B11/00—Reciprocating-piston machines or engines without rotary main shaft, e.g. of free-piston type
    • F01B11/004—Reciprocating-piston machines or engines without rotary main shaft, e.g. of free-piston type in which the movement in the two directions is obtained by two single acting piston motors, each acting in one direction
    • F01B2011/005—Reciprocating-piston machines or engines without rotary main shaft, e.g. of free-piston type in which the movement in the two directions is obtained by two single acting piston motors, each acting in one direction with oscillating pistons, i.e. the pistons are arranged in ring like cylinder sections and oscillate with respect to the center of the ring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F2200/00—Manufacturing
    • F02F2200/04—Forging of engine parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00—Metals
    • F05C2201/04—Heavy metals
    • F05C2201/0433—Iron group; Ferrous alloys, e.g. steel
    • F05C2201/0448—Steel

Definitions

  • the present invention relates to an improvement on a pendulum kol benmaschi ne.
  • a pendulum piston machine is known for example from WO 88/06675.
  • the machine has at least one pendulum piston fixed to a connecting rod, the edge of which runs in a preferably curved cylinder.
  • the object of the present invention to improve the design of the pendulum piston ben aschi ne in such a way that the unavoidable lateral mass acceleration that occurs occurs as little as possible, the remaining lateral displacement of the piston by corresponding design of the sealing elements of the displacements can pick up and guide the piston. Because of the described lateral displacement, the displacement path of the sealing elements is considerably greater than in known piston machines, in which the sealing elements only have to be displaced in the region of slight play and the additional wear that occurs.
  • FIG. 8 shows an enlarged detail of the piston guide and sealing element according to FIGS. 7 and
  • FIG. 1 a shows the movement curve of the piston center 1, the lateral displacement being shown in a five-fold increase.
  • the top dead center is designated 2, the bottom dead center 3.
  • the cylinder walls 4 are curved for geometric reasons so that the distance between the face seals remains constant during the course of the movement.
  • the elongated figure-of-eight curve results, which is traversed when the crankshaft runs clockwise according to the arrows.
  • the maximum horizontal amplitude of this curve is approximately 0.8% of the piston stroke and is therefore very small.
  • the curve according to FIG. 1a is described from the center of a piston, the end seals of which do not move relative to the piston.
  • FIG. 1a shows the movement curve of the piston center 1, the lateral displacement being shown in a five-fold increase.
  • the top dead center is designated 2, the bottom dead center 3.
  • the cylinder walls 4 are curved for geometric reasons so that the distance between the face seals remains constant during the course of the movement.
  • FIG. 1b shows the trajectory of the center of a pendulum, the end seals of which are freely movable relative to the piston. This curve corresponds to an abstraction in gravity-free space.
  • the elongated figure eight according to FIG. 1b is achieved with an optimal counterweight and shows the cam path of the piston center 1 above the piston stroke with the unguided, freely movable pendulum piston ben. It was determined mathematically and experimentally, and it was shown that it In the opposite sense, the curve is traversed as the essentially slender figure-eight curve according to FIG. A smaller increase in the counterweight results in an asymmetrical figure-eight curve according to FIG.
  • the cylinder crankcase 5 according to FIGS. 2 and 3 has curved cylinder walls 4 which connect to an internally circular crankcase 6.
  • This is articulated on the crank pin 10 and is so large in diameter that it acts as an optimal counterweight.
  • the connecting rod shaft 8 is hollow and therefore light.
  • a unit 7-9 intended as a straight rod (pendulum olben - connecting rod shaft - counterweight)
  • one rod end runs through the movement curve according to FIG. 1b if the length of the counterweight is exactly one third of the rod length.
  • the unit 7-9 can be cast or forged from two half parts which abut one another in the pendulum plane 11 or the normal plane 12 and are connected to one another.
  • the sealing strips 14 are slidably mounted and connected to one another by compression springs 15.
  • These springs 15 are axially displaceably mounted in the longitudinal bores of the pendulum piston and cause the sealing strips 14 to bear continuously against the cylinder walls 4.
  • Shorter compression springs 16 are supported in the blind holes of the pendulum piston, which reach only approximately to the center of the piston, and are supported in their bases and serve to center the piston laterally within the cylinder walls 4 Spring detection and pretensioning ensure that the pendulum piston runs safely and with as little friction as possible, the center point 1 of which, as the speed increases, runs on movement curves between Fig.la to approximately Fig. 1b.
  • Two or more helical springs 15 and / or 16 can be arranged coaxially one inside the other or can be replaced by other elastic means.
  • the housing 5 is machined from the front. After disassembly of the inner flat front cover 17, the only two movable main parts of the engine, namely the unit 7-9 and the crankshaft 18 with counterweight 19 mounted on both sides of the friction roller 20, are easily accessible.
  • FIG. 6 this is done analogously to FIG. 2a by coil springs 15, which, however, are not stored in bores, but in milled grooves 36 of the pendulum piston 37.
  • This requires a removable piston head 38, which allows simple replacement of the piston guide and sealing elements from above.
  • the central screw 39 serves as a center stop which is provided with a gap 40. wound piston guide spring 41.
  • FIG. 7 shows a very simple, elastic piston guide by means of gas-filled spring elements 50 arranged on the end face made of highly heat-resistant, flexible material, for example PTFE.
  • These cushion-like spring elements 50 guide the piston diametrically via end strips 51 and set the closed ends of the side sealing strips 52, at the same time sealing the overlapping joints of the sealing strips 51 and 52.
  • These gas-filled spring elements thus replace the otherwise usual wave springs.
  • a removable piston head 38 is unnecessary for assembly reasons and also because this progressive and silent air suspension means that a long service life can be expected.
  • the inner flanks 53 of the end strips 51 and the base 54 of their guide grooves 55 must have a claw-shaped profile, according to FIGS. 8A and 8B, to which the cushion 50 clings wrinkle-free when pressed (FIG. 8B), and the Schl also shaped cover of the cushion 50 must be wrapped with stretchable fabric, for example made of carbon or Kevlar fibers.
  • the connecting rod shaft 60 with support and cooling ribs 61, is hollow cast, the core is supported by the opening 62, which is turned off by the semicircular gas slide 63.
  • the connecting rod shaft 60 ends in the upper half 66 of the connecting rod eye, the large diameter of which is hindered by dynamic demands, as explained under FIGS. 2 and 3.
  • the connecting rod cover 67 with balancing holes 67 ' is fastened by screws 68, the countersinks 69 of which are rendered harmless by a cover tape 70 with a tensioning screw 71.
  • the cover band 70 can have fine transverse grooves 72 with a labyrinth effect on the outside, especially if it consists of plastic instead of steel.
  • the large diameter of the connecting rod eye 66, 68 results in a large inner diameter of the crankcase, which is closed by the cover 32.
  • the pumping work is partially recovered from "top" dead center (FIG. 4) to point 73.
  • the throttle valve is not in the intake manifold 74, but in the form of two Um connected by a long hub! uf.tkl appen 75 directly behind the side flushing channels 78.
  • the cylinder is switched off or the engine is idling 75 ', almost the full amount of charge air is returned to intake 79 and recirculated with little loss.
  • Channels 80 lead from the flushing channels 78 to the Low pressure injector 81 (air wrap of the jet).
  • grooves 82 of the connecting rod eye and bores 83 and 84 which are arranged at a suitable location, can be used to meter the lubricating oil as required (recirculation flaps 75) and to be sucked in without a pump.
  • Minimum oil consumption (the aim is to achieve a per mille) is the top priority for two-stroke engines today, which is probably only possible with low-friction floating pistons (the sealing strips of which may even have rotating ceramic needles).
  • the position of the engine in the room is also decisive for lubrication and piston travel, preferably inclined to the left in FIGS. 4 and 2 (by approximately 15 ° to 150 °).
  • the elastic motor fastening can take place on threaded eyes 82 of the lower part 32.
  • the cylinder head 31 is made, for example, of cast iron or ceramic, cermet without liquid cooling, and is therefore very easy to disassemble .
  • Dr. Merritt from Coventry Polytechnic, it contains a combustion chamber formed by the trough 83 and the plate 84, which is at least partially filled, for example, with heat-resistant steel wool 85, some of which or completely coated with precious metal.
  • this combustion chamber is ideally flowed through in direct current by the charge, which ignites at start and low load on the spark plug 86, but otherwise on the steel wool 85 (secondary ignition with catalytic Combustion). This should result in the lowest fuel consumption and save an external catalytic converter.
  • the elongated, cylindrical combustion chamber of FIGS. 11 and 12 of WO 88/06675 is also of interest, in particular in connection with direct injection (diesel, gasoline, gas or multi-substance).
  • direct injection diesel, gasoline, gas or multi-substance
  • a conventional, hemispherical and / or semi-cylindrical combustion chamber according to FIG. 3 is also possible.
  • the round pendulum piston 88 with a connecting rod 89 and counterweight 90 is suitable for four-stroke engines of all kinds.
  • a tried and tested seal consists of the guide ring 90 with an overlapped joint 91 in the transverse plane 92 and a radially freely movable one above it Feuerring 93 and an oil ring 94.
  • the elastic Kol ben Installation takes place through two semi-circular, gas-filled pressure hoses 95, which are surrounded by a flexible band 96, for example made of PTFE.
  • a corrugated profile of the inside of the band and the bottom of the groove, analogous to FIG. 8, is advantageous.
  • the pendulum piston 88 can also have, for example, a square layout (suitable for four valves).
  • Figures 9 and 10 also stand for, but only single-stage and therefore voluminous compressors.
  • a two-stage high-performance compressor can be derived from the internal combustion engine according to FIGS. 3 and 4.
  • a wider, preferably quadratic pendulum piston and a much larger overflow slot 97 serve for this purpose, and if necessary an end channel 98.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
  • Compressor (AREA)
  • Fluid-Damping Devices (AREA)
  • Forklifts And Lifting Vehicles (AREA)
  • Lubrication Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

Die Pendelkolbenmaschine, mit einem Zylinderkurbelgehäuse (5) mit gewölbten Zylinderwänden (4) und einem innen kreisförmigen Kurbelgehäuse (5) hat einen Pendelkolben (7) mit integriertem Pleuelschaft (8) und einem kreisförmigen Pleuelauge (9). Dieses ist als Gegengewicht ausgestaltet. Hierdurch lassen sich bestimmbare Kurvenformen erzeugen, die vom Kolbenmittelpunkt (1) beschrieben werden. Dies ergibt eine schwebende Bewegung des Pendelkolbens (7) mit geringen Seitenkräften. Die dabei auftretenden, grösseren, seitlichen Amplitude verlangen spezielle Dichtleisten (14) mit entsprechenden Druckfedern (15).

Description

Pendel kolben aschine
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung an einer Pendel kol benmaschi ne . Eine derartige Pendel kol ben- maschine ist beispielsweise aus der WO 88/06675 bekannt. Die Maschine weist wenigstens einen an einer Pleuelstange festen Pendelkolben auf, dessen Rand in einem vorzugsweise eingewölbten Zylinder läuft.
In der vorgenannten Publikation WO 88/06675 (Salzmann) wurde von der Annahme ausgegangen, dass dank des erfin- dungsgemässen, unterhalb der Pleuelstange angeordneten Gegengewichtes sich der Kol enmittel punkt auf einer Ge- raden und der Kolben somit ohne Seitenkräfte im Zylinder sich bewege. Diese Ansicht wurde aufgrund von Modellver¬ suchen vertreten, bei denen trotz stroboskopi scher Be¬ leuchtung dieser Eindruck entstand. Wie spätere mathema¬ tische Untersuchungen und Versuche mit grösseren Modellen zweifellos ergeben haben, sind sehr geringe Abweichungen von der Geraden unvermeidlich. Der Motorenkonstrukteur muss folglich mit der festgestellten Bedingung einer feinen Kolbenschwingung in Querrichtung seiner Bewegung leben. Messungen haben ergeben, dass Beschleunigungen im Bereich des Zylinderkopfes, verursacht durch dies seit¬ lichen Schwingungen, Werte im Bereiche von 20-30g er¬ reichen.
Es ist folglich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die eingangs erwähnte Pendel kol ben aschi ne konstruktiv so zu verbessern, dass die auftretende, unvermeidliche seitliche Massenbeschleunigung möglichst gering bleibt, wobei die verbleibende seitliche Verschiebung des Kolbens durch ent¬ sprechende Gestaltung deren Dichtelemente die Verschie¬ bungen aufnehmen und den Kolben führen kann. Wegen der beschriebenen, seitlichen Verschiebung ist der Verschie¬ bungsweg der Dichtelemente erheblich grösser als bei be¬ kannten Kol benmaschi nen, bei denen die Dichtelemente nur im Bereich eines geringen Spiels und des zusätzlich auf¬ tretenden Verschl ei sses verschoben werden müssen.
Diese Aufgabe löst eine Pendelkolbenmaschine mit den kenn¬ zeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1. Weitere er- findungsge ässe Vorteile gehen aus den abhängigen An- Sprüchen hervor und sind in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. In der anliegenden Zeichnung sind einige Aus¬ führungsbeispiele skizziert. Es zeigt:
Fig. la-d) verschiedene Bewegungskurven des Kolbenmittel¬ punktes in fünffacher Ueberhöhung der seitlichen Bewegungen;
Fig.2, 2a und 3 einen kleinen Einzylinderfahrrad-Hilfs¬ motor im . Quer- und Längsschnitt mit einer De¬ tail darstell ung der Kol benführungs- und Dich¬ tungsei emente;
Fig. 4 und 5 einen kleinen Reihenmotor im Quer- und Längs¬ schnitt
Fig. 6 und 7 zeigen Kol benführung- uncT di chtel emente zum Motor nach Figur 4 und 5 im Grundriss;
Fig. 8 zeigt ein vergrössertes Detail des Kolbenfüh- rungs- und Dichtelementes nach Figur 7 und
Fig. 9 und 10 einen vereinfachten, fest auf einer Pleuel¬ stange sitzender Pendelkolben im teilweisen Querschnitt und Horizontal schnitt .
Figur la zeigt die Bewegungskurve des Kol benmittel punktes 1, wobei die seitliche Verschiebung in fünffacher Ueber- höhung dargestellt ist. Der obere Totpunkt ist mit 2, der untere Totpunkt mit 3 bezeichnet. Die Zylinderwände 4 sind aus geometrischen Gründen eingewölbt, damit die Distanz zwischen den Stirndichtungen während des Bewegungsablaufes konstant bleibt. Bei günstigen Verhältnissen zwischen der Kolbenlänge und dem Kolbenhub ergibt sich die langge¬ streckt achterförmige Kurve, die bei Rechtslauf der Kur¬ benwelle gemäss den Pfeilen durchlaufen wird. Die maximale horizontale Amplitude dieser Kurve beträgt ungefähr 0,8% des Kolbenhubs und ist somit sehr klein. Die Kurve gemäss Figur la wird vom Mittelpunkt eines Kolbens beschrieben, dessen Stirndichtungen relativ zum Kolben sich nicht bewegen. Dem gegenüber zeigt die Figur lb die Bahnkurve des Mittelpunktes eines Pendel ol bens, dessen Stirndich¬ tungen relativ zum Kolben frei beweglich sind. Diese Kurve entspricht einer Abstraktion im gravitationsfreien Raum. Die langgestreckte Acht gemäss Figur lb wird bei optimalen Gegengewicht erreicht und zeigt die Kurvenbahn des Kolbenmittelpunktes 1 über dem Kolbenhub bei ungeführtem, frei beweglichen Pendel kol ben. Sie wurde mathematisch und experimentell bestimmt, wobei sich gezeigt hat, dass sie im entgegengesetzten Sinne durchlaufen wird als die wesen¬ tlich schlankere achterförmi ge Kurve gemäss Figur la. Eine geringere Vergrösserung des Gegengewichts ergibt eine asymmetrische achterförmi ge Kurve gemäss Figur lc, mit dem Vorteil, dass die Schwingungsamplitude des Kol benmi ttel - Punktes 1 in seitlicher Richtung im Bereich des oberen Kolbentotpunktes klein ist. Daher müssen die unter hohem Gasdruck stehenden Dichtleisten auf ihrer Unterlage sich nur wenig verschieben. Diese Verschiebungen der Stirn¬ dichtungen bewirken, dass ein Verkoken unmöglich ist. Die Kurve entsprechend Figur Id entsteht, wenn das Gegenge¬ wicht noch etwas vergrössert wird. Bei sukzessiver Ver¬ kleinerung des Gegengewichts vom Wert gemäss Figur lb ent¬ stehen die Bahnkurven gemäss den Figuren lc und d, jedoch auf dem Kopf stehend.
Das Zylinderkurbelgehäuse 5 gemäss Figur 2 und 3 hat gewölbte Zylinderwände 4, die an ein innen kreisförmiges Kurbelghäuse 6 anschl iessen . Darin läuft der im Quer¬ schnitt rechteckige Pendelkolben 7 mit integriertem Pleu¬ elschaft 8 und kreisförmigem Pleuelauge 9. Dieses ist am Kurbelzapfen 10 angelenkt und im Durchmesser so gross, dass es als optimales Gegengewicht wirkt. Das ist erstaun- licherweise möglich, weil erstens die untere Hälfte des Pleuelauges 9 auf die Reduzierung der seitlichen Bewegung des Kolbenmittelpunktes 1 doppelt so stark wirkt wie die obere Hälfte, und weil zweitens der Pleuelschaft 8 hohl ausgebildet und daher leicht ist. Bei einer als geraden Stab gedachten (Pendel olben - Pleuelschaft - Gegenge¬ wicht) Einheit 7-9 durchläuft das eine Stabende die Bewe¬ gungskurve gemäss Figur lb, wenn die Länge des Gegenge¬ wichts genau ein Drittel der Stablänge beträgt. Die Ein¬ heit 7-9 kann aus zwei Halbteilen gegossen oder ge¬ schmiedet sein, die in der Pendelebene 11 oder der Normal¬ ebene 12 anei nanderstossen und miteinander verbunden sind.
In stirnseitigen Nuten des Pendel kolbens 7 sind die Dicht¬ leisten 14 verschiebbar gelagert und durch Druckfedern 15 miteinander verbunden. Diese Federn 15 sind in Längsboh¬ rungen des Pendelkolbens achsial verschiebbar gelagert und bewirken, dass die Dichtleisten 14 dauernd an den Zy¬ linderwänden 4 anliegen. Kürzere Druckfedern 16 sind in nur etwa bis zur Kolbenmitte reichenden Sacklöchern des Pendelkolbens gelagert und in deren Grund abgestützt und dienen der seitlichen Zentrierung des Kolbens innerhalb der Zylinderwände 4. Ihre optimale Abstimmung bezüglich Federkennung und Vorspannung gewährleistet einen sicheren und möglichst reibungsarmen, schwebenden Lauf des Pendel¬ kolbens, dessen Mittelpunkt 1 bei steigender Drehzahl auf Bewegungskurven zwischen Fig.la bis angenähert zu Fig. lb läuft. Zwei oder mehr Schraubenfedern 15 und/oder 16 kön¬ nen koaxial ineinander angeordnet, oder durch andere elastische Mittel ersetzt sein.
Das Gehäuse 5 wird von der Stirnseite her bearbeitet. Nach der Demontage des innen ebenen Stirndeckels 17 sind die nur zwei beweglichen Hauptteile des Motors, nämlich die Einheit 7-9 und die beidseits der Reibrolle 20 gelagerte Kurbelwelle 18 mit Gegengewicht 19, leicht zugänglich.
Vom schrägen Vergaserstutzen 21 her gelangt das Gemisch in das .innen kreiszylindrische Kurbelgehäuse 6, in dem die Einheit 7 bis 9 mit geringem, achsiale und radialem Spiel läuft und somit einen vol umetri sehen Lader bildet, der die Elastizität und Leistungsdichte des im Zweitakt arbeiten¬ den Motors enorm verbessert. Der Pendelkolben 7 steuert die beidseitigen Spül- und Auslassschlitze 23,24 in per¬ fekter Weise asymmetrisch zu den Kolbentotpunkten, was günstige Verbrauchswerte ergibt. Die Spülung erfolgt um den Kolbenschaft 8 herum, was gerundete Ecken 25 erfor¬ dert. Dies kann auch durch den Kolbenschaft mit Fenstern hindurch erfolgen, wie dies in der eingangs genannten Publikation WO 88/06675 bereits beschrieben ist, wodurch der Kolbenboden von unten her gekühlt wird. Der Ein- oder Mehrzylindermotor gemäss Fig. 4 und 5 ist in üblicher Bau¬ weise gestaltet mit einteiligem Gusseisenblock 30 und aufgeflanschten Zylinderkopf 31 und Kurbelgehäuse- Unter¬ teil 32, doch haben die Zylinder rechteckigen Querschnitt. Ihre vorgegossenen, innen gewölbten Wände 34 und ebenen Wände 35 können beispielsweise durch spezielle Räumwerk¬ zeuge bearbeitet werden, was eine Approximierung der mathematisch genauen Kurvenform durch einen Kreisbogen 34 mit konstantem Radius nahelegt und wegen der relativ weichen , elastischen Kol benführung möglich ist.
Diese erfolgt gemäss Figur 6 analog zu Figur 2a durch Schraubenfedern 15, die jedoch nicht in Bohrungen, sondern in gefrästen Nuten 36 des Pendel kolbens 37 gelagert sind. Dies verlangt einen demontierbaren Kolbenboden 38, der ein einfaches Auswechseln der Kolbenführungs- und Dichtungs¬ elemente von oben her erlaubt. Dabei dient die zentrale Schraube 39 als Mittenanschlag der mit einer Lücke 40 ge- wickelten Kolbenführungsfeder 41. Durch kammartige Aus¬ bildung der Innenseite der Dichtleisten 42 wird deren Führung verbessert, wobei die im Querschnitt quadratischen Zähne 43 genau in die Nuten 36 passen und die Federn 15 und 41 vor heissen Brenngasen schützen.
Als Alternative zeigt Figur 7 eine sehr einfache, elastische Kol benführung durch stirnseitig angeordnete, gasgefüllte Federelemente 50 aus hochhi tzfeste , flexiblem Material, beispielsweise PTFE. Diese polsterähnlichen Fe¬ derelemente 50 führen diametral via Stirnleisten 51 den Kolben und stellen mit ihren verschlossenen Enden die Seitendichtleisten 52 an, wobei sie gleichzeitig die über¬ lappenden Stösse der Dichtleisten 51 und 52 abdichten. Diese gasgefüllten Federelemente ersetzen somit die sonst üblichen Wellfedern. Ein demontierbarer Kolbenboden 38 er¬ übrigt sich aus Montagegründen und auch, weil diese pro¬ gressive und geräuschlose Luftfederung eine hohe Lebens¬ dauer erwarten lässt. Hierzu müssen wohl die Innenflanken 53 der Stirnleisten 51 und der Grund 54 ihrer Füh¬ rungsnuten 55 ein krel lenförmiges Profil, gemäss Figur 8A und 8B aufweisen, denen sich das Polster 50 beim Zusammen¬ drücken (Figur 8B) faltenfrei anschmiegt, und die schl auchförmige Hülle des Polsters 50 muss mit dehnfestem Gewebe, zum Beispiel aus Kohle- oder Kevlarfasern um¬ wickelt sein.
Der Pleuelschaft 60, mit Stütz- und Kühlrippen 61, ist hohlgegossen, die Kernlagerung erfolgt durch die Oeffnung 62, die durch die halbkreisförmigen Gasschieber 63 abge¬ dreht werden.
Diese Schieber haben oben und unten auf konzentrischen Kreisen um den Kolbenmittelpunkt 1 liegende Ränder 64 und 65 und sind in entsprechende Ausspannungen der ebenen Seitenwände lose schwenkbar eingelegt. Dadurch machen sie die Pendelbewegungeπ des Pl euel Schafts 60 nicht mit und decken somit die Spül- und Auslassschlitze 23 und 24 in Figur 2, bis zu den gewölbten Zylinderwänden 4 ab. Somit können diese Schlitze breiter gemacht werden, was den Gas¬ wechsel verbessert.
Der Pleuelschaft 60 endet in der oberen Hälfte 66 des Pleuelauges, dessen grosser Durchmesser durch massendyna¬ mische Forderungen behindert ist, wie unter Figur 2 und 3 erläutert. Der Pleueldeckel 67 mit Balancierbohrungen 67' wird durch Schrauben 68 befestigt, deren Ansenkungen 69 durch ein Deckband 70 mit Spannschraube 71 unschädlich ge¬ macht. Zur weiteren Verbesserung der Abdichtung des Pleuelladers 60, 66, 67, 70 kann das Deckband 70 aussen feine Querrillen 72 mit Labyrinthwirkung aufweisen, beson¬ ders wenn es aus Kunststoff statt Stahl besteht. Der grosse Durchmesser des Pleuelauges 66, 68 ergibt einen grossen Innendurchmesser des Kurbelgehäuses, das durch den Deckel 32 abgeschlossen ist.
Dies führt zum erwünschten hohen Ladegrad des Pleuelladers und somit zu extremer Leistungsdichte des Motors (be¬ rechnete Mitteldrücke bis 18 bar).
Die Pumparbeit wird ab "oberem" Totpunkt (Fig. 4) bis zum Punkt 73 teilweise zurückgewonnen. Sofern erforderlich, befindet sich die Drosselklappe nicht im Ansaugstutzen 74, sondern in Form von zwei durch eine lange Nabe miteinander verbundenen Um! uf.tkl appen 75 direkt hinter den seitlichen Spülkanälen 78. Bei Zylinderabschaltung oder Motorleerlauf 75' wird hahezu die volle Ladeluftmenge zum Ansaug 79 zurückbefördert und verlustarm rezirkuliert. Von den Spül¬ kanälen 78 führen Kanäle 80 ,möglichst tangential, zur Niederdruck-Einspritzdüse 81 (Luftumhüll ung des Strahls).
Unter Ausnützung des Unterdruckes des Pleuelladers kann durch anpassender Stelle angeordnete Nuten 82 des Pleuel¬ auges und Bohrungen 83 und 84 das Schmieröl bedarfsdosiert (Umluftklappen 75) und pumpenlos angesaugt werden. Mini¬ malster Oelverbrauch (angstrebt werden ein Promille) ist für Zweitaktmotoren heute oberstes Gebot, was wohl nur mit reibungsarmen Schwebekolben (deren Dichtleisten sogar ro¬ tierende Keramiknadeln aufweisen können) möglich ist. Massgebend für Schmierung und Kolbenlauf ist auch die Mo¬ torlage im Raum, bei Figur 4 und 2 vorzugsweise nach links geneigt (um ca. 15° bis 150°). Die elastische Motorbefest¬ igung kann an Gewindeaugen 82 des Unterteils 32 erfolgen.
Während der Motorblock von Figur 4 und 5 grosse Kühlmit¬ telräume 83 für Wasser oder Oel aufweist, damit die beweg¬ lichen Teile optimal laufen, ist der Zylinderkopf 31 zum Beispiel aus Gusseisen oder Keramik, Kermet ohne Flüssig¬ kühlung, und daher sehr einfach demontierbar. Angeregt durch Arbeiten von Dr. Merritt von Coventry Polytechnic enthält er einen durch die Mulde 83 und die Platte 84 ge¬ bildeten Brennraum, der wenigstens teilweise zum Beispiel mit hitzefester Stahlwolle 85 gefüllt ist, die teilweise oder ganz mit Edelmetall beschichtet ist. Durch die Pen¬ del bewegung des Kolben im Bereich des oberen Totpunktes 2 wird dieser Brennraum in idealer Weise im Gleichstrom von der Ladung durchströmt, die sich bei Start und geringer Last an der Zündkerze 86, sonst aber an der Stahlwolle 85 entzündet (Folgezündung mit Katalytischer Verbrennung). Dies soll geringste Brennstoffverbräuche ergeben und einen äusseren Katalysator ersparen. Auch der langgestreckte, zylindrische Brennraum von Figur 11 und 12 der WO 88/06675 ist von Interesse, insbesondere in Verbindung mit einer Direkteinspritzung (Diesel, Benzin, Gas oder Vielstoff). Indessen ist auch ein üblicher, halbkugel- und'/oder halbzylindrischer Brennraum gemäss Figur 3 möglich.
Der runde Pendelkolben 88 mit Pleuelstange 89 und Gegenge¬ wicht '90 eignet sich für Viertaktmotoren jeder Art. Eine erprobte Abdichtung besteht, gemäss Figur 9A aus dem Füh- rungs.ring 90 mit überlapptem Stoss 91 in der Querebene 92, einem darüber radial frei verschiebbaren Feuerring 93 und einem Oelring 94. Die elastische Kol benführung erfolgt durch zwei halbkreisförmige, gasgefüllte Druckschläuche 95, die von einem flexiblen Band 96, zum Beispiel aus PTFE umgeben sind. Ein wellenförmiges Profil der Innenseite des Bandes und des Nutengrundes, analog Figur 8, ist vorteil- haft. Der Pendelkolben 88 kann auch, zum Beispiel quadratischen Grundriss haben (passend zu vier Ventilen). Figur 9 und 10 stehen auch für, allerdings nur einstufige und daher voluminöse Kompressoren.
Aus dem Verbrennungsmotor gemäss Figur 3 und 4 lässt sich ein zweistufiger Hochleistungskompressor ableiten. Hierzu dient ein breiterer, im Grundriss vorzugsweise quadra¬ tischer Pendelkolben und viel grössere Ueberströmschl itze 97, sowie nötigenfalls ein stirnseitiger Kanal 98.

Claims

P. A T E N T A N S P R U E C H E
1. Pendel kol benmaschi ne, mit eienm Zylinderkurbelgehäuse mit gewölbten Zylinderwänden, die an ein innnen kreis¬ förmiges Kurbelgehäuse anschl iessen, wo ein Pendelkol¬ ben mit integriertem Pleuelschaft mit Pleuelauge an einem Kurbelzapfen angelehnt ist, dadurch gekennzei¬ chnet, dass das Pleuelauge kreisförmig als Gegenge¬ wicht ausgestaltet ist, wobei die Auslegung des Gegen¬ gewichtes zur Erzeugung einer bestimmbaren Kurvenform dient, die vom Kol benmittel punkt beschrieben wird, und dass der Pendelkolben mit Dichtleisten versehen ist, die mindestens eine Verschiebung im Bereich der seit¬ lichen Amplitude der erzeugten Kurvenform zulassen.
2. Pendel kol benmaschi ne nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass Pendel kolben, Pleuelschaft und Gegenge¬ wicht eine Einheit bilden, die aus zwei miteinander verbundenen Halbteilen gefertigt sind.
3. Pendelkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Halbteile in der Pendelebene anein- anderstossen .
4. Pendel ol benmaschi ne nach Anspruch 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Halbteile in einer Normalebene zur Pendelebene aneinander stossen.
5. Pendel kolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass mindestens der Pleuelschaft hohl ausge¬ bildet ist.
6. Pendel kolbenmaschi ne nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Dichtleisten in stirnseitigen Nuten verschiebbar gelagert und über erste Druckelemente miteinander verbunden sind, die ein paralleles Ver¬ schieben der Dichtleisten unter dauernder Anlage an die Zylinderwände gewährleisten und zweite Druckele¬ mente, die eine seitliche Zentrierung des Pendelkol¬ bens bewirken.
7. Pendel kolbenmaschi ne nach Anspruch 6, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die ersten Druckelemente Druckfedern sind, die in durchgehenden Längsbohrungen axial ver¬ schiebbar sind, und die zweiten Druckelemente Druckfe¬ dern, die in parallel zu den Durchgangsbohrungen in Sacklöchern untergebracht sind.
8. Pendel kolbenmaschi ne nach Anspruch 6, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass der Pendelkolben eien demontierbaren Kolbenboden aufweist, unter dem im Pendelkolben mehre¬ re parallele Nuten angeordnet sind, in denen die Druckelemente angebracht sind.
9. Pendelkolbenmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass der Kolbenboden mit einer zentralen Schraube auf den Pendelkolben . montiert ist, der gleichzeitig als Anschlag für die zweiten Druckele¬ mente dient.
10. Pendel kol benmaschi ne nach Anspruch 6, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Stirnleisten in stirnseitigen Nuten verschiebbar gelagert sind, , obei diese durch ge¬ schlossene, gasgefüllte, schlauchartige Federelemente aus hochhi tzefeste , flexiblem Material mit Druck an die Zylinderwände gedruckt sind, und dass die Feder¬ elemente gleichlang wie die Stirnleisten sind und so mit ihren geschlossenen Enden auch auf die seitlichen Leisten Druck ausüben.
11. Pendel kol benmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekenn¬ zeichnet,dass die Innenflanken der Stirnleisten und der Grund ihrer Führungsnuten ein wellenförmiges Pro¬ fil aufweisen.
12. Pendelkolbenmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die schlauchartigen Federelemente mit dehnfestem Gewebe umwickelt sind.
13. Pendel kol enmaschi ne nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Penel kol benmaschi ne ein Motor ist, der mit einer um 15° bis 150° von der Verikalen abwei¬ chenden Lage montiert ist.
14. Pendel kolben aschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass der Brennraum teilweise mit einer hitzebeständigen, mindesten teilweise mit Edelmetall beschichteten Stahlwolle gefüllt ist.
15. Pendel kolbenmaschi ne nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass der Pendelkolben eine runde Quer¬ schnittsform aufweist und mit einem runden Führungs¬ und Dichtelement vesehen ist.
16. Pendel kol benmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass das Führungs- und Di chtuπgsel ement ein Ring ist, der mittels zwei halbkreisförmigen, gasge¬ füllten Druckschl uchen radial verschiebbar geführt ist.
17. Pendel kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass dieser als Kompressor ausgestaltet ist.
PCT/CH1989/000165 1988-09-07 1989-09-07 Pendelkolbenmaschine WO1990002867A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE58909682T DE58909682D1 (de) 1988-09-07 1989-09-07 Pendelkolbenmaschine
EP89909535A EP0390882B1 (de) 1988-09-07 1989-09-07 Pendelkolbenmaschine

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH3348/88-6 1988-09-07
CH334888 1988-09-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1990002867A1 true WO1990002867A1 (de) 1990-03-22

Family

ID=4254031

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CH1989/000165 WO1990002867A1 (de) 1988-09-07 1989-09-07 Pendelkolbenmaschine

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP0390882B1 (de)
JP (1) JPH03501044A (de)
AT (1) ATE138154T1 (de)
AU (1) AU4075489A (de)
DE (1) DE58909682D1 (de)
WO (1) WO1990002867A1 (de)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996020332A1 (de) * 1994-12-24 1996-07-04 Willy Ernst Salzmann Pendelkolbenmotor und pendelkolbenkompressor
US5542491A (en) * 1994-01-05 1996-08-06 Mercedes Benz-Ag Scuttle structure for a motor vehicle having a drive unit arranged at the front
DE102008045580B3 (de) * 2008-01-10 2009-05-07 Manfred Wanzke Pleuelkolbenkompressor
DE102009005397A1 (de) 2009-01-19 2010-07-22 Manfred Wanzke Pleuelkolbenkompressor mit drehteilsegmentförmiger Dichtung
US8206137B2 (en) 2007-11-30 2012-06-26 Hitachi, Ltd. Cylinder apparatus, compressor and manufacturing method of cylinder apparatus
EP3211228B1 (de) * 2016-02-26 2020-07-08 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Hydraulikmaschine und windturbinenstromerzeugungsvorrichtung

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2528748B (en) * 2014-06-03 2016-08-17 Pattakos Manousos Asymmetric transfer and intake in two-strokes

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1380659A (en) * 1916-04-26 1921-06-07 Layman Pressed Rod Company Inc Link, lever, and the like
DE2161841A1 (de) * 1971-12-13 1973-06-20 Ewald Harr Kreiskolben-brennkraftmaschine
DE2915848A1 (de) * 1979-04-19 1980-11-06 Helmut Thurner Verdichter- und sauggeraet und kolben fuer dieses geraet
DE3542071A1 (de) * 1984-12-08 1986-06-12 Volkswagen AG, 3180 Wolfsburg Pleuelstange

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6041202B2 (ja) * 1976-11-25 1985-09-14 有限会社内木場エンジン研究所 ロツキングピストンエンジン
CH629286A5 (en) * 1977-02-24 1982-04-15 Salzmann Willi Ernst Self-aligning-piston machine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1380659A (en) * 1916-04-26 1921-06-07 Layman Pressed Rod Company Inc Link, lever, and the like
DE2161841A1 (de) * 1971-12-13 1973-06-20 Ewald Harr Kreiskolben-brennkraftmaschine
DE2915848A1 (de) * 1979-04-19 1980-11-06 Helmut Thurner Verdichter- und sauggeraet und kolben fuer dieses geraet
DE3542071A1 (de) * 1984-12-08 1986-06-12 Volkswagen AG, 3180 Wolfsburg Pleuelstange

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5542491A (en) * 1994-01-05 1996-08-06 Mercedes Benz-Ag Scuttle structure for a motor vehicle having a drive unit arranged at the front
WO1996020332A1 (de) * 1994-12-24 1996-07-04 Willy Ernst Salzmann Pendelkolbenmotor und pendelkolbenkompressor
US8206137B2 (en) 2007-11-30 2012-06-26 Hitachi, Ltd. Cylinder apparatus, compressor and manufacturing method of cylinder apparatus
DE102008045580B3 (de) * 2008-01-10 2009-05-07 Manfred Wanzke Pleuelkolbenkompressor
WO2009086809A1 (de) * 2008-01-10 2009-07-16 Manfred Wanzke Pleuelkolbenkompressor
DE102009005397A1 (de) 2009-01-19 2010-07-22 Manfred Wanzke Pleuelkolbenkompressor mit drehteilsegmentförmiger Dichtung
DE102009005397B4 (de) * 2009-01-19 2011-02-17 Manfred Wanzke Pleuelkolbenkompressor mit drehteilsegmentförmiger Dichtung
EP3211228B1 (de) * 2016-02-26 2020-07-08 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Hydraulikmaschine und windturbinenstromerzeugungsvorrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
AU4075489A (en) 1990-04-02
DE58909682D1 (de) 1996-06-20
ATE138154T1 (de) 1996-06-15
EP0390882A1 (de) 1990-10-10
EP0390882B1 (de) 1996-05-15
JPH03501044A (ja) 1991-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0303649B1 (de) Pendelkolbenmaschine
DE69625814T2 (de) Gegenkolben brennkraftmaschine
DE3245246A1 (de) Nockenbetaetigte hubkolbenmaschine
DE3540441C2 (de)
DE2911889C2 (de)
DE3736724A1 (de) Brennkraftmaschine
EP2032801A1 (de) Rotationshubkolbenmaschine
DE19724225A1 (de) Steuerbarer Kurbelradius eines Hubkolbenverbrennungsmotors
DE112017002489T5 (de) Doppelkurbelwellenmotor
DE10304686A1 (de) Verbrennungsmotor mit veränderbarem Verdichtungsverhältnis
DE60126626T2 (de) Brennkraftmaschine mit rotierendem zylinderventil
DE69928781T2 (de) Zylinderverbrennungsmotor
WO1990002867A1 (de) Pendelkolbenmaschine
DE60006079T2 (de) Freikolbenbrennkraftmaschine mit kolbenkopf und radial bewegbare kappe
DE19844200A1 (de) Kurbeltrieb für variable Verdichtung
DE3632120C2 (de) Verbrennungsmotor sowie insbesondere für einen solchen Verbrennungsmotor vorgesehene Drehschiebervorrichtung
DE2734447A1 (de) Explosionshubkolbenmotor
DE3921581A1 (de) Verbrennungsmotor
AT502085B1 (de) Hubkolbenverbrennungskraftmaschine
DE2708208A1 (de) Pendelkolbenmaschine
DE102007005228B4 (de) Motor mit einen im Querschnitt rechteckigen Kolben
WO2003078805A1 (de) Verbrennungsmotor mit rotationsventilen
AT501274B1 (de) Verbrennungsmotor
DE4324097A1 (de) Viertakt-Verbrennungsmotor
EP4180625A1 (de) Verbrennungsmotor

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AU DK JP KR SU US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1989909535

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 1989909535

Country of ref document: EP

WWG Wipo information: grant in national office

Ref document number: 1989909535

Country of ref document: EP