-
Brennkraftmaschine mit frei schwingenden Kolben und mit diesen gekuppelten
Schwinghebeln zur Erzielung einer stufenlos veränderlichen übersetzung Es sind Brennkraftmaschinen
mit mindestens zwei hin- und hergehenden, frei schwingenden Kolben bekannt, von
denen jeder mit einem Schwinghebel gekuppelt ist, welcher zusammen mit anderen Triebwerksteilen
zur Übertragung der Antriebskraft auf die Abtriebswelle dient (vgl. deutsche Patentschrift
1017411). Die Schwinghebel sind über Gleitkörper, Lenker oder dergleichen mit zu
beiden Seiten in einem verstellbar angeordneten Joch gelagerten Schwingkurbeln sowie
über diese jeweils nur in einer Drehrichtung wirksamen elektromagnetisch betätigten
Kupplungen kraftschlüssig verbunden. Die letzteren versetzen über Zahnräder die
senkrecht zur Zylinderachse verlaufende Abtriebswelle der Brennkraftmaschine abwechselnd
und. absatzweise in Rotation. Ferner ist bereits vorgeschlagen worden, zum Antrieb
der Hilfsmaschinen eine eigene von der Abtriebswelle unabhängige Kurbel- oder Exzenterwelle
zwischen den einander gegenüberliegenden Kolben vorzusehen. Die Exzenterwelle trägt
jeweils eine oder mehrere in einer Zylinderlängsmittelebene bzw. in Parallelebenen
hierzu liegende Exzenterscheiben, an der bzw. an denen die Stirnflächen von einander
diametral gegenüberliegenden, einseitig abgeschlossenen Gleithülsen anliegen. Diese
Gleithülsen sind in den Kolben in ihrer Längsrichtung axial verschiebbar gelagert
und stehen jeweils unter dem Druck einer vorzugsweise zwischen den abgeschlossenen
Enden der Gleithülsen und den Kolbeninnenseiten wirksamen Feder. Diese Federn sind
erforderlich, um zwischen der Kolbenbewegung, die durch die Schwingkurbeln gegeben
ist und der Bewegung der Aufstandspunkte der Kolben auf den Exzentern bzw. der Pleuelstangen-Augen
einen Ausgleich zu schaffen.
-
Die mechanische Verbindung der frei schwingenden Kolben mit der rotierenden
Welle erfordert einen verhältnismäßig großen mechanischen Aufwand. Darüber hinaus
ist die Betriebsfrequenz nach oben begrenzt, da die in den Kolben angeordneten Federn
große Kräfte bei hohen Frequenzen übertragen müssen.
-
Die Erfindung bezieht sich auf Brennkraftmaschinen, bei denen das
Drehmoment über Schwinghebel mit veränderlichen Hebelarmen übertragen wird und beseitigt
den Nachteil der mechanischen elastischen Verbindung der Kolben mit einer ständig
umlaufenden Welle. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß
die mit den Kolben in kraftschlüssiger Verbindung stehenden Schwinghebel auf der
dem Abtriebsjoch gegenüberliegenden Seite über pulsierend im Takt der Kolbenbewegung
arbeitende elektromagnetische Kupplungen mit dem Schwungrad gekuppelt werden. Hierzu
besitzen die Schwingen auf dieser Seite verzahnte Fortsätze, die jeweils mit einem
Zahnsegment in Verbindung stehen. Jedes Zahnsegment ist mit einer elektromagnetischen
Kupplung verbunden, die im Takt der Kolbenbewegung Drehmoment auf eine ständig umlaufende
Scheibe überträgt. Die Scheibe steht mit dem Schwungrad und den ständig umlaufenden
Hilfsmaschinen in Verbindung. Im Augenblick der Kolbenumkehr sind die Kolben völlig
frei, dann besteht sowohl auf der Schwungradwie auf der Abtriebsseite keine kraftschlüssige
Verbindung, so daß die Vorteile der Frei-Kolben-Brennkraftmaschine wie hohe Verdichtung
ohne große mechanische (Lager-) Belastung und damit ein besserer Wirkungsgrad gegeben
sind.
-
Die Betätigung der Schwungradkupplungen erfolgt wie die der Abtriebskupplungen
durch Impulsgeber, die vorzugsweise von den mit den Kolben in Verbindung stehenden
Schwinghebeln gesteuert werden. Um die Schaltzeit gering zu halten, ist es zweckmäßig,
Schalttransistoren anzuwenden. Die Verbindung zwischen den Schwingen und damit den
Kolben und der ständig umlaufenden Schwungradwelle kann erfindungsgemäß auch durch
Kupplungen hergestellt werden, die ohne Reibungsschluß arbeiten. Hierzu kann die
mit dem Schwungrad in Verbindung stehende, rotierende Kupplungsscheibe ebenso wie
die schwingenden Kupplungsteile mit Feld erzeugenden Mitteln ausgestattet werden.
Eine Drehmomentübertragung erfolgt dann durch Wechselwirkung der elektrischen Felder
von schwingenden und rotierenden Kupplungsteilen.
Durch diese Maßnahme
ist im Gegensatz zu der Lösung mit elektromagnetischen Kupplungen, die mit Reibschluß
arbeiten, ein Synchronlauf zwischen Kolbenbewegung und Schwungradumlauf hergestellt.
-
Es ist dann möglich, eine Steuerscheibe mit der Schwungradscheibe
umlaufen zu lassen, die bei Zweitaktbetrieb den Einlaß der Frischgase in die Zylinder
steuert.
-
In den Fig. 1 bis 4 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Als Beispiel wurde ein im Zweitakt arbeitender Motor mit zwei gegenläufig arbeitenden
Kolbenpaaren gewählt.
-
Fig.l zeigt das erfindungsgemäß ausgebildeteTriebwerk der Brennkraftmaschine
im Längsschnitt, Fig. 2 stellt einen Querschnitt durch die Brennkraftmaschine entlang
der Linie A-B in Fig. 1 dar.
-
Fig.3 veranschaulicht einen Schnitt entlang der Linie C-D in Fig.
1, Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung des verschwenkbaren Getriebejochs.
-
In den Zeichnungen sind mit 1 und 2 die in den Zylindern 3 und
4 gleitenden oberen Kolben und mit 5 und 6 die in den Zylindern
7 und 8 gleitenden unteren Kolben bezeichnet. Die Zylinderköpfe
9 und 10
schließen die Zylinder ab. Die Kolben 1 und
5 bzw. 2 und 6 haben über Nuten 11, 13 bzw. 12, 14 eingreifende Gleitkörper
15, 17 bzw. 16, 18 Kraftschluß mit den Schwinghebeln 19 und 20, deren
Lagerzapfen 21 und 22 mittels Gleitlager 23 und 24 im Motorgehäuse 25 gelagert
sind. Die Schwinghebel 19 und 20
sind mit verzahnten Fortsätzen
26 und 27 ausgerüstet, die - wie Fig. 3 und 4 erkennen lassen - miteinander
in Eingriff stehen. Die Fortsätze 28 und 29 dienen zum Massenausgleich.
Die Schwinghebel weisen auf der von den Zylindern abgekehrten Seite eine durchgehende
Nut 30 bzw. 31 auf, in die mittels Gleitkörper 32 und 33 die in dem schlvenkbaren
Joch 34 gelagerten Schwingkurbeln derart eingreifen, daß bei Verschwenken des Jochs
34 eine Vergrößerung oder Verkleinerung der wirksamen Hebelarmlänge erreicht
werden kann. Die im Joch 34 gelagerten Zapfen 35 und 36 sind mit den Schwingkurbeln
37 und 38 und den Zahnsegmenten 39 und 40 aus einem Stück gefertigt. Das
Zahnsegment 39 der Schwingkurbel 41
kämmt mit dem im Zentrum des Jochs 34
gelagerten Zahnsegment 42, das mit dem schwingenden Teil 43 der elektromagnetischen
Kupplung verbunden ist. Der Kupplungsteil 43 trägt die Feldwicklung
44 und die Reibscheibe 45. Das Zahnsegment 40 der Schwingkurbel
38 kämmt mit dem Zahnsegment 47, das wiederum mit dem schwingenden Kupplungsteil
48 mit Feldwicklung 49 und Reibscheibe 50 verbunden ist. Bei eingeschaltetem
Strom wird das jeweilige magnetische Feld durch die in der Glocke 53 der Abtriebswelle
52 in Umfangsrichtung fest, axial dagegen frei beweglich gelagerte Scheibe
51 geschlossen und der Kraftschluß hergestellt. Durch Schwenken des Jochs
34 mit Hilfe einer Schraubenspindel 68 wird die Übersetzung stufenlos verändert.
-
Die Schwinghebel 19 und 20 weisen auf der dem Abtrieb gegenüberliegenden
Seite Zahnsegmentfortsätze 54 und 55 auf. Das Zahnsegment 54 kämmt mit dem Zahnsegment
56 der elektromagnetischen Kupplung 57 und das Zahnsegment 55 mit dem Zahnsement
58 der elektromagnetischen Kupplung 59.
-
Die elektromagnetischen Kupplungen besitzen Reibscheiben 60 und 61,
die bei eingeschaltetem Strom Reibschluß zwischen dem schwingenden Teil der Kupplung
und der umlaufenden Kupplungsscheibe 62
herstellen. Die Scheibe ist in Umfangsrichtung
fest mit dem Schwungrad 63 verbunden. Das Schwungrad 63 ist mit der Welle
64 verkeilt, auf der gleichzeitig die schwingenden Teile der Kupplung gelagert sind.
Im vorliegenden Beispiel ist das Schwungrad 63 mit einer Verzahnung 65 ausgerüstet,
in die das Ritzel des nicht dargestellten Anlassers zum Anwerfen der Maschine eingreift.
Ferner ist mit dem Schwungrad der Lüfter 66 zum Kühlen der Zylinder und das Gebläserad
67 zum Erzeugen der Spülluft verbunden. Die mit den Schwingkurbeln verbundenen Schalter
zum Betätigen der elektromagnetischen Abtriebs- und Schwungradkupplungen sind der
Übersichtlichkeit halber nicht mit dargestellt.