DE1027010B

DE1027010B - Internal combustion engine with free-flying piston

Info

Publication number: DE1027010B
Application number: DEK29473A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hermann Klaue
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1955-02-26
Filing date: 1955-02-26
Publication date: 1958-03-27

Description

Brennkraftmaschine mit frei fliegendem Kolben Es sind Brennkraftmaschinen mit frei fliegendem Kolben bekanntgeworden, deren Kolben mit der Abtriebswelle über Schwinghebel, in ihrer wirksamen Länge eingestellbare Hebelarme und in einer Drehrichtung wirksame Kupplungen kraftschlüssig verbunden ist, wobei diese Verbindung nur im Augenblick der Kolbenumkehr unterbrochen ist, so daß eine stufenlose Drehmomentübertragung erreicht wird. Derartige Maschinen mit frei fliegendem Kolben und direkt auf den Abtrieb wirkenden Freilaufkupplungen haben den Vorteil gegenüber Brennkraftmaschinen. bei denen die Kraft des oder der Kolben zunächst auf eine Kurbelwelle wirkt und von hier aus die stufenlose Drehmomentwandlung -durch erneute Umänderung der Drehbewegung in eine hin- und hergehende Bewegung erreicht wird, daß die Geschwindigkeit des bzw. der Kolben sich der Geschwindigkeit der Freilaufkupplung anpaßt. Dadurch greifen die Kupplungen nahezu über den gesamten Kolbenweg, wodurch sie spezifisch gering belastet sind und auch der Wirkungsgrad der Übertragung verbessert wird. Zudem ist der Bauaufwand für diese Maschinen erheblich geringer. Die Brennkraftmaschinen mit der direkten Kraftübertragung von den Kolben auf die Schwingkupplungen haben jedoch gegenüber den Brennkraftmaschinen, bei denen eine Kurbelwelle vorgesehen ist und von hier aus erst die Transformierung der Bewegung vorgenommen wird, den Nachteil, daß kein Schwungrad vorgesehen ist, wodurch allein ein einwandfreier Leerlauf gewährleistet ist.Internal combustion engine with free-flying piston Internal combustion engines with free-flying pistons have become known, the piston of which is frictionally connected to the output shaft via rocker arms, lever arms that can be adjusted in their effective length and clutches effective in one direction of rotation, this connection being interrupted only at the moment of piston reversal, so that a stepless torque transmission is achieved. Such machines with free-flying pistons and overrunning clutches acting directly on the output have the advantage over internal combustion engines. in which the force of the piston or pistons first acts on a crankshaft and from here the stepless torque conversion - by renewed change of the rotary motion into a reciprocating motion is achieved that the speed of the piston or pistons adapts to the speed of the overrunning clutch . As a result, the clutches grip almost the entire piston path, which means that they are specifically lightly loaded and the efficiency of the transmission is also improved. In addition, the construction costs for these machines are considerably lower. The internal combustion engines with direct power transmission from the pistons to the oscillating clutches have the disadvantage, compared to internal combustion engines in which a crankshaft is provided and from here the transformation of the movement is carried out, that no flywheel is provided, which alone ensures perfect idling is guaranteed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu vermeiden. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß der oder die Kolben über mechanische elastische Glieder mit dem Exzenter einer nicht mit der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine in Verbindung stehenden Exzenterwelle gekuppelt sind. «-elche nur zum Antrieb einer Schwungscheibe und von Hilfsmaschinen, wie z. B. Lüfter und Lichtmaschine, dient.The invention is based on the object of avoiding this disadvantage. The inventive solution to this problem is that the piston or pistons Via mechanical elastic links with the eccentric one not with the output shaft the internal combustion engine connected eccentric shaft are coupled. «-Moose only to drive a flywheel and auxiliary machines such. B. Fan and Alternator, serves.

Die unmittelbare Kupplung von Flugkolben mit einem Exzenter- oder Kurbeltrieb, der ein Schwungrad antreibt, ist bekannt. Hierbei wird der Hub der Flugkolben jedoch begrenzt. Ferner ist es bei einer Brennkraftmaschine mit frei fliegendem Kolben und beweglichen Zylinder bekannt, die Hilfvorrichtungen Über ein zwischen Kolben und Pleuelstange angeordnetes elastisches Glied anzutreiben. Es wird dabei jcdoch nicht ohne Verwendung einer Pleuelstange ein Schwungrad, das zur Überwindung der Kopientotpunkte dient, sondern eine Hilfswelle durch eine Pleutl,tange angetrieben. die mit dem Zylinderboden elastisch verbunden ist und bei jedem Hin- und Hergang des Zylinders eiheil schwingenden Hebel antreibt, <ler eine Kurbel in Drehung versetzt. In den Fig. 1 bis 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, nämlich eine Brennkraftmaschine mit einem frei fliegenden, doppelt wirkenden Kolben dargestellt, bei der als nur in einer Drehrichtung wirksame Kupplungen mechanisch sich öffnende und schließende Federbandkupplungen Verwendung finden.The direct coupling of flying pistons with an eccentric or Crank drive that drives a flywheel is known. Here the stroke of the However, flying pistons are limited. It is also free in an internal combustion engine known flying piston and movable cylinder, the auxiliary devices about a to drive the elastic member arranged between the piston and the connecting rod. It a flywheel is not used without the use of a connecting rod, which is used for Overcoming the Kopientotpunkte serves, but an auxiliary wave by a Pleutl, tange driven. which is elastically connected to the cylinder base and and the action of the cylinder drives a swinging lever, a crank set in rotation. In Figs. 1 to 3, an embodiment of the invention is namely an internal combustion engine with a free-flying, double-acting piston shown, in which as only effective in one direction of rotation clutches mechanically opening and closing spring band couplings are used.

Fig. 1 zeigt die Ansicht der Brennkraftmaschine mit einem Doppelkolben und einem Schnitt durch das Abtriebsgehäuse entlang der Linie G-D in Fig. 3, wobei der stufenlos veränderliche Abtrieb zu sehen ist.Fig. 1 shows the view of the internal combustion engine with a double piston and a section through the output housing along the line G-D in Fig. 3, wherein the continuously variable output can be seen.

Den Querschnitt entlang der Linie E-F in Fig. 1 durch den Abtrieb einer Seite stellt Fig. 2 dar.The cross section along the line E-F in Fig. 1 through the output one side is shown in Fig. 2.

Der Längsschnitt durch die Brennkraftmaschine entlang der Linie A-B in Fig. 1 ist in Fig. 3 veranschaulicht.The longitudinal section through the internal combustion engine along the line A-B in Fig. 1 is illustrated in Fig. 3.

In den Figuren ist mit 1 und 2 der durch Stege 3 und 4 verbundene Doppelkolben bezeichnet. Dieser schwingt im Zylinder 5 hin und her und treibt dabei über Federn 6 und 7 sowie Gleithülsen 8 und 9 den Exzenter 10 der Exzenterwelle 11 an, welche mit der als Schwungrad ausgebildeten Lichtanlaßmaschine 12, dem Ladegebläse 13 und dem Kühllüfter 14 gekuppelt ist. Von dem Schwungrad wird auch der Drehschieber 15 angetrieben, der den Einlaß in den Zylinder 5 steuert.In the figures, 1 and 2 are connected by webs 3 and 4 Called double piston. This swings back and forth in the cylinder 5 and drives in the process Via springs 6 and 7 and sliding sleeves 8 and 9, the eccentric 10 of the eccentric shaft 11, which with the flywheel designed alternator 12, the charging fan 13 and the cooling fan 14 is coupled. The rotary valve is also used by the flywheel 15, which controls the inlet to the cylinder 5.

Die Antriebskräfte werden über im Gehäuse 16 gelagerte Gabelhebel 17 und 18 auf die Schwinghebel 19 und 20 übertragen. Zu diesem Zweck ist in den Gabelhebeln 17 und 18 j e eine Nut 21 bzw. 22 vorgesehen. In diesen Nuten sind längs verschiebbar Gleitkörper 23 und 24 angeordnet, mit denen die Schwinghebel 19 und 20 schwenkbar gekuppelt sind. Die Schwinghebel sind in einem verstellbar angeordneten Joch 25 gelagert und stehen über Wellen 26 und 27 mit den Flanschen 28 und 29 in kraftschlüssiger Verbindung, an denen wiederum die Kupplungsfedern 30 und 31 befestigt sind. Die Wellen 26 und 27 tragen die Zahnräder 32 und 33, von denen jedes mit einer Trommel 34 bzw. 35 starr gekuppelt ist. Diese Trommel wird in einer Drehrichtung von der mit dem Flansch 28 bzw. 29 schwingenden Kupplungsfeder 30 bzw. 31 mitgenommen.The drive forces are generated via fork levers mounted in the housing 16 17 and 18 transferred to the rocker arm 19 and 20. For this purpose is in the Fork levers 17 and 18 each have a groove 21 and 22, respectively. In these grooves are longitudinal slidably arranged sliding body 23 and 24, with which the rocker arm 19 and 20 are pivotably coupled. The rocker arms are arranged in an adjustable manner Yoke 25 and stand over shafts 26 and 27 with the flanges 28 and 29 in frictional connection, to which in turn the clutch springs 30 and 31 are attached are. The shafts 26 and 27 carry the gears 32 and 33, from each of which is rigidly coupled to a drum 34 and 35, respectively. This drum will in one direction of rotation of the coupling spring oscillating with the flange 28 or 29 30 or 31 taken.

Das Antriebsmoment wird von dem Zahnrad 32 auf das mit der Abtriebswelle 36 fest verbundene Zahnrad 37 und von dem Zahnrad 33 über das Zwischenrad 38 auf das ebenfalls mit der Abtriebswelle fest verbundene Zahnrad 39 übertragen. Durch Verschwenken des Jochs 25 gleiten die Gleitkörper 23 und 24 in den Nuten 21 und 22 entlang. Dadurch wird die Weglänge der Kraftübertragung von den Gabelhebeln 17 und 18 auf die Schwinghebel 19 und 20 und damit die Mersetzung verändert. Wenn die Zahnräder 32 und 33 in die in Fig. 1 strichpunktiert angedeutete Lage gelangt sind, dann ist Leerlauf eingestellt.The drive torque is transferred from the gear 32 to that of the output shaft 36 fixedly connected gear 37 and from the gear 33 via the intermediate gear 38 the gear 39, which is also firmly connected to the output shaft, is transmitted. By Pivoting the yoke 25, the sliding bodies 23 and 24 slide in the grooves 21 and 22 along. This increases the path length of the force transmission from the fork levers 17 and 18 on the rocker arm 19 and 20 and thus changed the conversion. If the Gears 32 and 33 have reached the position indicated by dash-dotted lines in FIG. 1, then idle is set.

Die Verstellung des Jochs 25 erfolgt in dem dargestellten Beispiel -- wie aus Fig. 1 ersichtlich - über eine Gewindespinde140 und eine Mutter 41. Selbstverständlich könnte die Verstellung auch automatisch, entweder drehmoment- oder drehzahlabhängig vorgenommen werden.The yoke 25 is adjusted in the example shown - as can be seen from FIG. 1 - via a threaded spindle 140 and a nut 41. Of course the adjustment could also be automatic, either torque-dependent or speed-dependent be made.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäß ausgebildeten Brennkraftmaschine ist folgende: Die Bewegungsenergie der Kolben 1 und 2 wird zum Teil über die Federn 6 und 7, die Gleithülsen 8 und 9 sowie den Exzenter 10 auf die Exzenterwelle 11 übertragen. Über diese Exzenterwelle werden die Hilfsantriebe, wie z. B. die Lichtmaschine, das Lade-und Kühlgebläse sowie das Schwungrad angetrieben. Die federnde Verbindung zwischen Kolben und Exzenterwelle ist deshalb erforderlich, damit sich die Kolbengeschwindigkeit der Abtriebsgeschwindigkeit des Getriebes anpassen kann. Die Gabelhebel 17 und 18 stehen nämlich über die Gleitkörper 23 und 24 mit den Schwinghebeln 19 und 20 in starrer Verbindun. Die letzteren übertragen die Kolbenarbeit über die Flansche 28 und 29 auf die Kupplungsfedern 30 und 31. Von dort aus wird sie auf die Trommeln 34 und 35, die Zahnräder 32 und 33 sowie auf das Antriebszahnrad 37 weitergeleitet.The mode of operation of the internal combustion engine designed according to the invention is as follows: The kinetic energy of pistons 1 and 2 is partly due to the springs 6 and 7, the sliding sleeves 8 and 9 and the eccentric 10 on the eccentric shaft 11 transfer. About this eccentric shaft, the auxiliary drives, such. B. the alternator, the charging and cooling fan as well as the flywheel are driven. The springy connection between the piston and the eccentric shaft is therefore necessary in order to increase the piston speed can adapt the output speed of the gearbox. The fork levers 17 and 18 namely stand over the sliding bodies 23 and 24 with the rocker arms 19 and 20 in rigid connection The latter transmit the piston work via the flanges 28 and 29 on the clutch springs 30 and 31. From there it is on the drums 34 and 35, the gears 32 and 33 and the drive gear 37 are forwarded.

Durch Verstellung des Jochs 25 wird der von den Gabelhebeln 17 und 18 auf die Schwinghebel 19 und 20 übertragene Hub stufenlos verändert. Die in Fig. 1 strichpunktiert dargestellte Lage der Flansche 28, 29 gibt die Null-Stellung des Antriebs an. In dieser Stellung schwingen die Gabelhebel 17 und 18 um die Mittelachse der Gleitkörper 23 und 24. Die Brennkraftmaschine läuft also leer. Erst durch das Schwenken des Jochs 25 erfolgt eine Übertragung der Bewegungsenergie auf den Abtrieb.By adjusting the yoke 25 of the fork levers 17 and 18 to the rocker arm 19 and 20 transferred stroke changed continuously. The in Fig. 1 position of the flanges 28, 29 shown in phantom indicates the zero position of the Drive on. In this position, the fork levers 17 and 18 swing about the central axis the sliding body 23 and 24. The internal combustion engine thus runs idle. Only through that When the yoke 25 is pivoted, the kinetic energy is transferred to the output.

Mit der beschriebenen Maschine ist es in an sich bekannter Weise möglich, mit gleichbleibender Impulszahl der Kolben unabhängig von der Belastung zu arbeiten und zur Regulierung lediglich die Füllung der Maschine sowie die Stellung des Jochs 25 zu verändern, da im Augenblick der Gemischzündung keine Verbindung zwischen Brennkraftmaschine und Abtrieb besteht, wodurch ein großer thermischer Wirkungsgrad erzielt werden kann. Die durch die Verdichtung auftretenden hohen Verbrennungsdrücke können sich nicht - wie bei den normalen Kolben-Brennkraftmaschinen - schädlich für das Triebwerk auswirken, da die Kolben im Augenblick der Bewegungsumkehr nicht mit dem .abtrieb gekuppelt sind. Die Kolben müssen erst durch die Verbrennungsenergie die Geschwindigkeit erhalten, welche die Kupplungsfedern 30 und 31 zum Kuppeln mit den Trommeln 34 und 35 veranlassen.With the machine described, it is possible in a manner known per se to work with a constant number of pistons regardless of the load and for regulation only the filling of the machine and the position of the yoke 25 to change, since at the moment of the mixture ignition there is no connection between the internal combustion engine and output, whereby a high thermal efficiency can be achieved can. The high combustion pressures caused by compression can increase not - as with normal piston internal combustion engines - harmful to the engine effect, since the pistons do not work with the .abtrieb at the moment of the reversal of motion are coupled. The pistons must first increase their speed through the combustion energy obtained, which the clutch springs 30 and 31 for coupling with the drums 34 and 35 cause.

Außerdem kann die beschriebene Maschine ohne ,""eiteres im Leerlauf betrieben werden, da sie ein ständig angetriebenes Schwungrad besitzt, das allein einen einwandfreien Leerlauf gewährleistet.In addition, the machine described can idle without "" pus be operated because it has a constantly driven flywheel that alone ensures perfect idling.

Claims

1'ATH: r1'ANSI'R ('(: il-internal combustion engine with free-floating piston, which is connected to the output shaft via rocker arms, lever arms adjustable in their effective length and clutches effective in one direction of rotation, whereby this connection is only momentarily the piston reversal is interrupted, characterized in that the piston or pistons (1, 2) via mechanical elastic members (6, 8 and 7, 9) with the eccentric (10) of a not connected to the output shaft (36) of the internal combustion engine eccentric shaft (11) are coupled, which serves only to drive a flywheel (12) and of auxiliary machinery such as fan and alternator contemplated publications:... German Patent No. 871 -109, 803 499, 481 155, 476 666.