DE1111873B

DE1111873B - Internal combustion engine with freely oscillating pistons and rocking levers coupled with these to achieve a continuously variable transmission ratio

Info

Publication number: DE1111873B
Application number: DEK40235A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hermann Klaue
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1960-03-23
Filing date: 1960-03-23
Publication date: 1961-07-27

Description

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.Internal combustion engine with freely oscillating pistons and coupled with them Rocking levers to achieve a continuously variable transmission These are internal combustion engines with at least two reciprocating, freely oscillating pistons known from each of which is coupled with a rocker arm, which together with other engine parts serves to transmit the driving force to the output shaft (see German patent specification 1017411). The rocker arms are closed via sliding bodies, handlebars or the like rocker cranks mounted on both sides in an adjustable yoke as well via this electromagnetically actuated, which are effective in only one direction of rotation Couplings positively connected. The latter move via gears Alternating output shaft of the internal combustion engine running perpendicular to the cylinder axis and. intermittent rotation. It has also been proposed to drive the auxiliary machines have their own crankshaft or eccentric shaft that is independent of the output shaft to be provided between the opposing pistons. The eccentric shaft carries each one or more in a cylinder longitudinal center plane or in parallel planes eccentric disks lying for this purpose, on or on which the end faces of each other diametrically opposed sliding sleeves closed on one side are in contact. These Sliding sleeves are mounted in the piston so that they can be axially displaced in their longitudinal direction and are each under pressure, preferably between the closed Ends of the sliding sleeves and the inner sides of the piston effective spring. These feathers are required to between the piston movement given by the rocker cranks and the movement of the points of contact of the pistons on the eccentrics or the connecting rod eyes to create a balance.

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.The mechanical connection of the freely oscillating piston with the rotating one Wave requires a relatively large mechanical effort. Furthermore the operating frequency is limited upwards, because the springs arranged in the piston have to transmit large forces at high frequencies.

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.The invention relates to internal combustion engines in which the Torque is transmitted via rocker arms with variable lever arms and eliminated the disadvantage of the mechanical elastic connection of the piston with a constantly rotating shaft. The inventive solution to this problem is that the rocking levers on the which are in positive connection with the pistons the side opposite the output yoke pulsating in time with the piston movement working electromagnetic clutches are coupled to the flywheel. For this the wings on this side have toothed extensions, each with a Tooth segment are connected. Each tooth segment has an electromagnetic Coupling connected, which in the cycle of the piston movement torque on a constantly rotating Disc transfers. The disc stands with the flywheel and the constantly rotating Auxiliary machines in connection. At the moment of piston reversal, the pistons are complete free, then there is no frictional connection either on the flywheel or on the output side Compound, so that the advantages of the free-piston internal combustion engine such as high compression without great mechanical (bearing) load and thus a better degree of efficiency are.

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.The flywheel clutches are operated in the same way as the output clutches by pulse generators, which are preferably from those associated with the pistons Rocker arms are controlled. In order to keep the switching time short, it is advisable to Apply switching transistors. The connection between the wings and thus the Piston and the constantly rotating flywheel shaft can according to the invention also by Clutches are made that work without frictional engagement. The rotating clutch disc connected to the flywheel as well as the vibrating coupling parts are equipped with field-generating means. Torque is then transmitted through the interaction of the electrical fields of vibrating and rotating coupling parts. By this measure is in contrast to the solution with electromagnetic clutches with frictional engagement work, a synchronous run is established between piston movement and flywheel rotation.

Es ist dann möglich, eine Steuerscheibe mit der Schwungradscheibe umlaufen zu lassen, die bei Zweitaktbetrieb den Einlaß der Frischgase in die Zylinder steuert.It is then possible to use a control disk with the flywheel disk to circulate the inlet of the fresh gases into the cylinder in two-stroke operation controls.

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.In Figs. 1 to 4, an embodiment of the invention is shown. As an example, a two-stroke engine with two counter-rotating engines was used Piston pairs selected.

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. 1 shows the engine of the internal combustion engine designed according to the invention in longitudinal section, Fig. 2 shows a cross section through the internal combustion engine the line A-B in Fig. 1.

Fig.3 veranschaulicht einen Schnitt entlang der Linie C-D in Fig. 1, Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung des verschwenkbaren Getriebejochs.Fig. 3 illustrates a section along the line C-D in Fig. 1, FIG. 4 shows a schematic representation of the pivotable gear yoke.

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.In the drawings, 1 and 2 denote the upper pistons sliding in cylinders 3 and 4, and 5 and 6 denote the lower pistons sliding in cylinders 7 and 8. The cylinder heads 9 and 10 close off the cylinders. The pistons 1 and 5 or 2 and 6 have sliding bodies 15, 17 and 16, 18 engaging via grooves 11, 13 and 12, 14 respectively, frictional connection with the rocker arms 19 and 20, the bearing journals 21 and 22 by means of sliding bearings 23 and 24 in the Motor housing 25 are mounted. The rocker arms 19 and 20 are equipped with toothed extensions 26 and 27 which - as shown in FIGS. 3 and 4 - are in engagement with one another. The extensions 28 and 29 serve to balance the masses. On the side facing away from the cylinders, the rocker arms have a continuous groove 30 or 31, into which the rocker cranks mounted in the pivotable yoke 34 engage by means of sliding bodies 32 and 33 in such a way that when the yoke 34 is pivoted, the effective lever arm length is increased or decreased can be reached. The journals 35 and 36 mounted in the yoke 34 are made in one piece with the oscillating cranks 37 and 38 and the toothed segments 39 and 40. The toothed segment 39 of the oscillating crank 41 meshes with the toothed segment 42 which is mounted in the center of the yoke 34 and which is connected to the oscillating part 43 of the electromagnetic clutch. The coupling part 43 carries the field winding 44 and the friction disc 45. The toothed segment 40 of the oscillating crank 38 meshes with the toothed segment 47, which in turn is connected to the oscillating coupling part 48 with field winding 49 and friction disc 50 . When the current is switched on, the respective magnetic field is closed by the disk 51 , which is mounted in the bell 53 of the output shaft 52 in a fixed manner in the circumferential direction, but axially, on the other hand, is freely moveable, and the frictional connection is established. By pivoting the yoke 34 with the aid of a screw spindle 68 , the translation is changed continuously.

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.The rocker arms 19 and 20 point to the opposite of the output Page tooth segment extensions 54 and 55 on. The tooth segment 54 meshes with the tooth segment 56 of the electromagnetic clutch 57 and the toothed segment 55 with the toothed element 58 of the electromagnetic clutch 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.The electromagnetic clutches have friction disks 60 and 61 which produce frictional engagement between the vibrating part of the clutch and the rotating clutch disk 62 when the current is switched on. The disk is firmly connected to the flywheel 63 in the circumferential direction. The flywheel 63 is keyed to the shaft 64 on which the vibrating parts of the clutch are mounted at the same time. In the present example, the flywheel 63 is equipped with a toothing 65 into which the pinion of the starter (not shown) engages to start the machine. Furthermore, the fan 66 for cooling the cylinders and the fan wheel 67 for generating the scavenging air are connected to the flywheel. The switches connected to the oscillating cranks for actuating the electromagnetic output and flywheel clutches are not shown for the sake of clarity.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Internal combustion engine with freely oscillating pistons and rocker arms coupled to them, which are connected to rocker cranks via sliding bodies or links, the pivot point of which can be shifted relative to the pivot point of the rocker arm coupled to the piston in such a way that the effective lever arm of the rocker arm is changed , and electromagnetically operated clutches which are connected to the rocker cranks and which alternately and intermittently set the output shaft in rotation, characterized in that the rocker arms coupled to the pistons are in a rigid transmission ratio with clutches which are electromagnetically operated in time with the rocker arm frequency and which alternate and intermittently set a flywheel in rotation. z. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the clutches alternately and intermittently rotating the flywheel are equipped on the input and output side with magnetic field-generating windings in such a way that a synchronous movement is generated between the rocker arm stroke and the flywheel rotation. Considered publications: German Patent Specifications No. 1017 411, 803 499.