DE19831074A1 - Piston system for high speed IC engine, has one piece construction for pistons and piston rods, with epicyclic gearing between piston rods and crankshaft - Google Patents
Piston system for high speed IC engine, has one piece construction for pistons and piston rods, with epicyclic gearing between piston rods and crankshaftInfo
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Abstract
Description
Es dient wie der klassische Kurbeltrieb zur Umwandlung der hin- und hergehenden Kolbenbewegung in die Rotation der Kurbelwelle.Like the classic crank mechanism, it serves to convert the back and forth resulting piston movement in the rotation of the crankshaft.
Zentrales Glied in der kraftschlüssigen Kette zwischen Kolben, Schubstange und Kurbelzapfen ist der Kurbelkranz, ein Innenzahn kranz, Innenzahnrad oder Hohlrad, welcher ähnlich dem großen Pleuelauge und der Kulisse, den Kurbelzapfen umschließt. Dieser ist hier stirnverzahnt und als Kurbelzapfenritzel, Ritzel, Stirnrad oder Ritzelwelle kämmt es im Kurbelkranz und bildet ein sogenanntes Innengetriebe. Das Kurbelzapfenritzel hat die halbe Zähnezahl wie der Innenzahnkranz, womit der Kreisbahndurchmesser des innen kämmenden Ritzels ebenfalls die Hälfte vom Teilkreis durchmesser des Kurbelkranzes beträgt. Analog ist die Kurbelwelle so konstruiert, daß der stirnverzahnte Kurbelzapfen-Kreisdurch messer auch die Hälfte vom Teilkreisdurchmesser des Kurbelkranzes beträgt, was bedeutet, daß die äußerste Teilkreispartie des Kur belzapfenritzels eine Kreisbahn beschreibt, welche exakt dem Teil kreis des Kurbelkranzes entspricht. Damit jedoch das Ritzel in allen Betriebszuständen und Beschleunigungsphasen, durch Massen- und Gaskräfte hervorgerufen, mit dem Innenzahnkranz zum festen, radial - spielfreien Kämmeingriff gezwungen wird, bedarf es eines gleitend drehenden Elementes, welches den Freiraum im Kurbel kranz ausfüllt, dem so bezeichneten Kurbelkranzzapfen. Er ist ein kurzer Wellenzapfen wie eine Scheibe mit einer exzentrischen Bohrung, welche nach außen hin geöffnet ist, um beim Zusammenbau in die Ritzelwelle eingeführt zu werden. Der Kurbelkranz ist nun Teil einer starren Einheit, welche er mit der Schubstange oder Kolbenstange und dem Kolben ohne Kolbenzapfengelenk bildet und nachstehend auch als "Kurbelkranz-T" bezeichnet wird. Es kann mit seiner Öse in der Gänze über die Kurbelwelle geschoben werden, da keine Wangen vorhanden sind. Bei richtiger Zuordnung der Verzah nung im Innengetriebe und im Verbund mit dem Kurbelkranzzapfen erhalten wir die Funktionsweise des Kurbelkranztriebwerks. Eine Drehung der Kurbelwelle bewirkt nun am Kurbelkranz-T eine in Zylinderachsrichtung, lineare und sinusförmige Hin- und Herbewe gung, bei welcher die Hubstrecke gleich dem Teilkreisdurch messer des Kurbelkranzes und der äußersten Kurbelzapfenpartie ist. Central link in the non-positive chain between pistons, Push rod and crank pin is the crank ring, an internal tooth ring, internal gear or ring gear, which is similar to the large one Connecting rod eye and the backdrop that surrounds the crank pin. This is spur-toothed here and as crank pinion pinion, pinion, It meshes with the spur gear or pinion shaft in the crank ring and forms one so-called internal gear. The crank pinion has half Number of teeth as the internal ring gear, with which the circular path diameter of the meshing pinion also half of the pitch circle diameter of the crank ring is. The crankshaft is analog constructed in such a way that the spur-toothed crank pin circle passes through knife also half of the pitch circle diameter of the crank ring is, which means that the outermost part of the circle of the cure belzapfenritzels describes a circular path that exactly corresponds to the part circle of the crank ring corresponds. So that the pinion in all operating states and acceleration phases, by mass and Gas forces are generated, with the internal ring gear for fixed, radial - backlash-free combing engagement is required sliding rotating element, which the free space in the crank fills the ring, the so-called crank ring pin. He is a short shaft journal like a disc with an eccentric Bore, which is open to the outside to assemble to be inserted into the pinion shaft. The crank ring is now Part of a rigid unit, which he can pull or Piston rod and the piston without piston pin joint forms and hereinafter also referred to as "crankset-T". It can with its eyelet can be pushed over the crankshaft as a whole there are no cheeks. If the tooth assignment is correct in the internal gearbox and in conjunction with the crankpin we get the functionality of the crank ring engine. A Rotation of the crankshaft now causes an in on the crank ring T Cylinder axis direction, linear and sinusoidal reciprocation in which the stroke length is equal to the pitch circle knife of the crank ring and the outermost part of the crank pin.
Neben der beschriebenen Funktion des Triebwerks für geradlinig, kolbenachsgerichtete und sinusförmige Hubbewegungen, eignet sich das Kurbelkranztriebwerk auch für solche Umformungen, wie sie dem Pleuel-Kurbeltrieb zu eigen sind, wobei natürlich noch alle Zwischenformen möglich sind.In addition to the described function of the engine for linear, piston-axis-oriented and sinusoidal stroke movements the crank ring engine also for such transformations as they are part of the connecting rod crank mechanism, but of course still all intermediate forms are possible.
Bei allen Verhältnissen von Hublänge zu Querausschlag des Kurbel kranzes bleibt jedoch das Zähnezahlverhältnis von Ritzel zu Innenzahnkranz 1 zu 2. Dieser Querausschlag des Kurbelkranzes zur Zylinderachsrichtung hängt somit allein vom Verhältnis des Kurbel zapfen-Kreisdurchmessers zum halben Innenzahnkranz-Teilkreisdurch messer ab. Sind diese gleich groß, beschreibt die äußerste Teil kreistangente des Kurbelzapfenritzels eine Kreisbahn, deren Durch messer gleich dem Durchmesser des Kurbelkranzes ist. In diesem Falle ist der Querausschlag Null, die Hubbewegung zylinderachs gerichtet mit Sinusform.With all ratios of stroke length to transverse deflection of the crank However, the number of teeth ratio of the pinion remains too Inner ring gear 1 to 2. This transverse deflection of the crank ring for The cylinder axis direction depends solely on the ratio of the crank pin circle diameter to half the internal ring gear pitch circle knife. If these are the same size, the outermost part describes tangent of the crankpin pinion a circular path, the through knife is equal to the diameter of the crank ring. In this If the cross deflection is zero, the stroke movement is cylindrical directed with sinusoidal shape.
Im Gegensatz dazu beschreibt die Kurbelkranzmitte eine exakte Kreisbahn, deren Durchmesser gleich dem Kolbenhub ist, wenn die Desachsierung des Kurbelzapfenritzels zum Wellenzapfen Null beträgt. Wir sprechen nun nicht mehr von einer Kurbelwelle, sondern von einer Antriebs- oder Abtriebswelle, welche im Zylinder achsbereich eine Stirnverzahnung besitzt.In contrast, the center of the crankcase describes an exact one Orbit, the diameter of which is equal to the piston stroke when the Desaxation of the crank pinion to zero shaft pin is. We are no longer talking about a crankshaft, but from an input or output shaft, which is in the cylinder Axial area has a spur toothing.
Anhand einer Gegenüberstellung werden Verhältnisse, Bewegungs
formen und Maße aufgezeigt.
s = Kolbenhub
D = Kurbelkranz-Teilkreisdurchmesser
d = Kurbelzapfenritzel-Teilkreisdurchmesser
2r = Kurbelwellenzapfen-Kreisdurchmesser
Q = Querausschlag des Kurbelkranzes zur Zylinderachsrichtung
Ri = Richtung des Querausschlages
Using a comparison, relationships, forms of movement and dimensions are shown.
s = piston stroke
D = Crank ring pitch circle diameter
d = crank pinion pitch circle diameter
2r = crankshaft journal circle diameter
Q = transverse deflection of the crank ring to the cylinder axis direction
Ri = direction of the transverse deflection
Es ist bekannt, wenn ein Ritzel in einem dreh- und gehäusefest platziertem Innenzahnkranz kämmt und das Zähnezahlverhältnis 1 : 2 beträgt, jeder Punkt an der Tangente des Teilkreises vom Ritzel eine Gerade durchläuft, welche von einem Berührungspunkt mit dem Innenzahnkranz linear durch seine Mitte zum gegenüberliegenden Berührungspunkt verläuft und auf der gleichen Bahn wieder zurück führt. Hierbei hat das Ritzel einen Umlauf beschrieben, welcher entgegen dem Uhrzeigersinn gerichtet ist, während das Ritzel auf der gleichen Strecke eine Eigenumdrehung im Uhrzeigersinn ausführte.It is known if a pinion in a rotating and housing-fixed placed internal ring gear combs and the number of teeth ratio 1: 2 is, every point on the tangent of the pitch circle from the pinion traverses a straight line which passes from a point of contact with the Internal ring gear linear through its center to the opposite Point of contact runs and back on the same path leads. Here, the pinion has described one revolution, which is directed counterclockwise while the pinion is on made a self-turn on the same route clockwise.
Das nach diesem Prinzip arbeitende sog. Doppelkurbeltriebwerk mit einer umlaufenden Kurbelwelle und hypozykloider Geradeführung des Kurbelzapfens vermittels Zahnrädereingriff wird nun dahingehend umfunktioniert, daß die umlaufende Kurbelwelle statt in den Wangen zweier koaxial angeordneten halben Kurbelwellen -, wie einem nor male Kurbelwelle mit seinen Wellenzapfen in den gehäusefesten Wel lenlagern gelagert wird und versehen statt der beiden Wellenzapfen den Kurbelzapfen mit einer Stirnverzahnung. Der Innenzahnkranz mit der doppelten Zähnezahl als das Kurbelzapfenritzel und einer Schubstange, welche starr am äußeren Kranz befestigt ist, wird nun über einen Wellenzapfen bis zum Kurbelzapfen "durchgefädelt" und zu einem Innengetriebe vereinigt. Der Kurbelzapfen-Kreis durchmesser ist gleich dem halben Innenzahnkranz-Teilkreisdurch messer, was bedeutet, daß der äußerste Tangentenpunkt des Kurbel zapfen-Teilkreises eine Kreisbahn beschreibt, welche mit der des Teilkreises vom Innenzahnkranz identisch ist. Die Schubstange-ist axial gelagert und macht den Kurbelkranz drehfest, seine Richtung zeigt die Zylinderachse an. Die Zuordnung beider Verzahnungen im Innengetriebe ist so gewählt, daß das Kurbelzapfenritzel die Null Grad-KW-Stellung einnimmt und die Schubstange mit Kurbelkranz ebenfalls nach OT geschoben wird, was für den Betrachter bedeutet daß sich das Ritzel innerhalb des Kurbelkranzes in der unteren Mitte befindet.The so-called double crank engine working on this principle a revolving crankshaft and hypocycloidal guidance of the Crank pin by means of gear engagement will now do this repurposed that the rotating crankshaft instead of in the cheeks two coaxially arranged half crankshafts - like a nor paint crankshaft with its shaft journals in the housing-fixed world is stored and provided instead of the two shaft journals the crank pin with a spur toothing. The internal ring gear with twice the number of teeth as the crank pinion and one Push rod, which is rigidly attached to the outer rim now "threaded" through a shaft pin to the crank pin and combined into an internal gear. The crankpin circle diameter is equal to half the internal ring gear pitch circle knife, which means that the extreme tangent point of the crank cone part circle describes a circular path, which with the des Pitch circle from the internal ring gear is identical. The push rod is axially supported and makes the crank ring rotatable, its direction shows the cylinder axis. The assignment of both gears in Internal gear is selected so that the crank pinion is zero Degrees KW position and the push rod with crank ring is also pushed to OT, which means for the viewer that the pinion is inside the crank ring in the lower Middle is located.
Nachdem Kurbelwelle, Schubstange und Innengetriebe mit Kurbel kranzzapfen ordnungsgemaß gelagert und zusammengebaut sind, wird die Kurbelwelle mit Rechtsdrehsinn in Bewegung gesetzt, welche das Kurbelzapfenritzel als stoffschlüssiger Bestandteil mitvoll zieht. Nach einer Viertel Umdrehung befindet sich das Ritzel in 90 Grad-Stellung, ebenso im Innenzahnkranz mitte-rechts und der Kurbelkranz mit Schubstange hat exakt linear in Kolbenachs richtung die halbe Hubstrecke nach UT zurückgelegt, was auch die Hälfte des Teilkreisdurchmessers vom Innenzahnkranz ausmacht. Nach einer weiteren Viertelumdrehung erreicht das Kurbelzapfen ritzel die 180 Grad- und somit UT-Stellung, im Innenzahnkranz steht das Ritzel nun in der oberen Mitte. Bei Kurbelwinkel 270° befindet sich das Ritzel ebenfalls in der linken Mitte des Kurbelkranzes und die Kurbelkranz-Schubstangen-Einheit hat die halbe Strecke Richtung OT passiert. Schließlich wird mit der letzten Vierteldrehung die Ausgangsstellung 360 Grad erreicht.After crankshaft, push rod and internal gear with crank crown pins are properly stored and assembled the crankshaft is set in clockwise rotation, which the crank pinion as an integral component pulls. The pinion is located after a quarter turn in a 90 degree position, also in the inner ring gear center-right and the crank ring with push rod has exactly linear in the piston axis direction half the stroke to UT, which is also the Half of the pitch circle diameter from the internal ring gear. After a further quarter turn the crank pin reaches pinion the 180 degree and thus UT position, in the internal ring gear the pinion is now in the upper middle. With crank angle 270 ° the pinion is also in the left center of the The crank ring and the crank ring push rod unit has the half way towards OT happened. Finally, with the last quarter turn the starting position reached 360 degrees.
Zur Gegenüberstellung wird nun die Funktion des Doppelkurbel triebes ausführlicher beschrieben. Dieser besitzt zwei Innenzahn kränze welche wie die Wellenlager für die beiden halben Kurbel wellen mit je einer Kurbel, dreh- und gehäusefestgesetzt - und koaxial angeordnet sind. Die umlaufende Kurbelwelle, deren beide Zapfen in den Kurbeln der zentralen Kurbelwellen gelagert sind, dessen Radius mit Ritzeln und Innenzahnkränzen abgestimmt ist, besitzt zu beiden Seiten in Zahnkranzhöhe innerhalb oder außer halb den Lagern eine Stirnverzahnung. Bei richtiger Zuordnung im Parallel-Innengetriebe erzeugt die umlaufende Kurbelwelle am Zapfen, diese hypozykloide Geradeführung für die Schubstange mit Zapfenauge. Der Radius dieses Kurbelzapfens ist gleich dem der zentralen Kurbelwellen und beträgt ein Viertel vom Teilkreisdurch messer der Innenzahnkränze und des Hubes der Hypozykloide.The function of the double crank is now used as a comparison drive described in more detail. This has two inner teeth wreath which like the shaft bearings for the two half crank shafts with one crank each, fixed in rotation and housing - and are arranged coaxially. The revolving crankshaft, both of which Pins are stored in the cranks of the central crankshafts, the radius of which is coordinated with pinions and internal gear rings, has inside or outside the gear rim height on both sides half the splines of the bearings. With correct assignment in Parallel internal gear generates the rotating crankshaft on Pin, this hypocycloid straight guide for the push rod with Cone eye. The radius of this crank pin is the same as that central crankshafts and is a quarter of the pitch circle knife of the internal ring gear and the stroke of the hypocycloid.
Zusammenfassend werden folgende Unterschiede herausgestellt:The following differences are summarized:
Der Innenzahnkranz ist Dreh- aber nicht Lagefest. Das Ritzel ist stoffschlüssig mit dem, oder einer Anzahl von Kurbelzapfen einer Kurbelwelle. Der Drehsinn von Kurbelwelle und exzentrischem Ritzel ist demgemäß gleichgerichtet. Beim Zusammenbau des Innengetriebes erfolgt die Zuordnung des Zahneingriffes indem Kurbelzapfenritzel und Innenzahnkranz mit Schubstange in OT-Stellung gebracht wurden wobei das Ritzel im Kranz die 180 Grad einnimmt. Eine Rechtsdre hung an der Kurbelwelle läßt das Ritzel innerhalb des oszillie renden Innenzahnkranzes links herumkreisen. The internal ring gear is non-rotatable but not fixed. The pinion is cohesively with the, or a number of crank pins one Crankshaft. The direction of rotation of the crankshaft and eccentric pinion is accordingly rectified. When assembling the internal gear the meshing is assigned by the crank pinion and inner ring gear with push rod in TDC position where the pinion in the ring is 180 degrees. A right turn Hung on the crankshaft leaves the pinion within the oscillie circling the inner ring gear to the left.
Schubstange und Kurbelkranz bilden eine starre Einheit. Die oszil lierenden Massenkräfte werden zwischen Kurbelkranz und Kurbelza pfen rollend und kämmend, d. h. zueinander ruhend und nicht glei tend abgestützt. Zwischen den Kurbelzapfen und dem Gehäuse erfolgt diese Abstützung gleitend in den Wellenlagern. Die oszillierenden Gaskräfte werden im Kurbelkranz durch einen gleitend-rotierenden Zapfen abgestützt. Die rotierenden Massenkräfte am Kurbelzapfen sind wegen des halben Radius relativ klein.Push rod and crank ring form a rigid unit. The oscil inertial forces are between the crank ring and the crank arm whistling and combing, d. H. resting to each other and not the same supported. Is done between the crank pin and the housing this support sliding in the shaft bearings. The oscillating Gas forces are generated in the crank ring by a slidingly rotating one Supported cones. The rotating mass forces on the crank pin are relatively small because of the half radius.
Wegen der Ähnlichkeit zur klassischen Kurbelwellenform eignet sich dieses Triebwerk besonders für Reihen-, V- und Boxermotoren.Suitable because of the similarity to the classic crankshaft shape this engine is particularly suitable for inline, V and boxer engines.
Zwei Innenzahnkränze sind dreh- und lagefest koaxial angeordnet. Die beiden Ritzel sitzen stoffschlüssig auf der umlaufenden Kur belwelle. Der Drehsinn von Kurbelwelle und Ritzeln ist gegenge richtet. Bei der Zuordnung des Zahneingriffs stehen die Ritzel innerhalb der Kränze - und der Kurbelzapfen der umlaufenden Kur belwelle im OT. Eine Rechtsdrehung an der Kurbelwelle verursacht bei den Ritzeln ebenfalls einen rechtssinnigen Umlauf innerhalb der Kränze. Zwischen der Schubstange und dem rotierenden und oszillierenden Hub-Kurbelzapfen bedarf es einer gleitenden Ab stützung mittels Schubstangenlager. Die oszillierenden Massen kräfte zum Gehäuse hin stützen sich zwischen den Ritzeln und Innenzahnkränzen rollend und kämmend ab. Bei der umlaufenden Kurbelwelle beträgt der Radius ebenfalls nur die Hälfte in Bezug auf die Hubstrecke und den Kurbeltrieb.Two internal sprockets are arranged coaxially in a rotationally and positionally fixed manner. The two sprockets sit firmly on the circumferential cure belwelle. The direction of rotation of the crankshaft and pinions is opposite judges. The pinions are in the assignment of the meshing within the wreaths - and the crankpin of the circulating cure belwelle in OT. A right turn on the crankshaft causes with the pinions also a right-hand circulation within the wreaths. Between the push rod and the rotating and oscillating stroke crank pin requires a sliding down support by means of a push rod bearing. The oscillating masses Forces towards the housing are supported between the pinions and Internal sprockets rolling and combing. With the circulating Crankshaft radius is also only half in relation on the stroke distance and the crank mechanism.
Wegen der unterbrochenen Kurbelwelle eignet sich das Triebwerk für einreihige Einzylinder-, V- und Sternmotoren.The engine is suitable because of the broken crankshaft for single-row single-cylinder, V and radial engines.
Beiden eigen ist die sinusförmige, geradlinige Kolbenführung, welche leichte, starre und kompakte oszillierende Einheiten möglich macht, gepaart mit teilweiser rollender und nicht gleit ender Massenkraftabstützung entweder am Kurbelzapfen oder an den Hauptlagern und kleinem Kurbelradius versprechen eine große Triebwerksentlastung und somit die Beherrschbarkeit größerer Kolbengeschwindigkeiten und oder größerer Einzelvolumen. Der Zahn rädereingriff, welcher beiden Systemen vermeintlich "anhaftet" läuft als Innengetriebe sehr harmonisch und wird durch die ent lastenden Vorzüge nach Meinung des Verfassers mehr als wettgemacht. Both have the sinusoidal, straight piston guidance, which light, rigid and compact oscillating units makes possible, paired with partial rolling and not sliding End of the mass force support either on the crank pin or on the Main bearings and small crank radius promise a large one Engine relief and thus greater manageability Piston speeds and or larger individual volumes. The tooth wheel intervention, which supposedly "adheres" to both systems runs very harmoniously as an internal gear and is ent The author believes that the burdensome advantages are more than made up for.
Das Kurbelkranztriebwerk ist wegen seiner geraden Kolbenführung, seiner sinusförmigen Hubbewegung und niedrigen Bauhöhe für die verschiedensten Bauformen als Kraft- und Arbeitsmaschine für Zwei- und Viertaktmotoren geeignet. Es unterbietet alle oszil lierenden und rotierenden Abmessungen eines vergleichbaren Kurbel triebwerks und ermöglicht sogar seine Umrüstung auf das Kurbel kranzprinzip, was hervorhebt, daß diese Eigenschaft für Motoren diesen Typs keine grundsätzlichen Neuentwicklungen erfordern.The crank ring engine is because of its straight piston guide, its sinusoidal stroke movement and low overall height for the various designs as a power and work machine for Suitable for two- and four-stroke engines. It undercuts all oszil rotating and rotating dimensions of a comparable crank engine and even enables its conversion to the crank wreath principle, which highlights that this property for engines of this type do not require any fundamental new developments.
Die gerade Kolbenführung macht Konstruktionen mit doppelwirkenden Kolben besonders attraktiv. Hierbei dient der Zylinderraum an der Kolbenunterseite, welche zum Kurbelraum hin durch ein sog. Trenn wandlager abgedichtet ist, als Spülgebläse für das Zweitaktspiel. Durch diese Abschottung kann der Kurbelraum wie beim Viertakt motor gestaltet werden und die Gemischschmierung entfällt. Nach diesem Konstruktionsprinzip sind alle ein- und mehrzylind rige Reihen-, V-, 180°-V-, Boxer-, Sternmotoren u. a. möglich.The straight piston guide makes constructions with double-acting Pistons particularly attractive. Here, the cylinder space on the Piston underside, which to the crank chamber through a so-called wall bearing is sealed, as a flushing fan for the two-stroke cycle. Thanks to this partitioning, the crankcase can be like the four-stroke engine and the mixture lubrication is not necessary. According to this design principle, all are single and multi-cylinder Rige series, V, 180 ° V, boxer, radial engines and. a. possible.
Für Einzylinder- und Reihenmotoren wird die Kurbelkastenspülung als Zweitakter interessanter. Indem die Wellenlager durch das Fehlen der Kurbelwangen beidseitig direkt an den Kurbelzapfen anschließen und der Kurbelkranz nur die gerade, raumsparende Hin- und Herbewegung ausführt, kann der Kurbelkasten enger, kleiner, leichter und somit auch freier von schädlichem Raum gebaut werden. Die innere Reibung infolge hoher Luftverwirbelung und schädlicher Pulsation wird gegenüber dem Kurbeltrieb vermindert, da Wangen und Pleuel fehlen und der Kurbelzapfenkreis halbiert ist.The crankcase flushing is used for single-cylinder and inline engines more interesting as a two-stroke engine. By the shaft bearings through the Missing crank cheeks on both sides directly on the crank pin connect and the crank ring only the straight, space-saving back and forth Movement, the crankcase can be narrower, smaller, lighter and therefore free from harmful space. The internal friction due to high air turbulence and more harmful Pulsation is reduced compared to the crank drive because cheeks and connecting rods are missing and the crank pin circle is halved.
Eine neue Variante als Flugmotor eröffnet das Kurbelkranztrieb werk als Zweitakter mit Kurbelkastenspülung. Wegen des kleinen Kurbelraumes und der geringen Bauhöhe können 1-3 Zylinder- Reihenmotoren als Module in Boxer- oder Sternanordnung zu einer Motoreneinheit vereint werden, deren Kurbelwellen-Abtriebsräder auf eine gemeinsame zentrale Propellerwelle wirken, wobei bei Ausfall eines Motors dieser abgekoppelt werden kann. Indem im Kurbelraum kein eigentliches Wellenlager vorhanden ist, müßte das Schmierproblem zufriedenstellend zu lösen sein.A new variant as an aircraft engine is opened by the crank ring drive movement as a two-stroke engine with crankcase flushing. Because of the little one Crank chamber and the low height can 1-3 cylinder In-line engines as modules in a boxer or star arrangement to one Engine unit are united, their crankshaft driven wheels act on a common central propeller shaft, whereby at Failure of an engine that can be uncoupled. By in Crankcase no actual shaft bearing is available, should the lubrication problem can be solved satisfactorily.
Zuverlässigkeit, Gewicht, Größe und Preis dürften dafür sprechen. Reliability, weight, size and price should speak for it.
Viertaktmotoren können nach dem Prinzip des doppelwirkenden Kolben kompressormäßig aufgeladen werden, indem bei gerader Zylinderanzahl in Reihen-, V- oder Boxeranordnung je zwei neben einander oder gegenüberliegende Zylinder ein Paar mit gleichen Kurbelwinkeln bilden. Das Viertaktspiel eines jeden Zylinder paares ist jedoch zueinander um 360 Grad phasenversetzt. Die beiden Zylinderräume an den Kohlenunterseiten sind zum Kurbelge häuse hin abgeschottet, parallel geschaltet und dienen als Kolben pumpen für die Zylinderaufladung. Diese arbeiten nach den Zwei taktspiel. Die beiden Einlaßventile eines Zylinders haben ge trennte Ansaugkanäle und unterschiedliche Öffnungs- und Schließ zeiten. Während ein Einlaßventil, welches die Luft von außen an saugt normal öffnet und früher schließt, öffnet das andere Einlaß ventil später für die anstehende Druckluft, welche aus den beiden unteren Zylindern stammt.Four-stroke engines can work on the principle of double-acting Pistons can be supercharged by straightening them Number of cylinders in a row, V or boxer arrangement, two each each other or opposite cylinders a pair with the same Form crank angles. The four-stroke game of every cylinder However, Paares is out of phase with each other by 360 degrees. The Both cylinder rooms on the underside of the coal face the crankshaft isolated from the housing, connected in parallel and serve as pistons pumps for cylinder charging. These work after the two cycle game. The two intake valves of a cylinder have ge separate suction channels and different opening and closing times. During an intake valve, which the air from the outside sucks normally opens and closes earlier, opens the other inlet valve later for the compressed air coming from the two lower cylinders.
Aus der Sicht des Verfassers spricht jedoch gewichtiges dafür,
das das vorzügliche Anwendungsgebiet dieses Kurbelkranztriebwerks
im Bereich des hochtourigen Rennmotors liegt, wo die oszillieren
den Gaskräfte gegenüber den Massenkräften vernachlässigbar sind.
Diese Annahme stützt sich darauf, daß sowohl die Wellenlager, als
auch die Kurbelzapfenabstützung eine Drehzahlanhebung verkraften,
indem: Die oszillierenden Massen der starren Kurbelkranz-Schub
stangen-Kolben-Einheit leichter werden;
die wirkliche Massenbeschleunigung im OT kleiner wird;
die Kraftabstützung zwischen starrer Einheit und Kurbel
zapfen rollend und nicht gleitend erfolgt;
die Wellenlager in Zylinderachsrichtung durch die leichte
ren oszillierenden Massen und den halbierten Kurbelradius
weniger belastet sind;
die Wellenlager durch das Fehlen der Kurbelwangen vergrös
sert, d. h., verlängert werden können.From the author's point of view, however, there is significant evidence that the excellent application of this crankshaft engine is in the area of the high-speed racing engine, where the oscillating gas forces are negligible compared to the mass forces. This assumption is based on the fact that both the shaft bearings and the crankpin support can cope with an increase in speed by: the oscillating masses of the rigid crank-thrust-rod-piston unit becoming lighter;
the real mass acceleration in TDC becomes smaller;
the power support between the rigid unit and the crank is rolling and not sliding;
the shaft bearings in the cylinder axis direction are less stressed by the light oscillating masses and the halved crank radius;
the shaft bearings are enlarged due to the lack of crank arms, ie they can be extended.
Die Einzelansteuerung jedes Zylinders mit dem gewünschten Kurbel winkel ermöglicht unkonventionelle Motor-Konstruktionen. So z. B. einen 9-Zylindermotor im klassischen "V" mit gleichmäßigem Zünd abstand und guten Ausströmbedingungen für die Auspuffgase 3×3 Zylinder zusammengefaßt, wobei ein Auspuffrohr die Seite wechselt. The individual control of each cylinder with the desired crank winkel enables unconventional engine designs. So z. B. a 9-cylinder engine in the classic "V" with even ignition distance and good exhaust conditions for the exhaust gases 3 × 3 Cylinder summarized, with an exhaust pipe changing sides.
Mit Geradlinigkeit, Gleichförmigkeit, Massenverringerung und Steifheit in der Hin- und Herbewegung und geringerer Exzent rität in der Rotation verschafft das Kurbelkranztriebwerk mehr Ruhe im Taktspiel.With straight lines, uniformity, mass reduction and Stiffness in the reciprocation and less eccentric The crankshaft engine provides a high degree of rotation more peace in the cycle game.
Die Sinusform bringt den Hubkolbenmotor weiter auf Höchsttouren.The sinus shape brings the reciprocating engine to full speed.
Die hohen Kolbengeschwindigkeiten werden geradlinig, zylinder achsgerichtet und in sanftmöglichster Form verzögert, zum Still stand gebracht und in Gegenrichtung beschleunigt, wobei die Massenkräfte im Kurbelkranz stets auf Zug wirken, im Zahn eingriff jedoch erhöhten Anpreßdruck erzeugen.The high piston speeds become straight, cylinder axis-oriented and slowed down as gently as possible, to stillness stood and accelerated in the opposite direction, the Mass forces in the crank ring always act on tension, in the tooth intervention, however, generate increased contact pressure.
Die oszillierenden Massenkräfte werden somit zwischen Kurbel zapfen und Kurbelkranz nicht gleitend, sondern kämmend-rollend, d. h. zueinander ruhend umgeformt.The oscillating mass forces are thus between the crank pins and crank ring not sliding but meshing and rolling, d. H. reshaped to each other.
Das Innengetriebe von Kurbelzapfenritzel und Innenzahnkranz rollt gleichförmig ab.The internal gear of the crank pinion and internal ring gear rolls smoothly.
Der Kurbelkranz erzeugt keine rotierenden Massenkräfte. Die Massen-Zugkräfte und Gas-Druckkräfte an der Schubstange wirken nur in Kolbenachsrichtung.The crank ring does not generate rotating mass forces. The mass tensile forces and gas pressure forces on the push rod only act in the direction of the piston axis.
Die Kolben benötigen weder Schaft noch Kolbenbolzen.The pistons require neither a stem nor a piston pin.
Kolben, Schubstange und Kurbelkranz sind eine starre Einheit. Die Kippbewegungen des Kolbens verschwinden. Konstruktiv kann die Schubstange vom Kolben desachsiert werden. Vorspannung und Gewicht der Kolbenringe ist reduzierbar. Die Reibung zwischen Kolben und Zylinderwand wird minimiert.The piston, push rod and crank ring are a rigid unit. The tilting movements of the piston disappear. The push rod can be deconstructed from the piston. The preload and weight of the piston rings can be reduced. The friction between the piston and the cylinder wall is minimized.
Die Kurbelzapfen laufen nur mit halben Radius um.The crank pins only rotate around half a radius.
Die Kurbelwelle benötigt keine Wangen, die Wellenzapfen mit Wellenlager schließen unmittelbar an die Kurbelzapfen an. Auch bei V-Motoren ist zwischen beiden Schubstangen eine Wellen lagerung - und somit Zylinder-Einzelansteuerung möglich. Dem Kurbelkranzzapfen, als gleitend-rotierendes Element im Frei raum des Kurbelkranzes, fällt in der Hauptsache im unteren Dreh zahlbereich eine Abstützfunktion durch die Gaskraft zu. The crankshaft does not need any cheeks, the shaft journals also Shaft bearings connect directly to the crank pin. With V-engines, too, there is a shaft between the two push rods storage - and thus individual cylinder control possible. The crank ring pin as a sliding, rotating element outdoors space of the crank ring, mainly falls in the lower rotation number range a support function by the gas force.
Die Eigenrotation des Kurbelkranzzapfens im Kurbelkranz ist eben falls gleichförmig und ausgewuchtet nach außen neutral.The self-rotation of the crank ring pin in the crank ring is flat if uniform and balanced to the outside neutral.
Der kleine Raumbedarf des Kurbelzapfenkreises und der oszillie renden Kurbelkränze ist ideal für Doppelreihenmotoren.The small space requirement of the crank pin circle and the oscillie Renden cranks are ideal for double-row engines.
Für den Verbrennungsprozeß steht bei gleicher Drehzahl mehr Zeit zur Verfügung, was einer optimaleren Gleichraumverbrennung dient, die Abgastemperatur senkt und Kraftstoff einspart.There is more time for the combustion process at the same speed available, which serves a more optimal uniform space combustion, reduces the exhaust gas temperature and saves fuel.
Die Wärmeableitung am gelenklosen Kolben wird verbessert.The heat dissipation at the articulated piston is improved.
Schubstangen und Scheibenkolben sind wesentlich kürzer als die Tauchkolben mit Pleuel, weshalb die Zylinder niedriger - und näher an der Kurbelwelle platziert werden können.Push rods and disc pistons are much shorter than that Plungers with connecting rods, which is why the cylinders are lower - and can be placed closer to the crankshaft.
Block, Kurbelwelle und oszillierende Einheit werden leichter.Block, crankshaft and oscillating unit become lighter.
Die rotierenden Massenkräfte sind wegen des kleinen Kurbelradius sehr gering, die oszillierenden Kräfte wirken nur in der Zylinderachse, ihr Ausgleich ist technischer Standard.The rotating mass forces are due to the small crank radius very low, the oscillating forces only work in the Cylinder axis, their compensation is technical standard.
Der Durchmesser des Wellenzapfens ist so bemessen, daß der Kurbelkranz mit seiner fest verbundenen Schubstange samt Kolben in der Gänze "eingefädelt" werden kann.The diameter of the shaft journal is dimensioned so that the Crank ring with its firmly connected push rod including piston can be "threaded" as a whole.
Der Kurbelkranzzapfen wird direkt am Kurbelzapfen mit dem Kurbelkranz zusammengefügt und axial gesichert.The crankpin is attached directly to the crankpin with the Crank ring assembled and axially secured.
Das Kurbelkranztriebwerk unterbietet alle Abmessungen des Kurbel triebes und wäre somit gegen jedes pleuelgetriebene bestehender Motorkonstruktionen auswechselbar, wobei sogar der Kolbenhub noch vergrößert werden könnte.The crank ring engine undercuts all dimensions of the crank drive and would therefore be against any connecting rod-driven existing Interchangeable engine designs, even the piston stroke could still be enlarged.
Alle Bauformen nach dem Hubkolbenprinzip mit Pleuel- und Kurbel schlaufentrieb sind auch mit dem Kurbelkranz möglich und dies sogar mit doppelwirkendem Kolben für das Zweitaktprinzip. Dies besagt, daß die Ausstattung mit diesem Triebwerk keine grundsätzlichen Neukonstruktionen erfordern, weder beim Normalmotor noch im Renntriebwerk. All designs based on the reciprocating piston principle with connecting rod and crank Loop drives are also possible with the crank ring and this even with a double-acting piston for the two-stroke principle. This means that the equipment with this engine is none require fundamental new designs, neither for Normal engine still in the racing engine.
Die aufgeführten Punkte lassen den Vorteil einer größeren Drehzahlverträglichkeit bei diesem Triebwerk erkennen und oder die Möglichkeit einer Anhebung des Hubbohrungsverhältnisses. Auch größere Einzelvolumen zu Gunsten weniger Zylinder bei gleicher Drehzahl erscheint praktikabel.The points listed leave the advantage of a larger one Recognize speed compatibility with this engine and or the possibility of increasing the stroke ratio. Even larger individual volumes in favor of fewer cylinders same speed seems practicable.
Das Kurbelkranzprinzip gestattet auch Formen, welche von den linear und sinusförmigen Hin- und Herbewegungen mehr oder weniger stark abweichen bis hin zur völligen Angleichung an die Pleuel form mit entsprechendem Pleuelstangenverhältnis Lambda.The crank ring principle also allows shapes that differ from the linear and sinusoidal back and forth movements more or less deviate strongly up to the complete adjustment to the connecting rods shape with corresponding connecting rod ratio lambda.
Starre Kolbeneinheiten, Wegfall der Kurbelwellenwangen, Einzel zuordnung des Kurbelwinkels, doppelwirkende Kolben, kleiner Raum bedarf u. a.m., lassen für Kraft- und Arbeitsmaschinen neue Kombi nationen und Konstruktionen entstehen.Rigid piston units, omission of the crankshaft webs, single allocation of the crank angle, double-acting pistons, small space needs u. a.m., leave new station wagons for power and work machines nations and constructions emerge.
V-Motoren mit gleichmäßigen Zündabständen trotz unterschiedlicher Bankwinkel auch mit doppelwirkenden Kolben für Zweitaktmotoren. V-Motoren mit ungerader Zylinderanzahl, z. B. eine Zylinderreihe mit 5 und die andere mit 4, dafür symmetrisch versetzt.V-engines with even firing intervals despite different Bankwinkel also with double-acting pistons for two-stroke engines. V-engines with an odd number of cylinders, e.g. B. a row of cylinders with 5 and the other with 4, but symmetrically offset.
Flugmotoren in Sternanordnung mit gerader oder ungerader Zylinder zahl nach dem Zweitaktprinzip und somit ohne aufwendigen Ventil trieb auch in gekreuzter 180 Grad-V-Konstruktion.Star-shaped aircraft engines with an even or odd cylinder number according to the two-stroke principle and therefore without an expensive valve also drove in crossed 180 degree V construction.
Viertaktmotoren mit gerader Zylinderanzahl in Reihe oder im V, bei welchen zwei Zylinder nebeneinander oder gegenüber im Gleich takt, jedoch 360 Grad phasenversetzt spielen, deren doppelwir kende Kolben auf der Unterseite parallelgeschaltet, abwechselnd einen und dann den anderen Zylinder durch ein etwas später öffnendes Einlaßventil mit Frischluft nachladen, während das andere Einlaßventil des gleichen Zylinders normal öffnet und früher schließt, die Luft direkt von außen ansaugt.Four-stroke engines with an even number of cylinders in series or in V, in which two cylinders side by side or opposite in the same clock, but play 360 degrees out of phase, the doubles kenden pistons connected in parallel on the underside, alternately one and then the other cylinder through a little later Reload opening intake valve with fresh air while the other intake valve of the same cylinder opens normally and closes earlier, sucks in the air directly from the outside.
W-Motoren mit zwei unterschiedlichen V-Winkeln von beispiels weise 65 und 90 Grad bei gleichmäßigen Zündabstand von 240 Grad je Zylinderreihe und gleichmäßigen Gesamtabstand von 80 Grad, für einzel- und gesamtharmonische Aus- und Einströmbedingungen, sowie größeren Abstand zu den Auspuffrohren im großen Winkel. W motors with two different V-angles from example as 65 and 90 degrees with an even ignition distance of 240 degrees per row of cylinders and even overall distance of 80 degrees, for single and overall harmonic outflow and inflow conditions, as well as greater distance to the exhaust pipes at a large angle.
Die geradlinige, oszillierende Bewegungsform entlastet Kolben, Kolbenringe, Schubstangen und Kurbelkranz gegenüber dem Kurbel trieb ebenso wie Zylinderlaufbüchsen, Kurbelwelle und Lager mechanisch und verschleißmäßig.The straight, oscillating form of movement relieves pistons, Piston rings, push rods and crank ring opposite the crank as well as cylinder liners, crankshaft and bearings mechanical and wear.
In der Auswahl der Materialien, Legierungen oder Beschichtungen können deshalb andere Materialeigenschaften wie Wärmeverträg lichkeit, Wärmeleitfähigkeit, Gewicht, Gleitvermögen u. a.m. Berücksichtigung finden.In the choice of materials, alloys or coatings can therefore have other material properties such as heat tolerance Liability, thermal conductivity, weight, lubricity u. at the. Find consideration.
Die gerade Kolbenführung mit gleichmäßiger Massenkraftverteilung im OT und UT, sowie Wegfall der Kippeigenschaft vermindern die mechanischen Geräusche.The straight piston guide with even mass distribution in the OT and UT, as well as loss of the tipping property reduce the mechanical noise.
Wie bei allen Neuerungen liegt ein wesentlicher Nachteil im niedrigen Entwicklungsstand.As with all innovations, there is a major disadvantage low level of development.
Lange und kostenintensive Entwicklungen haben geringe Realisierungschancen.Long and costly developments have little Realization opportunities.
Zur Umsetzung der oszillierenden Bewegungsform in die Rotation bedarf es eines Innengetriebes, welches aus einem außen- und einem innenverzahnten Stirnrad besteht.To convert the oscillating form of movement into rotation an internal gear is required, which consists of an external and there is an internally toothed spur gear.
Die Stirnverzahnung in den Kurbelzapfen erfordert evtl. eine Spezialwerkzeugmaschine und oder ein spezielles Verfahren.The spur gearing in the crank pin may require one Special machine tool and or a special process.
Damit das Ritzel in allen Phasen und Betriebszuständen im Ein griff mit dem Innenzahnkranz bleibt, bedarf es einer Abstützung.So that the pinion in all phases and operating states in one grip with the internal ring gear remains, a support is required.
Bei kleinen Kolbenhüben kann der Teilkreisdurchmesser, welcher beim Ritzel die Hälfte des Kolbenhubes beträgt Festigkeitsprobleme aufwerfen.With small piston strokes, the pitch circle diameter, which is half the piston stroke for the pinion Raise strength problems.
Die Ventilsteuerzeiten und Ventilüberschneidungen müssen mit der Sinusform neu abgestimmt und optimiert werden.The valve timing and valve overlap must be included the sinusoidal shape can be re-adjusted and optimized
Unvorhergesehenes kann Lösungsprobleme hervorrufen. The unforeseen can cause solution problems.
H. Th.Wagner, K.J.Fischer, J.-D.v.Frommann -
Strömungs- und Kolbenmaschinen.
Heinz Grohe - Otto- und Dieselmotoren
Buschmann/Koessler - Handbuch der Kraftfahrzeugtechnik
Heinrich Riedl - Spezial-Lexikon Kraftfahrtechnik
Hans Giger - Kolben-Flugmotoren
W.-D.Bensinger - Rotationskolben-Verbrennungsmotoren
Martin Werdich - Stirling-Maschinen
Brockhaus - Lexikon Naturwissenschaften und Technik
Atlas Copco - Druckluft Technik
Alfred Böge - Die Mechanik der Planetengetriebe
Thomas Krist - Hydraulik
Cerbe/Hoffmann - Einführung in die Wärmelehre
F. Schäfer und R. van Basshuysen - Schadstoffreduzierung und
Kraftstoffverbrauch von PKW-Verbrennungsmotoren
Ficht GmbH - Kurbelschlaufen-Motoren
Ludwig Apfelbeck/Hermann Weichsler -
Ventilsteuerungen für Hochleistungsmotoren
Gert Hack, Fritz Indra - Mehrventil Motoren
Gert Hack, Fritz Indra - Formel 1 - Motoren
Fachzeitschriften
Besuch von einschlägigen Fachmessen
z. B. Hannover Messe, Forschung und Technologie,
Automobil- und Luftfahrtmessen. H. Th. Wagner, KJ Fischer, J.-Dv Frommann - Flow and piston machines.
Heinz Grohe - Otto and diesel engines
Buschmann / Koessler - Handbook of automotive engineering
Heinrich Riedl - Special Lexicon Automotive Technology
Hans Giger - piston aircraft engines
W.-D.Bensinger - rotary piston internal combustion engines
Martin Werdich - Stirling machines
Brockhaus - Lexicon of natural sciences and technology
Atlas Copco - compressed air technology
Alfred Böge - The mechanics of planetary gears
Thomas Krist - hydraulics
Cerbe / Hoffmann - Introduction to thermal theory
F. Schäfer and R. van Basshuysen - Pollutant reduction and fuel consumption in car internal combustion engines
Ficht GmbH - crank loop motors
Ludwig Apfelbeck / Hermann Weichsler - Valve controls for high-performance engines
Gert Hack, Fritz Indra - multi-valve engines
Gert Hack, Fritz Indra - Formula 1 engines
Journals
Visiting relevant trade fairs such. B. Hannover fair, research and technology, automotive and aviation fairs.
Die als "Kurbelkranztriebwerk" bezeichnete Vorrichtung hat 3 bewegte Bauteile.The device referred to as the "crank ring engine" 3 moving components.
- 1. Das oszillierende Bauteil, bestehend aus der stoffschlüssigen Kurbelkranz-Schubstangen-Kolbeneinheit mit Kolbenring.1. The oscillating component, consisting of the cohesive Crank ring push rod piston unit with piston ring.
- 2. Das oszillierende und rotierende Bauteil, bestehend aus dem Kurbelkranzzapfen und, oder den Kurbelkranzrollen, Ritzeln.2. The oscillating and rotating component, consisting of the Crank ring pin and, or the crank ring rollers, pinions.
- 3. Das rotierende Bauteil, bestehend aus der Kurbelwelle.3. The rotating component, consisting of the crankshaft.
Diese Bauteile formen die oszillierende Bewegung in die rotie
rende um und stützen die Kräfte zueinander rollend und gleitend ab.
1 Kurbelkranz-Schubstangen-Kolbeneinheit; Kurbelkranz-T;
Starre oszillierende Einheit; Starre Kolbeneinheit.
1.1 Kurbelkranz; Innenzahnkranz; Innenzahnrad; Hohlrad.
1.2 Kurbelkranz; Innenkranz; Innenrollkreis; Roll- und Gleitring.
1.3 Schubstange; Kolbenstange.
1.4 Kolben; Scheibenkolben; Kolben ohne Schaft und Kolbenbolzen.
2 Kurbelkranzzapfen; Kurbelkranzrollen; Kurbelkranzabstützung.
2.1 Kurbelkranzzapfen, gleitend-rotierend im Innenzahnkranz
und, oder gleitend-rotierend im Gleitring.
2.2 Kurbelkranzrollen im Innenzahnkranz und, oder Gleitring.
3 Kurbelwelle; Zentralwelle.
3.1 Kurbelzapfen stirnverzahnt; Kurbelzapfenritzel; Ritzel.
3.2 Kurbelzapfen; Gleitzapfen.
3.3 WellenzapfenThese components transform the oscillating movement into the rotating one and support the forces in a rolling and sliding manner.
1 crank ring push rod piston unit; Crankset-T; Rigid oscillating unit; Rigid piston unit.
1.1 crank ring; Internal ring gear; Internal gear; Ring gear.
1.2 crank ring; Inner ring; Inner rolling circle; Roll and slide ring.
1.3 push rod; Piston rod.
1.4 pistons; Disc piston; Piston without shaft and piston pin.
2 crankpin; Crank ring rollers; Crank ring support.
2.1 Crank ring journal, sliding-rotating in the internal ring gear and, or sliding-rotating in the sliding ring.
2.2 Crankset rollers in the internal ring gear and, or slide ring.
3 crankshaft; Central shaft.
3.1 crankpin spur gear; Crank pinion; Pinion.
3.2 crank pin; Sliding pin.
3.3 shaft journal
1 Kurbelkranz-T in Zylinderlaufbuchse
2 Kurbelwellenteil; Wellenzapfen mit Kurbelzapfen
3 Kurbelkranzzapfen 3-teilig für Zahn- und Gleitkreis
4 Kurbelkranzzapfen in Kurbelwellenachsrichtung
5 Kurbelwelle; Wellenzapfen mit Kurbelzapfen in Achsrichtung
6 Kurbelkranztriebwerk im V-Zylinder.1 crank ring T in cylinder liner
2 crankshaft part; Shaft journal with crankpin
3 3-piece crank ring pins for gear and sliding circle
4 crankpin in the crankshaft axis direction
5 crankshaft; Shaft journal with crankpin in the axial direction
6 Crank ring engine in the V-cylinder.
Claims (2)
Was liegt näher, als nach Wegen zu suchen und mit einer echten technischen Neuerung den Hubkolbenmotor weiter auf Höchsttouren zu bringen.
Erfindungsgemäß wird ein Triebwerk vorgestellt, welches als so bezeichnetes Kurbelkranztriebwerk unter gleichen Bedingungen, d. h. Beibehaltung der Kolbenhubstrecke, Zylinder-Einzelvolumen und Anordnung, zum einen eine Reduzierung der oszillierenden und rot ierenden Massenkräfte ermöglicht und zum anderen durch konstruk tive Maßnahmen und verfahrensmäßige Gegebenheiten größere Massen kräfte zuläßt und somit höhere Kolbengeschwindigkeiten verkraftet.
Das Hauptmerkmal hierfür ist die lineare und sinusförmige Hubbewe gung bei nur halben Kurbelzapfenradius. Im einzelnen bedeutet dies:
Starre Einheit von Kolben, Schubstange und Schubstangenauge erübrigt Kolbenzapfen, Kolbenschaft und massige Pleuel;
Wegfall des Kolbenkippens in den Totpunkten gestattet vorteil haftere Materialauswahl, weniger und leichtere Kolbenringe;
Die sinusförmige Hin- und Herbewegung vermindert die wirkliche Massenbeschleunigung im OT, und verschafft mehr Zeit für eine angestrebte Gleichraumverbrennung;
Der Kurbelzapfen erzeugt nur eine minimale rotierende Massenkraft;
Die oszillierenden Massenkräfte werden am Kurbelzapfen ohne Lagerelement abgestützt bzw. übertragen, die Wellenlager können wegen des Fehlens der Wangen verbreitert werden;
Das Triebwerk unterbietet alle Abmessungen des Kurbeltriebes. 1. The reciprocating engine and with it the crank mechanism has reached an unimagined level of development through racing. In the premier class of all motorsport categories, Formula 1, his skills are demonstrated, but also his limits are shown. At maximum speeds, which are heading for the magical "20,000 mark", the engine, but not only above all, is subjected to the highest loads and the main bearings can only fulfill their sliding and supporting function to a limited extent due to the enormous, cylinder-axis-oriented contact pressures caused by the mass forces .
What could be more obvious than to look for ways and to bring the reciprocating engine to full speed with a real technical innovation.
According to the invention, an engine is presented which, as a so-called crank ring engine under the same conditions, ie maintaining the piston stroke distance, individual cylinder volume and arrangement, on the one hand enables a reduction in the oscillating and rotating inertial forces and on the other hand, by means of constructive measures and procedural conditions, greater inertial forces allows and thus copes with higher piston speeds.
The main feature of this is the linear and sinusoidal stroke movement with only half the crank pin radius. In particular, this means:
Rigid unit of piston, push rod and push rod eye eliminates the piston pin, piston shaft and massive connecting rods;
Elimination of the piston tilting in the dead centers allows advantageous selection of materials, fewer and lighter piston rings;
The sinusoidal back-and-forth movement reduces the real mass acceleration in TDC, and creates more time for the desired constant-space combustion;
The crank pin generates only a minimal rotating mass force;
The oscillating mass forces are supported or transmitted on the crank pin without a bearing element, the shaft bearings can be widened due to the lack of cheeks;
The engine undercuts all dimensions of the crank mechanism.
- 1. die Kurbelwelle des so bezeichneten Kurbelkranztriebwerks ver
gleichbar ist mit jeder anderen Kurbelwelle im klassischen Kurbel
trieb mit Pleuel der verschiedensten Motorbauarten, Zylinderan
ordnungen und Zylinderanzahl, jedoch im Vergleich zu dieser nur
den halben Kurbelradius besitzt;
durch die geringe Desachsierung des Kurbelzapfens vom Wellen zapfen keine Kurbelwangen benötigt werden und der Kurbelzapfen zu beiden Seiten stumpf in den Wellenzapfen mündet;
der Kurbelzapfen über seine ganze Länge oder nur in einem Teil bereich stirnverzahnt ist und als Kurbelzapfenritzel, Kurbel zapfenstirnrad oder Ritzelwelle bezeichnet wird, während der nicht verzahnte Teil die Bezeichnung Gleitzapfen trägt;
der Teilkreisdurchmesser der Ritzelwelle gleich dem Gleitzapfen- Durchmesser und dem Kurbelzapfen-Kreisdurchmesser ist;
jedes Kurbelzapfenritzel konstruktiv mit unterschiedlichem Winkel im Kurbelkreis platziert werden kann und somit, wie beim Reihen motor, auch bei V-Anordnung eine Einzelansteuerung jeden Zylinders mit dem gewünschten Kurbelwinkel ermöglicht;
zwischen jedem V-Zylinderpaar somit ein mehr oder weniger breiter Wellenzapfen auch mit Lagermöglichkeit besteht;
das Kurbelzapfenritzel im Betrieb in einem Innenzahnkranz, Hohl rad, hier als Kurbelkranz bezeichnet, mit doppelter Zähnezahl kämmt, oder der Gleitzapfen im nicht verzahnten Kranzbereich-, dem Innenkranz, Innenrollkreis, Roll- und Gleitring, abrollt;
der Teilkreisdurchmesser des Innenzahnkranzes gleich dem Durchmesser des Innenkranzes ist;
der Kurbelkranz, vergleichbar mit dem großen Pleuelauge, als fester, stoffschlüssiger Bestandteil mit der Schubstange und dem Kolben eine starre nicht zerlegbare Einheit bildet, welche über die Wellenzapfen "eingefädelt", am richtigen Zylinder und Kurbelzapfen eingeführt und eingebaut wird;
der Kurbelkranz mit Schubstange gegenüber dem Kolben desachsiert ist, um bei V-Anordnung mehr Zwischenraum zu bekommen;
im Freiraum des Kurbelkranzes eine gleitende und, oder rollende auch kämmende Kurbelkranzabstützung eingefügt und axial gesi chert wird, welche rotierend mit oszilliert und für einen stetigen Zahneingriff in allen Betriebszuständen sorgt, insbe sondere im OT die resultierenden Gas- und Zündkräfte im unteren und mittleren Drehzahlbereich auf den Kurbelzapfen überträgt;
bei richtiger Zuordnung der Verzahnung im Kurbelkranz und nach erfolgtem Zusammenbau des Triebwerks eine Drehung an der Kurbel welle in der dreh- aber nicht gehäusefesten starren Kurbelkranz- Schubstangen-Kolbeneinheit eine in Kolbenachse, lineare und sinusförmige Hin- und Herbewegung erzeugt wird, deren Hub das zweifache des Kurbelzapfen-Kreisdurchmessers beträgt;
die Verzahnung im Kurbelkranz nach Modul, Eingriffswinkel, Fuß- und Kopfkreisabstand, Steigung, Schräge u. a.m. mit der Kraftein wirkung und der rollenden Abstützung abgestimmt ist;
neben der beschriebenen Funktion des Triebwerks für geradlinig, zylinderachsgerichtete und sinusförmige Hubbewegungen, sich das Kurbelkranztriebwerk auch für solche Umformungen eignet, wie sie dem Pleueltrieb zu eigen sind und jede Zwischenform möglich ist. - 2. Alle Motorbauarten nach Anspruch 1, vom Einzylinder-, Reihen-, V-, 180 Grad-V-, Boxer-, W-, Stern- bis hin zum Doppelreihenmotor mit doppelwirkendem Kolben für das Zweitaktprinzip konstruiert werden können, indem der Zylinderraum an der Kolbenunterseite zum Kurbelraum hin durch sog. Trennwandlager abgeschottet ist und als Spülgebläse dient, wobei die Gemischschmierung entfällt.
- 3. Alle Motorbauarten nach Anspruch 1 und 2, jedoch mit gerader Zylinderanzahl als Viertaktmotoren konstruiert- und mit hoher Zylinderaufladung betrieben werden können, indem zwei neben einander oder gegenüberliegende Zylinder ein Paar mit gleichen Kurbelwinkeln bilden, das Viertaktspiel dieses Zylinderpaares zu einander jedoch 360 Grad phasenversetzt ist, die beiden Zylinder räume an den Kolbenunterseiten parallelgeschaltet, nach dem Zwei taktspiel abwechselnd in den einen und dann in den anderen Zylin der durch ein etwas später öffnendes Einlaßventil Druckluft för dern, während das andere Einlaßventil des gleichen Zylinders nor mal öffnet, die Luft von außen ansaugt und etwas früher schließt.
- 4. Für Einzylinder- und Reihen-Zweitaktmotoren nach Anspruch 1, die Kurbelkastenspülung interessanter wird, indem die Wellenlager durch das Fehlen der Kurbelwangen beidseitig direkt an den Kurbel zapfen anschließen und der Kurbelkranz nur die gerade, raumspa rende Hin- und Herbewegung ausführt, kann der Kurbelkasten enger, kleiner, leichter und somit freier von schädlichem Raum gebaut gebaut werden, die innere Reibung infolge hoher Luftverwirbelung und schädlicher Pulsation wird gegenüber dem Kurbeltrieb vermin dert, da Wangen und Pleuel fehlen und der Kurbelzapfenkreis hal biert ist. Da im Kurbelraum kein eigentliches Wellenlager vor handen ist, müßte das Schmierproblem ohne Gemischschmierung zufriedenstellend zu lösen sein. Zuverlässigkeit, Gewicht, Größe und Preis dürften auch für einen solchen Flugmotor sprechen.
- 5. Für Reihenmotoren nach Anspruch 1, 3 und 4, als Viertakt motoren mit Zylinderaufladung die Lade-Druckluft nach dem Prinzip 3 über die Kurbelkästen erfolgt und hier sogar für den Flug motor eine Gemischschmierung oder eine Luft-Ölgemischschmierung zu erwägen ist, wobei der Kurbelraum zudem gut durchlüftet wird.
- 6. Die triebwerkentlastenden Eigenschaften nach Anspruch 1, und die einleitend aufgeführten Hauptmerkmale hierfür, größere Zylinder-Einzelvolumen für den Formel 1 - Motor begünstigen und einen 9-Zylindermotor im klassischen V als "Neuen Kompromiß" erscheinen lassen, was konstruktiv bedeutet, daß eine Zylinder reihe 5 - und die andere Zylinderbank 4 Zylinder besitzt, wobei letztere mittig-versetzt angeordnet sind. Bei einem gesamt gleichmäßigen Zündabstand von 80 Grad stehen 3×3 Zylinder zu je 240 Grad zueinander, was sehr gute Ausström- und Einström bedingungen herrschen läßt, jedoch bedeutet, daß 1 Auspuffrohr die Seite wechseln muß.
- 7. Ein 9-Zylinder W-Motor nach Anspruch 1 und 6, für die Formel 1 mit ungleichen V-Winkeln ebenfalls realistisch erscheint, indem ein Winkel beispielsweise 90 Grad und der andere 70 Grad hat, bei insgesamt gleichem Zündabstand und gleichmäßigen Abständen je Zylinderbank. Für die Auspuffreihe im Innern des größeren V- Winkels somit mehr Zwischenraum zur Ansaugreihe gegenüber besteht.
- 8. Nach Anspruch 1, jeder Motor auf das neue Triebwerk umrüstbar ist.
- 1. the crankshaft of the so-called crank ring engine is ver comparable with any other crankshaft in the classic crank with connecting rods of various engine types, cylinder arrangements and number of cylinders, but in comparison to this has only half the crank radius;
due to the slight dislocation of the crank pin from the shaft, no crank webs are required and the crank pin ends bluntly on both sides in the shaft pin;
the crank pin is spur-toothed over its entire length or only in a partial area and is referred to as crank pinion pinion, crank pinion spur gear or pinion shaft, while the non-toothed part bears the designation sliding pin;
the pitch circle diameter of the pinion shaft is equal to the slide pin diameter and the crank pin circle diameter;
each crank pinion can be placed constructively with different angles in the crank circle and thus, as with the in-line engine, even with a V arrangement, individual control of each cylinder with the desired crank angle is possible;
between each pair of V-cylinders there is therefore a more or less wide shaft journal with the possibility of bearing;
the crank pinion in operation in an internal ring gear, ring gear, here referred to as a crank ring, combs with twice the number of teeth, or the sliding pin rolls in the non-toothed ring area, the inner ring, inner rolling circle, rolling and sliding ring;
the pitch circle diameter of the inner ring gear is equal to the diameter of the inner ring;
the crank ring, comparable to the large connecting rod eye, as a solid, integral part with the push rod and the piston forms a rigid unit that cannot be dismantled, which is "threaded" over the shaft journals, inserted and installed on the correct cylinder and crank journals;
the crankshaft with push rod is offset from the piston in order to leave more space in a V arrangement;
in the free space of the crankshaft, a sliding and rolling or meshing crankshaft support is inserted and axially secured, which rotates with oscillation and ensures constant meshing in all operating conditions, especially in TDC, the resulting gas and ignition forces in the lower and medium speed range transmits the crankpin;
with correct assignment of the toothing in the crank ring and after successful assembly of the engine, a rotation on the crankshaft in the rotating but not housing-fixed rigid crank ring-push rod-piston unit produces a reciprocating motion in the piston axis, linear and sinusoidal, the stroke of which is double the crankpin circle diameter is;
the toothing in the crank rim is coordinated according to the module, pressure angle, base and tip circle spacing, incline, incline, etc. with the effect of force and the rolling support;
In addition to the described function of the engine for rectilinear, cylinder-axis-oriented and sinusoidal lifting movements, the crankshaft engine is also suitable for such transformations as are common to the connecting rod drive and any intermediate shape is possible. - 2. All engine types according to claim 1, from single cylinder, inline, V, 180 degree V, boxer, W, star to double row engine with double-acting pistons for the two-stroke principle can be constructed by the cylinder space the piston underside is sealed off from the crank chamber by so-called partition wall bearings and serves as a flushing fan, whereby the mixture lubrication is not required.
- 3. All engine types according to claim 1 and 2, but constructed with an even number of cylinders as four-stroke engines and can be operated with high cylinder charge, by two cylinders lying next to or opposite one another forming a pair with the same crank angle, but the four-stroke cycle of this pair of cylinders is 360 degrees out of phase with one another is, the two cylinders spaces on the piston undersides connected in parallel, after the two-stroke cycle alternately in one and then in the other cylinder, by means of a slightly later opening intake valve for the compressed air, while the other intake valve of the same cylinder normally opens the air of sucked in on the outside and closes a little earlier.
- 4. For single-cylinder and in-line two-stroke engines according to claim 1, the crankcase purging becomes more interesting by the shaft bearings connecting directly to the crank pin on both sides due to the lack of the crank webs and the crank ring executing only the straight, space-saving reciprocating movement Crankcase to be built narrower, smaller, lighter and thus free from harmful space, the internal friction due to high air turbulence and harmful pulsation is reduced compared to the crank mechanism, since cheeks and connecting rods are missing and the crank pin circle is hal hal. Since there is no actual shaft bearing in the crankcase, the lubrication problem should be solved satisfactorily without mixed lubrication. Reliability, weight, size and price should also speak for such an aircraft engine.
- 5. For in-line engines according to claim 1, 3 and 4, as four-stroke engines with cylinder charging, the charging compressed air according to the principle 3 via the crankcases and here even for the aircraft engine mixed lubrication or an air-oil mixture lubrication is to be considered, the crankcase is also well ventilated.
- 6. The engine-relieving properties according to claim 1, and the introductory main features for this, larger cylinder individual volumes for the Formula 1 engine favor and a 9-cylinder engine in the classic V appear as a "new compromise", which means constructively that a cylinder row 5 - and the other cylinder bank has 4 cylinders, the latter being arranged centrally offset. With an overall even firing distance of 80 degrees, 3 × 3 cylinders, each 240 degrees to each other, which allows very good outflow and inflow conditions, but means that 1 exhaust pipe has to change sides.
- 7. A 9-cylinder W engine according to claim 1 and 6, for Formula 1 with unequal V-angles also seems realistic, for example, one angle has 90 degrees and the other 70 degrees, with the same ignition distance and even distances per cylinder bank . For the exhaust row inside the larger V-angle there is therefore more space to the intake row.
- 8. According to claim 1, each engine can be converted to the new engine.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1998131074 DE19831074A1 (en) | 1998-07-10 | 1998-07-10 | Piston system for high speed IC engine, has one piece construction for pistons and piston rods, with epicyclic gearing between piston rods and crankshaft |
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|---|---|---|---|
| DE1998131074 DE19831074A1 (en) | 1998-07-10 | 1998-07-10 | Piston system for high speed IC engine, has one piece construction for pistons and piston rods, with epicyclic gearing between piston rods and crankshaft |
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| Publication Number | Publication Date |
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| DE19831074A1 true DE19831074A1 (en) | 2000-01-13 |
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ID=7873706
Family Applications (1)
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| DE1998131074 Withdrawn DE19831074A1 (en) | 1998-07-10 | 1998-07-10 | Piston system for high speed IC engine, has one piece construction for pistons and piston rods, with epicyclic gearing between piston rods and crankshaft |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19831074A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102878287A (en) * | 2011-09-08 | 2013-01-16 | 摩尔动力(北京)技术股份有限公司 | Piston rod mechanism |
-
1998
- 1998-07-10 DE DE1998131074 patent/DE19831074A1/en not_active Withdrawn
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