WO2009086809A1 - Rocking piston compressor - Google Patents
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- F04B39/122—Cylinder block
Definitions
- the invention relates to a Pleuelkolbenkompressor for admitting, compressing, moving or expanding and expelling a gaseous or liquid medium consisting of a housing having a compression chamber with a constant in the stroke direction of the piston profile and a connecting rod whose piston in its stroke direction complementary to the profile the compression chamber is shaped and transversely to the stroke direction, in which the compression chamber-contacting area is kugelsegment- or zylin- dersegmentförmig and the fixed piston connected to the connecting rod is pivotally connected to a crankshaft and at least one intake passage and at least one exhaust passage, both in the compression chamber are arranged and both are opened and closed by the piston of the connecting rod during its movement.
- a disadvantage of this arrangement are the considerable transverse forces acting on the cylinder walls, which cause increased wear of the piston, its seal and / or the cylinder.
- Another weakness is the joint between the connecting rod and the piston, which increases the number of parts to be manufactured and assembled and, like all moving parts, is subject to continuous wear. The joint increases the oscillating mass of the piston and thereby increases the load on the crankshaft bearings and deteriorates the concentricity of the engine or the compressor.
- the joint in the piston is successfully eliminated, but traded as a disadvantage that the piston is no longer flat against the wall of the cylinder.
- This not only affects the seal of the piston relative to the cylinder, but also rules out that the piston can open and close channels with its entire outer surface, via which in a pump, the medium to be pumped to and is discharged and over in a compressor or Compressor enters the medium to be compressed and is ejected again or over which occurs in an internal combustion engine, the medium to be burned and ejected after the end of the process as exhaust gas again.
- a "piston skirt” is arranged on the piston, which is shaped as a cylinder segment according to Figure 2. It remains unclear how such a cylinder segment can completely close the outlet despite the pendulum or tumble of the connecting rod piston.
- the piston part of the connecting rod piston consists only of a plane which is marked relative to the cylinder by a circumferential seal.
- Edges of the exhaust and intake ports are exposed to increased wear, which is still amplified by the hot exhaust gases when operating as a motor, which stroke along at the here anyway highly loaded point of the circumferential seal along.
- the invention presents that the profile of the compression chamber contains at least one plane which is oriented perpendicular to the direction of rotation of the crankshaft and which contains all the intake ports and all the exhaust ports.
- the cylinder of the invention thus has a plane in which all intake ports and all exhaust ports are arranged and which are covered by a likewise flat surface of the piston and thereby reliably sealed becomes.
- the key advantage of the relatively large surfaces between the piston and cylinder is that in the area of the intake and exhaust ducts of the piston overlaps these openings over a large area, so z. B. also occurs in the thermally highly loaded exhaust duct of a two-stroke engine wear only at the edge of the exhaust duct to the cylinder, but not on a thin, running around the piston seal.
- the piston part of the connecting rod rests on the cylinder wall in the other regions in which it is designed transversely to the stroke direction in the region in contact with the compression chamber, so that the cylinder wall forms a tangent to the cylinder segment of the piston.
- an absolutely inelastic piston and an absolutely inelastic cylinder wall only touch one another, which in practice, however, widens into a surface due to the ever-present elasticity of the material.
- this increased sealing effect is further enhanced by the fact that in the two crescent-shaped gaps between the cylinder segment-shaped piston and the flat cylinder wall by capillary action a lubricant and / or combustion residues and / or particles of the medium to be conveyed or to be compressed are collected and held by capillary action so that the actual sealing effect in practice is even higher than would theoretically be expected.
- the piston outside the flat surface, which sweeps over the intake and exhaust ducts designed spherical segment.
- the profile of the piston thus consists of a single straight line, which connects with its two ends to an arbitrarily curved line.
- intake and exhaust ducts are arranged in a common plane and the profile of the piston is exactly complementary to the profile of the compression chamber, so that a sufficient seal is always ensured.
- the profile of the piston consists of two opposing planes that are parallel to each other. The edges of these two planes are then connected to each other by two surfaces, which in principle can be freely curved.
- intake duct and exhaust duct are arranged on respectively opposite surfaces, which improves the gas exchange during engine operation.
- the profile of the piston is a rectangle. Then, the area of the piston contacting the compression chamber is no longer spherical segment-shaped, e.g. barrel-segmented or spherical, but designed as
- Cylinder segment shaped This form is particularly easy to manufacture. gene and bring with much less effort in the required for a sufficient sealing effect narrow tolerance limit.
- a further advantage is that, as an additional variant, a seal can be introduced between the piston and the compression chamber and / or, as a further variant, the two surfaces aligned perpendicular to the axis of rotation of the crankshaft can also be equipped with an additional seal.
- These gaskets can be applied not only as a plate-shaped material but also as a coating.
- the piston itself can be equipped with seals that are common in the prior art for reciprocating engines. These include one or more sealing strips, which are oriented transversely to the direction of movement.
- the piston is divided longitudinally and a spring-elastic layer is introduced between the two parts. This layer presses the parts of the piston against the wall of the compression chamber and can thus also compensate for thermally induced changes in the piston dimensions relative to the cross section of the compression chamber.
- the interior of a connecting rod piston compressor according to the invention consists of the compression chamber and the adjoining thereto the crankcase.
- the production of this shape is particularly simple when the housing around a connecting rod piston consists of two housing parts whose contact surface is oriented perpendicular to the axis of rotation of the crankshaft. Then the mold for a casting and the post-processing of these castings in a single clamping z. B. on a three-axis CNC machining machine done.
- both housing halves are identical, so can be created with only one change from a common mold or worked out of identical blanks.
- the housing of a connecting rod piston compressor When used as a compressor also creates heat loss, as when used as a combustion engine.
- the housing of a connecting rod piston compressor according to the invention can either have cooling fins for air cooling and / or channels for water cooling.
- the intake passage and the exhaust passage can be extended by appropriate continuations in the piston, which are activated when the piston reaches the respective channel.
- the intake passage in the passage flange is then extended through the piston intake passage in the connecting rod piston and the exhaust passage in the side flange through the piston exhaust passage in the connecting rod piston.
- Another channel which can be introduced as an additional option in the piston, when used as a two-stroke engine with an overflow channel and an adjoining inlet channel in
- connecting-rod pistons can be combined to form a multi-piston unit.
- Each connecting rod each has its own compression chamber and a separate crankcase and is connected to the crank pin of a common crankshaft.
- crankshaft with its numerous, compared to the axis of rotation cranked crank pin by a straight main shaft replaced, are arranged on the gears, each meshing with another gear, which is integrated in a separate crankshaft for each connecting rod. It makes sense to integrate at least one crank arm of this small crankshaft, which is provided separately for each individual connecting rod piston, into a toothed wheel.
- Two-stroke engine A typical feature of any two-stroke operation is that the aspiration of fresh gas in the crankcase occurs simultaneously with the compression of pre-compressed and pre-compressed gas in the compression chamber.
- a so-called overflow channel is required for forwarding the pre-compressed fresh gas from the crank chamber into the compression chamber.
- This overflow can z. B. be realized by a bore in a housing part, which is closed by a plug to the outside again. At one end of the overflow then another hole is introduced, which establishes the connection to the compression chamber as Flanscheinlasskanal. In the vicinity of the sealing plug, at least one further bore connects to the overflow channel, which connects the overflow channel to the crank chamber as a connecting channel.
- a connecting rod piston compressor according to the invention is in principle ready for use as a two-stroke engine: A fuel-air mixture is introduced via the intake passage and precompressed in the crankcase. It flows into the compression chamber via the connection channels, the overflow channel and the flange outlet channel, where it is further compressed during the upward movement of the piston and ignited approximately at the top dead center of the piston. With the downward movement of the piston, the remaining exhaust gas is expelled.
- operation in the four-stroke process is also possible. And that is when a single piston connecting rod via a gear on its own crankshaft meshes with another gear to output the torque. If a disc is arranged on this further toothed wheel, within which runs a channel which is connected at the moment of the intake of fuel-air mixture with the intake passage within the passage flange, then the intake passage sucks a fuel-air passage only every second revolution. Mixture. The oscillating piston does not suck in at the intermediate revolutions
- Fuel-air mixture but pure fresh air.
- the medium When such a previously described engine operates on the Otto principle, the medium must be ignited by a spark plug. When operating as an engine according to the diesel principle, the medium ignites itself from reaching a minimum compression itself.
- an inventive motor is suitable because the profile of its compression chamber, in contrast to many other oscillating piston engines over the stroke is constant. Then the motor may be e.g. operate in partial-load operation with auto-ignition over the entire volume and thus more efficient combustion. Only at very low and extremely high load, the compression is reduced and ignited the mixture through a spark plug.
- Motors can be configured, which can be configured as a series engine, V-engine, boxer engine, radial engine, W-motor or H-motor. It is a particular, principal advantage of the invention that each compression chamber in the longitudinal direction of the crankshaft relatively narrow and transverse to the crankshaft can be made relatively wide, so that a Center for the crankshaft can be made relatively wide, so that a Center for the crankshaft can be made relatively wide, so that a Center of the crankshaft.
- the two-stroke diesel engine is the engine principle with the highest efficiency at relatively low speeds and relatively large engine capacities.
- efficiencies of up to 55% are achieved in this configuration, outclassing fast-running four-stroke turbodiesel with an efficiency of at best approximately 40%.
- the connecting rod piston compressor according to the invention is the operation as a steam engine or compressed air motor.
- the admitted medium is a pressurized gas.
- the piston opens the intake passage and closes the exhaust passage, maintaining this configuration as it approaches the crankshaft until just before reaching bottom dead center.
- the penetrating gas drives the piston down.
- the piston closes the intake passage and opens the exhaust passage, maintaining this configuration as it moves back to top dead center.
- the piston closes the intake passage and opens the exhaust passage, maintaining this configuration as it moves back to top dead center.
- Figure 1 Open engine case with crankshaft and connecting rod at top dead center
- the housing 9 consists of two parts whose contact surface is perpendicular to the crankshaft 11. The one housing part is removed and gives the view of the contact surface of the remaining housing part, the side flange 16 free. In the side flange 16 of the crank chamber 18 and the adjoining compression chamber 19 are embedded. Because their side walls are arranged perpendicularly to the approximately keyhole-shaped base surface visible in FIGS. 1-6, they are only visible as lines in FIGS. 1-6.
- the connecting rod 8 is visible in Figures 1 to 6 in each changing positions. Since the compression chamber 19 in this exemplary embodiment has a rectangular profile in the stroke direction of the piston, the connecting-rod piston 8 also has a rectangular cross-section. In its, the viewer facing surface of the piston inlet channel 3 and the Kolbenansaugkanal 6 are embedded.
- the - in its side view about pear-shaped - connecting rod 8 is pivotally connected with its connecting rod with the crank pin 10 of the crankshaft 11, which is mounted in the center of the circular crank chamber 18.
- crank pin 10 is cut as the only element in Figures 1 to 6 and therefore hatched.
- the crankpin 10 is cut as the only element in Figures 1 to 6 and therefore hatched.
- the sealing webs 12 and 13 are drawn, on which slides the - in Figures 1 - 6 not visible - face of the piston. Also on the lateral plane of the piston additional seals 17 are located. In the simplest variant of a connecting rod compressor, however, the sealing sheets 12 and 13 and the seal 17 are not required.
- FIG. 7 shows a section transverse to the contact surface of the two parts of the housing 9, which corresponds to FIGS. 1-6. With these FIGS. 1 to 6, various characteristic positions of the connecting-rod piston 8 are explained.
- the connecting rod 8 is shown in its position at top dead center. Good to see that the compression chamber 19 has shrunk to its minimum volume between the connecting rod 8 and the motor housing 9.
- the connecting rod at top dead center ignited to its maximum value in the combustion chamber 19 ignitable mixture - the diesel process by self-ignition at very high compression, the Otto process by a - not shown here - Spark plug.
- the exhaust passage 5 in the side flange 16 is covered by the connecting rod 8 and thereby shut off. Since it is arranged in an actually invisible plane, it is shown in dashed lines.
- the intake channel 7, which is arranged in the - actually drafts dismantled - channel flange 15 and thus also is arranged in a plane which is not visible in Figure 1.
- the fuel-air mixture has expanded after its ignition and the connecting rod 8 pushed so far down that he has opened the exhaust passage 5 via the piston exhaust passage 4 in the connecting rod 8 and extended into the compression chamber 19 into it.
- the piston exhaust passage 4 located in the connecting rod 8 extends parallel to the plane of the drawing, the exhaust passage 5 perpendicular to it in the side flange 16, a part of the housing 9, into it.
- the engine principle according to the invention thus provides, in contrast to hitherto known two-stroke engines with slot control, a considerably better separation of fresh gas and exhaust gases, as a result of which a serious disadvantage is virtually eliminated.
- crankshaft 11 has rotated slightly further in relation to FIG. 2, so that the connecting-rod piston 8 establishes a connection between the crank chamber 18 and the combustion chamber 19.
- This connection takes place via two connecting channels 2, which in FIG. 3 run out of the crank chamber 18 approximately perpendicular to the viewer into the overflow channel 14, which runs parallel to the image plane in the drawing flange 15, which is why these elements are shown in dashed lines.
- the air-fuel mixture already pre-compressed in the crank chamber 18 flows at the upper end of the overflow channel 14 through the inlet channel 1 and the piston inlet channel 3 in the connecting-rod piston into the
- the inlet channel 1 like the connecting channels 2, is oriented perpendicular to the observer and therefore only recognizable as a dashed circle in FIGS. 1-6.
- Figure 4 thus shows a position of the connecting rod 8, in which it closes all channels.
- crankshaft 18 removed.
- the connecting-rod piston 8 establishes a connection to the intake passage 7 via its piston intake passage 6.
- the intake duct 7 extends in the drawing - dismantled - channel flange 15 perpendicular to the viewer and in the plane parallel to the plane extending Kolbenansaugkanal 6 inside. About these two channels, the crank chamber 18 is filled with fresh air fuel mixture.
- the exhaust passage 5 does not overlap with its counterpart in the connecting rod, the piston exhaust passage 4.
- the inlet passage 1 is also to its counterpart, the piston inlet passage 3 on the connecting rod 8, spaced.
- FIG. 7 corresponds to FIGS. 1-6 with different positions of the connecting rod piston 8 in the same engine and shows the section through the engine housing in the two different cutting planes A-A parallel to the crankshaft 11 and A-B through the crankshaft 11.
- the housing 9 consists of two parts, the channel flange 15 on the left side and the side flange 16 on the right side.
- the side flange 16 includes the exhaust passage 5 and the channel flange 15, the intake passage 7.
- As a further channel connection of the overflow channel 14 is installed in the channel flange 15. It is connected by two connecting channels 2 with the crank chamber 18 and through the inlet channel 1 with the compression chamber 19th
- FIGS. 1-6 The 7 screws shown in FIGS. 1-6 for connecting the two housing parts of channel flange 15 and side flange 16 are omitted in FIG. 7 for the sake of clarity.
- the section through the engine is drawn in two different sectional areas in Figure 7:
- the sectional area AA of the left half and the sectional plane AB are shown in Figure 1 ,
- the sectional area AA runs in the lower part through the overflow channel 14 and bends in the upper part and is then identical to the sectional plane AB of the right half of Figure 1.
- the sectional plane AB extends on the axis of symmetry of the compression chamber 19 and crank chamber 18 through the
- the kinked cut surface AA of the left half of the picture cuts the connecting rod 8, the crank chamber 18 and the disk-shaped parts of the crankshaft 11 on a different cutting line than in the right half of the picture, which explains the difference between the two halves of the picture:
- the section through this disc is a much larger rectangle than in the left half of the picture in section A-A, which only cuts the same size, second disc on the crankshaft 11 outside its center.
- two connecting rods 8 are each shown without cylinders in their basic arrangement as a V-engine.
- the axes of rotation of their own, small crankshaft 11 point to the viewer.
- Two connecting rod 8 or two rows of connecting rod 8 are arranged at an angle V to each other.
- a first gearwheel 23 is arranged for each connecting-rod piston 8, each with a second gearwheel 22 on the main shaft 21 meshes.
- the main shaft 21 collects the torques generated in the individual connecting rod 8 and performs them together. A through the entire engine through going, expensive community crankshaft is spared. Instead, numerous gears are used.
- a gear ratio between the small gears 23 on the respective own crankshaft 11 of each connecting rod 8 and the large gears 22 on the main shaft 21 of 1: 2 is located.
- - not shown in Figure 8 - channels in the large gear 22 occur only at every other revolution with a corresponding opening in the crank chamber of each connecting rod 8 in connection.
- This can be achieved, for example, that only every second revolution of the crankshafts 11 ignitable fuel-air mixture reaches each connecting rod 8.
- Such a work rhythm corresponds to a four-stroke engine. It is advantageous after ejecting the exhaust, the good flushing of each compression chamber with fresh air. As a result, considerable advantages are achieved in the exhaust gas purification.
- crankpin of the crankshaft 11 11 crankshaft, hingedly connected to at least one
- crankcase part of the housing 9, enclosed by the channel flange 15 and side flange 16th
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Abstract
Description
Pleuelkolbenkompressor Pleuelkolbenkompressor
Die Erfindung bezieht sich auf einen Pleuelkolbenkompressor zum Einlassen, Verdichten, Bewegen oder Expandieren und Ausstoßen eines gasförmigen oder flüssigen Mediums, bestehend aus einem Gehäuse mit einer Kompressionskammer mit einem in Hubrichtung des Kolbens konstantem Profil und einem Pleuelkolben, dessen Kolben in seiner Hubrichtung komplementär zum Profil der Kompressionskammer geformt ist und quer zur Hubrichtung, in dem die Kompressionskammer berührenden Bereich kugelsegment- oder zylin- dersegmentförmig ist und der fest mit dem Kolben verbundene Pleuel gelenkig mit einer Kurbelwelle verbunden ist und wenigstens je einem Ansaugkanal und wenigstens je einem Auspuffkanal, die beide in der Kompressionskammer angeordnet sind und beide durch den Kolben des Pleuelkolbens im Laufe seiner Bewegung geöffnet und geschlossen werden.The invention relates to a Pleuelkolbenkompressor for admitting, compressing, moving or expanding and expelling a gaseous or liquid medium consisting of a housing having a compression chamber with a constant in the stroke direction of the piston profile and a connecting rod whose piston in its stroke direction complementary to the profile the compression chamber is shaped and transversely to the stroke direction, in which the compression chamber-contacting area is kugelsegment- or zylin- dersegmentförmig and the fixed piston connected to the connecting rod is pivotally connected to a crankshaft and at least one intake passage and at least one exhaust passage, both in the compression chamber are arranged and both are opened and closed by the piston of the connecting rod during its movement.
Linear bewegte und kontinuierlich reversierende Kolben, die über einen Pleuel mit dem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle verbunden sind, sind seit der Einführung der Dampfmaschine im 18. Jahrhun- dert eine weithin bekannte Anordnung im Maschinenbau. Auf aktuellem Stand der Technik werden sie in Kompressoren, Pumpen und Verbrennungsmotoren millionenfach eingesetzt. Dabei ist in fast allen Fällen der Kolben mit dem Pleuel gelenkig verbunden und nur durch den ihn umhüllenden Zylinder geführt, dessen Längsachse senkrecht zur Drehachse der Kurbelwelle ausgerichtet ist.Linearly moving and continuously reversing pistons, which are connected via a connecting rod to the crankpin of a crankshaft, have been a well-known arrangement in mechanical engineering since the introduction of the steam engine in the 18th century. At the current state of the art, they are used millions of times in compressors, pumps and combustion engines. Here, in almost all cases, the piston is pivotally connected to the connecting rod and guided only by the cylinder enveloping it, whose longitudinal axis is aligned perpendicular to the axis of rotation of the crankshaft.
Ein Nachteil dieser Anordnung sind die erheblichen, auf die Zylinderwände wirkenden Querkräfte, die für erhöhten Verschleiß des Kolbens, seiner Dichtung und/oder des Zylinders sorgen. Ein weiterer Schwachpunkt ist das Gelenk zwischen dem Pleuel und dem Kolben, das die Anzahl der zu fertigenden und zu montierenden Teile erhöht und - wie alle bewegten Teile - einem kontinuierlichen Verschleiß unterliegt. Das Gelenk erhöht die oszillierende Masse des Kolbens und erhöht dadurch die Belastung der Kurbelwellenlager und verschlechtert die Rundlaufgüte des Motors bzw. des Kompressors.A disadvantage of this arrangement are the considerable transverse forces acting on the cylinder walls, which cause increased wear of the piston, its seal and / or the cylinder. Another weakness is the joint between the connecting rod and the piston, which increases the number of parts to be manufactured and assembled and, like all moving parts, is subject to continuous wear. The joint increases the oscillating mass of the piston and thereby increases the load on the crankshaft bearings and deteriorates the concentricity of the engine or the compressor.
Auf aktuellem Stand der Technik ist es bekannt, anstelle einer gelen- kigen Verbindung Kolben und Pleuel zu einem starren Element zusammenzufassen. Diese Konfiguration wird zumeist als Pendelkolben bezeichnet, da der Kolben sich nicht nur linear auf der Längsachse des Zylinders bewegt, sondern zusätzlich auch noch gegenüber dieser Längsachse Pendelbewegungen ausführt. Eine noch treffendere Bezeichnung ist Pleuelkolben, die die Verbindung vonIn the current state of the art, it is known to combine pistons and connecting rods into a rigid element instead of a hinged connection. This configuration is usually referred to as a pendulum piston, since the piston not only moves linearly on the longitudinal axis of the cylinder, but also additionally performs pendulum movements with respect to this longitudinal axis. An even more apt term is connecting rod, which is the compound of
Pleuel und Kolben wiedergibt.Connecting rod and piston reproduces.
Damit wird das Gelenk im Kolben erfolgreich eliminiert, aber als Nachteil eingehandelt, dass der Kolben nicht mehr flächig an der Wandung des Zylinders anliegt. Das beeinträchtigt nicht nur die Dichtung des Kolbens gegenüber dem Zylinder, sondern schließt auch aus, dass der Kolben mit seiner gesamten Außenfläche Kanäle öffnen und schließen kann, über die bei einer Pumpe das zu pumpende Medium zu und abgeführt wird und über die bei einem Verdichter oder Kompressor das zu verdichtende Medium eintritt und wieder ausgestoßen wird oder über die bei einem Verbrennungsmotor das zu verbrennende Medium eintritt und nach Prozessende als Auspuffgas wieder ausgestoßen wird.Thus, the joint in the piston is successfully eliminated, but traded as a disadvantage that the piston is no longer flat against the wall of the cylinder. This not only affects the seal of the piston relative to the cylinder, but also rules out that the piston can open and close channels with its entire outer surface, via which in a pump, the medium to be pumped to and is discharged and over in a compressor or Compressor enters the medium to be compressed and is ejected again or over which occurs in an internal combustion engine, the medium to be burned and ejected after the end of the process as exhaust gas again.
Auf aktuellem Stand der Technik beschreibt die PatentanmeldungThe patent application describes state-of-the-art technology
GB 2 372 781, Brian Nigel Viktor Parsons, einen Motor mit Pleuel- kolben, bei dem die Innenfläche des Zylinders kein über die Längsachse hinweg gleichmäßiges Profil aufweist, sondern entsprechend dem Pendeln des Kolbens sphärisch geformt ist - was in der Figur 1 dieser Anmeldung nicht eingezeichnet ist. Nachteilig ist, dass diese sphärische Krümmung sehr aufwändig zu fertigen ist.GB 2 372 781, Brian Nigel Viktor Parsons, a motor with a connecting rod piston, in which the inner surface of the cylinder does not have over the longitudinal axis of uniform profile, but is spherically shaped according to the oscillation of the piston - which is not shown in Figure 1 of this application. The disadvantage is that this spherical curvature is very complicated to manufacture.
Zur Steuerung des Auslasses ist am Kolben ein „Kolbenhemd" angeordnet, dass laut Figur 2 als Zylindersegment geformt ist. Es bleibt unklar, wie ein solches Zylindersegment trotz des Pendeins oder Taumeins des Pleuelkolbens den Auslass vollständig verschließen kann.To control the outlet, a "piston skirt" is arranged on the piston, which is shaped as a cylinder segment according to Figure 2. It remains unclear how such a cylinder segment can completely close the outlet despite the pendulum or tumble of the connecting rod piston.
In WO 96/20332, Willi Salzmann, Priorität 24.12.2994, wird ein Pendelkolbenmotor beschrieben, dessen Kompressionsraum ebenso wie bei D1 eine sphärisch gekrümmte Form aufweist. Zur Abdichtung des Kolbens gegenüber dem Zylinder sind seitlich verschiebbare, durch Federn angedrückte Dichtungselemente vorgesehen. Nachteilig ist, dass durch deren fortwährende Oszillation ein sehr schneller Verschleiß zu befürchten ist.In WO 96/20332, Willi Salzmann, priority 24.12.2994, a shuttle engine is described, the compression space as well as D1 has a spherically curved shape. To seal the piston relative to the cylinder laterally displaceable, pressed by springs sealing elements are provided. The disadvantage is that their continuous oscillation is likely to cause very rapid wear.
Am Kolbenteil des Pendelkolbens ist ein gegenüber dem Pleuel verschwenkbarer Schieber angeordnet, der die Aus- und Einlasse steuert. Der Nachteil dieses Schiebers ist, dass durch die gelenkige Verbindung zum Pleuel das mit dem Pleuelkolben eigentlich elimi- nierte, obere Pleuelgelenk dennoch ausgeführt werden muss. Zwar ist damit ein einwandfreies Schließen der Aus- und Einlassöffnungen möglich, die eigentlich mit dem Pleuelkolben beabsichtigte Vereinfachung ist jedoch konterkariert. Stattdessen handelt sich das Motorprinzip nur den Aufwand der sphärisch geformten Innenfläche des Zylinders ein. Auch die komplexe Dichtung ist gegenüber konventionellen Motoren sehr aufwendig. In D3, FR 1 133 388, Berenguer wird ein Zylinder mit einem Pleuelkolben vorgestellt, der über den gesamten Hub hinweg ein gleichmäßiges Profil aufweist. Der Kolbenteil des Pleuelkolbens ist parallel zur Drehrichtung der Kurbelwelle Zylindersegmentförmig geformt, sodass er stets an der Wandung des regelmäßig geformten Zylinders anliegt. Offen bleibt jedoch, wie dieser Kolben die Steuerung der Ein- und Auslässe kontrollieren soll.On the piston part of the oscillating piston, a pivotable relative to the connecting rod slider is arranged, which controls the outlets and inlets. The disadvantage of this slider is that the articulated connection to the connecting rod means that the upper connecting rod joint that is actually eliminated by the connecting rod piston still has to be executed. Although a proper closing of the exhaust and inlet openings is thus possible, the simplification actually intended with the connecting rod piston is counteracted. Instead, the motor principle is only the expense of the spherically shaped inner surface of the cylinder. Even the complex seal is very expensive compared to conventional engines. In D3, FR 1 133 388, Berenguer, a cylinder with a connecting rod piston is presented, which has a uniform profile over the entire stroke. The piston part of the connecting rod piston is formed parallel to the rotational direction of the crankshaft cylinder segment-shaped, so that it always rests against the wall of the regularly shaped cylinder. However, it remains unclear how this piston should control the control of the inlets and outlets.
Die Patentanmeldung WO 90/02867, Willi Salzmann, PrioritätThe patent application WO 90/02867, Willi Salzmann, priority
07.09.1988, beschreibt einen Pendelkolben in einem Zylinder mit der bereits mehrfach erwähnten, komplexen Formung des Kompressionsraumes.07.09.1988, describes a pendulum piston in a cylinder with the already mentioned several times, complex shaping of the compression space.
Der Kolbenteil des Pleuelkolbens besteht nur aus einer Ebene, die gegenüber dem Zylinder durch eine umlaufende Dichtung markiert ist.The piston part of the connecting rod piston consists only of a plane which is marked relative to the cylinder by a circumferential seal.
Nachteilig ist, dass diese Dichtung nur mit einer sehr kleinen Fläche auf der Zylinderwandung aufliegt. Insbesondere beim Überfahren derThe disadvantage is that this seal rests only with a very small area on the cylinder wall. In particular, when crossing the
Kanten der Auslass- und Einlassöffnungen ist sie erhöhtem Verschleiß ausgesetzt, der beim Betrieb als Motor noch durch die heißen Auspuffgase verstärkt wird, die an der hier sowieso schon hoch belasteten Stelle der umlaufenden Dichtung entlang streichen.Edges of the exhaust and intake ports are exposed to increased wear, which is still amplified by the hot exhaust gases when operating as a motor, which stroke along at the here anyway highly loaded point of the circumferential seal along.
In US 1,775,892, De Salardi, wird ein Pendelkolben mit einem kugelförmigen Kolbenteil beschrieben. Dieser kugelförmige Kolben liegt in jeder Position mit seiner Kugelfläche tangential auf der Innenfläche des Zylinders auf. Die Erfindung beschreibt jedoch nicht, wie die für den Betrieb als Zweitaktmotor oder für den Betrieb als Kompressor erforderlichen Aus- und Einlasse mit einem solchen, kugelsegmentförmigen Kolben abgedichtet werden könnten.In US 1,775,892, De Salardi, a pendulum piston is described with a spherical piston part. This spherical piston is in any position with its spherical surface tangent to the inner surface of the cylinder. However, the invention does not describe how the required for operation as a two-stroke engine or for operation as a compressor outlet and inlet with such a spherical segment-shaped piston could be sealed.
Die Offenlegungsschrift DE 2 211 848, Willy Salzmann, Priorität 11.03.1971 , beschreibt einen Zylinder mit einer gekrümmten Innenfläche, bei dem ein ebenes Teil des Kolbens die Steuerung der Aus- und Einlasse für den Betrieb als Zweitaktmotor übernimmt. Der we- sentliche Nachteil ist die komplexe Form des Zylinders, die „der Hüllfläche der Pendelbewegung des Kolbenrandes" zu entsprechen hat.The published patent application DE 2 211 848, Willy Salzmann, priority 11.03.1971, describes a cylinder with a curved inner surface, in which a flat part of the piston takes over the control of the outlets and inlets for operation as a two-stroke engine. The main disadvantage is the complex shape of the cylinder, which has to correspond to "the envelope surface of the pendulum motion of the piston edge".
Ein weiterer Nachteil ist, dass sich der Kolben nur mit einer einzigen, dünnen, umlaufenden Dichtung auf der Innenfläche des Zylinders abstützt. Deshalb ist auch bei dieser Konstruktion die Dichtung insbesondere im Bereich des Auslasses der heißen Motorabgase im Verbrennungstrieb sehr stark belastet.Another disadvantage is that the piston is supported on the inner surface of the cylinder with only a single thin circumferential seal. Therefore, even in this construction, the seal is very heavily loaded, especially in the area of the outlet of the hot engine exhaust gases in the combustion engine.
Auf diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, einen Pleuelkolbenkompressor zu entwickeln, der einen möglichst einfach geformten Kompressionsraum aufweist, in dem sich ein e- benfalls möglichst einfach gestalteter Pleuelkolben bewegt, der zur Zylinderwand hin sowie zu den Auslass- und Einlassöffnungen hin eine möglichst große Kontaktfläche aufweist.Against this background, the invention has set itself the task to develop a piston-rod compressor having a simple as possible compression space in which an e- benfalls as simple as possible designed connecting rod moves to the cylinder wall and towards the outlet and inlet openings out Has the largest possible contact surface.
Als Lösung präsentiert die Erfindung, dass das Profil der Kompressionskammer wenigstens eine Ebene enthält, die senkrecht zur Drehrichtung der Kurbelwelle ausgerichtet ist und die alle Ansaugkanäle und alle Auspuffkanäle enthält. Im Gegensatz zu dem nächstliegenden Stand der Technik, dem Patent FR 1 133 388 weist der Zylinder der Erfindung also eine Ebene auf, in der alle Ansaugkanäle und alle Auspuffkanäle angeordnet sind und die von einer gleichfalls ebenen Fläche des Kolbens über- strichen und dadurch zuverlässig abgedichtet wird.As a solution, the invention presents that the profile of the compression chamber contains at least one plane which is oriented perpendicular to the direction of rotation of the crankshaft and which contains all the intake ports and all the exhaust ports. In contrast to the closest prior art, the patent FR 1 133 388, the cylinder of the invention thus has a plane in which all intake ports and all exhaust ports are arranged and which are covered by a likewise flat surface of the piston and thereby reliably sealed becomes.
Der entscheidende Vorteil der relativ großen Flächen zwischen Kolben und Zylinder ist, dass im Bereich der Ansaug- und Auspuffkanäle der Kolben diese Öffnungen großflächig überlappt, sodass z. B. auch bei dem thermisch hoch belasteten Auspuffkanal eines Zweitaktmotors ein Verschleiß nur an der Kante vom Auspuffkanal zum Zylinder auftritt, nicht aber an einer dünnen, um den Kolben herum laufenden Dichtung.The key advantage of the relatively large surfaces between the piston and cylinder is that in the area of the intake and exhaust ducts of the piston overlaps these openings over a large area, so z. B. also occurs in the thermally highly loaded exhaust duct of a two-stroke engine wear only at the edge of the exhaust duct to the cylinder, but not on a thin, running around the piston seal.
Ebenso vorteilhaft ist, dass der Kolbenteil des Pleuelkolbens in den übrigen Bereichen, in denen er quer zur Hubrichtung in dem die Kompressionskammer berührenden Bereich, zylindersegmentförmig gestaltet ist, so auf der Zylinderwandung aufliegt, dass die Zylinderwand eine Tangente zum Zylindersegment des Kolbens bildet. Zwar berühren sich in der Theorie ein absolut unelastischer Kolben und eine absolut unelastische Zylinderwand nur auf einer Linie, die sich jedoch in der Praxis durch die stets vorhandene Elastizität des Materials zu einer Fläche erweitert.It is also advantageous that the piston part of the connecting rod rests on the cylinder wall in the other regions in which it is designed transversely to the stroke direction in the region in contact with the compression chamber, so that the cylinder wall forms a tangent to the cylinder segment of the piston. Although, in theory, an absolutely inelastic piston and an absolutely inelastic cylinder wall only touch one another, which in practice, however, widens into a surface due to the ever-present elasticity of the material.
In der Praxis wird diese erhöhte Dichtungswirkung noch dadurch verstärkt, dass sich in den beiden sichelförmigen Spalten zwischen dem Zylindersegmentförmigen Kolben und der ebenen Zylinderwand durch Kapillarwirkung ein Schmiermittel und/oder Verbrennungsrückstände und/oder Partikel des zu fördernden oder des zu komprimie- renden Mediums sammeln und durch Kapillarwirkung gehalten wer- den, sodass die tatsächliche Dichtungswirkung in der Praxis noch höher ist, als dies theoretisch zu erwarten wäre.In practice, this increased sealing effect is further enhanced by the fact that in the two crescent-shaped gaps between the cylinder segment-shaped piston and the flat cylinder wall by capillary action a lubricant and / or combustion residues and / or particles of the medium to be conveyed or to be compressed are collected and held by capillary action so that the actual sealing effect in practice is even higher than would theoretically be expected.
Im allgemeinsten Fall ist der Kolben außerhalb der ebenen Fläche, die die Ansaug- und Auspuffkanäle überstreicht, kugelsegmentförmig gestaltet. Darunter ist nicht nur ein Segment einer einzigen Kugel zu verstehen, sondern -je nach dem Profil der Kompressionskammer- auch mehrere Kugelsegmente, die auf senkrecht zur Kurbelwelle verlaufenden Ebenen aneinander grenzen. In diesem, allgemeinsten Fall besteht das Profil des Kolbens also aus einer einzigen Geraden, die sich mit ihren beiden Enden an eine beliebig gekrümmte Linie anschließt.In the most general case, the piston outside the flat surface, which sweeps over the intake and exhaust ducts, designed spherical segment. This is to be understood not only a segment of a single ball, but - depending on the profile of the compression chamber - also a plurality of ball segments which adjoin one another perpendicular to the crankshaft planes. In this, most general case, the profile of the piston thus consists of a single straight line, which connects with its two ends to an arbitrarily curved line.
In jedem Fall sind Ansaug- und Auspuffkanäle in einer gemeinsamen Ebene angeordnet und das Profil des Kolbens verläuft exakt komplementär zum Profil der Kompressionskammer, so dass stets eine ausreichende Dichtung gewährleistet ist.In any case, intake and exhaust ducts are arranged in a common plane and the profile of the piston is exactly complementary to the profile of the compression chamber, so that a sufficient seal is always ensured.
In einer Ausführungsvariante besteht das Profil des Kolbens aus zwei einander gegenüberliegenden Ebenen, die parallel zueinander sind. Die Kanten dieser beiden Ebenen sind dann durch jeweils zwei Flächen miteinander verbunden, die im Prinzip frei gekrümmt sein können. Der Vorteil dieser Variante ist, dass Ansaugkanal und Auspuffkanal auf jeweils einander gegenüberliegenden Flächen ange- ordnet sind, was bei einem Motorbetrieb den Gaswechsel verbessert.In one embodiment, the profile of the piston consists of two opposing planes that are parallel to each other. The edges of these two planes are then connected to each other by two surfaces, which in principle can be freely curved. The advantage of this variant is that intake duct and exhaust duct are arranged on respectively opposite surfaces, which improves the gas exchange during engine operation.
In einer noch weiter eingegrenzten Ausführungsvariante ist das Profil des Kolbens ein Rechteck. Dann ist der die Kompressionskammer berührende Bereich des Kolbens nicht mehr kugelsegmentförmig, also z.B. tonnensegmentförmig oder ballig, gestaltet, sondern alsIn a further limited embodiment, the profile of the piston is a rectangle. Then, the area of the piston contacting the compression chamber is no longer spherical segment-shaped, e.g. barrel-segmented or spherical, but designed as
Zylindersegment geformt. Diese Form ist besonders einfach zu ferti- gen und mit sehr viel geringerem Aufwand in die für eine ausreichende Dichtwirkung erforderliche enge Toleranzgrenze zu bringen.Cylinder segment shaped. This form is particularly easy to manufacture. gene and bring with much less effort in the required for a sufficient sealing effect narrow tolerance limit.
Ein weiterer Vorteil ist, dass als zusätzliche Variante, zwischen KoI- ben und Kompressionskammer eine Dichtung eingebracht werden kann und/oder -als weitere Variante - auch die beiden senkrecht zur Drehachse der Kurbelwelle ausgerichteten Flächen mit einer zusätzlichen Dichtung bestückt werden können. Diese Dichtungen können nicht nur als ein plattenförmiges Material sondern auch als eine Be- Schichtung aufgetragen werden.A further advantage is that, as an additional variant, a seal can be introduced between the piston and the compression chamber and / or, as a further variant, the two surfaces aligned perpendicular to the axis of rotation of the crankshaft can also be equipped with an additional seal. These gaskets can be applied not only as a plate-shaped material but also as a coating.
Als weitere, alternative Ausführungsform kann der Kolben selbst mit Dichtungen ausgestattet werden, die gemäß dem bisherigen Stand der Technik für Hubkolbenmotoren üblich sind. Dazu zählen auch eine oder mehrere Dichtleisten, die quer zur Bewegungsrichtung orientiert sind.As a further, alternative embodiment, the piston itself can be equipped with seals that are common in the prior art for reciprocating engines. These include one or more sealing strips, which are oriented transversely to the direction of movement.
Wenn diese Dichtungselemente lösbar befestigt sind - so wie von bisher üblichen Verbrennungsmotoren bekannt - kann die Dichtung mit begrenztem Aufwand ausgewechselt werden.If these sealing elements are releasably secured - as known from previously common internal combustion engines - the seal can be replaced with limited effort.
Eine andere Alternative zur Verstärkung der Dichtungswirkung ist, dass der Kolben in Längsrichtung geteilt wird und zwischen beide Teile eine Federelastische Schicht eingebracht wird. Diese Schicht presst die Teile des Kolbens an die Wandung der Kompressionskammer und kann damit auch thermisch bedingte Änderungen der Kolbenabmessungen gegenüber dem Querschnitt der Kompressionskammer kompensieren.Another alternative for enhancing the sealing effect is that the piston is divided longitudinally and a spring-elastic layer is introduced between the two parts. This layer presses the parts of the piston against the wall of the compression chamber and can thus also compensate for thermally induced changes in the piston dimensions relative to the cross section of the compression chamber.
Der Innenraum eines erfindungsgemäßen Pleuelkolbenkompressors besteht aus der Kompressionskammer und dem daran angrenzen- den Kurbelraum. Die Herstellung dieser Form ist besonders dann sehr einfach, wenn das Gehäuse um einen Pleuelkolben herum aus zwei Gehäuseteilen besteht, deren Berührungsfläche senkrecht zur Drehachse der Kurbelwelle ausgerichtet ist. Dann kann die Form für ein Gussteil und die Nachbearbeitung dieser Gussteile in einer einzigen Aufspannung z. B. auf einer dreiachsigen CNC-Bearbeitungs- maschine erfolgen.The interior of a connecting rod piston compressor according to the invention consists of the compression chamber and the adjoining thereto the crankcase. The production of this shape is particularly simple when the housing around a connecting rod piston consists of two housing parts whose contact surface is oriented perpendicular to the axis of rotation of the crankshaft. Then the mold for a casting and the post-processing of these castings in a single clamping z. B. on a three-axis CNC machining machine done.
Diese beiden Gehäuseteile können in Bezug auf die Kompressions- kammer, den Kurbelraum, das Lager der Kurbelwelle und die Verbindung der beiden Hälften untereinander sogar identisch ausgeführt werden. Ein prinzipieller Unterschied zwischen den beiden Gehäusehälften ist jedoch stets der Auspuffkanal und der Ansaugkanal, da deren Positionierung auf der Ebene durch die Forderung nach Öff- nen und Schließen bei bestimmten Winkelstellungen der Kurbelwelle vorgegeben sind.These two parts of the housing can even be made identical with respect to the compression chamber, the crankcase, the bearing of the crankshaft and the connection between the two halves. However, a fundamental difference between the two housing halves is always the exhaust duct and the intake duct, since their positioning on the plane by the demand for opening and closing are given at certain angular positions of the crankshaft.
In einer besonders vorteilhaften Variante enthält das eine Gehäuseteil - Seitenflansch genannt - den Auspuffkanal und das andere Ge- häuseteil - Kanalflansch genannt - den Ansaugkanal enthält. Ansonsten sind beide Gehäusehälften identisch, können also mit nur einer Änderung aus einer gemeinsamen Gussform erstellt oder aus identischen Rohlingen herausgearbeitet werden.In a particularly advantageous variant that includes a housing part - called side flange - the exhaust passage and the other housing part - called channel flange - the intake passage. Otherwise, both housing halves are identical, so can be created with only one change from a common mold or worked out of identical blanks.
Bei der Nutzung als Kompressor entsteht ebenso Verlustwärme, wie bei der Nutzung als Verbrennungsmotor. Zur Abführung dieser thermischen Energie kann das Gehäuse eines erfindungsgemäßen Pleuelkolbenkompressors entweder Kühlrippen für eine Luftkühlung und/oder Kanäle für eine Wasserkühlung aufweisen. In einer weiteren Variante können der Ansaugkanal und der Auspuffkanal noch durch entsprechende Fortführungen im Kolben verlängert werden, die dann aktiviert werden, wenn der Kolben den jeweiligen Kanal erreicht. Der Ansaugkanal im Kanalflansch wird dann durch den Kolbenansaugkanal im Pleuelkolben verlängert und der Auspuffkanal im Seitenflansch durch den Kolbenauspuffkanal im Pleuelkolben. Diese zusätzlichen Kanalführungen im Kolben haben den Vorteil, dass bei der Nutzung als Verbrennungsmotor die Gasströme gezielt in den Kompressionsraum hinein gerichtet oder gezielt aus bestimmten Bereichen des Kompressionsraumes vorrangig abgeführt werden können.When used as a compressor also creates heat loss, as when used as a combustion engine. To dissipate this thermal energy, the housing of a connecting rod piston compressor according to the invention can either have cooling fins for air cooling and / or channels for water cooling. In a further variant of the intake passage and the exhaust passage can be extended by appropriate continuations in the piston, which are activated when the piston reaches the respective channel. The intake passage in the passage flange is then extended through the piston intake passage in the connecting rod piston and the exhaust passage in the side flange through the piston exhaust passage in the connecting rod piston. These additional channel guides in the piston have the advantage that, when used as an internal combustion engine, the gas streams can be directed in a targeted manner into the compression space or can be deliberately removed from certain areas of the compression space in a targeted manner.
Ein weiterer Kanal, der als zusätzliche Option in den Kolben eingebracht werden kann, ist bei der Nutzung als Zweitaktmotor mit einem Überströmkanal und einem daran anschließenden Einlasskanal imAnother channel, which can be introduced as an additional option in the piston, when used as a two-stroke engine with an overflow channel and an adjoining inlet channel in
Gehäuse des Motors als Verbindung zwischen Kurbelraum und Kompressionskammer, ein so genannter Kolbeneinlasskanal im Pleuelkolben, der - bei Aktivierung -gegenüber dem Einlasskanal steht.Housing of the engine as a connection between the crank chamber and the compression chamber, a so-called piston inlet passage in the connecting rod, which - when activated - stands opposite the inlet passage.
Sowohl für die Nutzung als Motor wie auch für die Nutzung als Kompressor können mehrere Pleuelkolben zu einer Mehrkolbeneinheit kombiniert werden. In Analogie zu bisher bekannten Kompressoren und Verbrennungsmotoren weist z.B. jeder Pleuelkolben jeweils eine eigene Kompressionskammer und einen eigenen Kurbelraum auf und ist mit den Kurbelzapfen einer gemeinsamen Kurbelwelle verbunden.Both for use as a motor and for use as a compressor, multiple connecting-rod pistons can be combined to form a multi-piston unit. By analogy with previously known compressors and internal combustion engines, e.g. Each connecting rod each has its own compression chamber and a separate crankcase and is connected to the crank pin of a common crankshaft.
In einer anderen Variante wird die aufwändig und teuer zu fertigende Kurbelwelle mit ihren zahlreichen, gegenüber der Drehachse verkröpften Kurbelzapfen durch eine gerade durchgehende Hauptwelle ersetzt, auf der Zahnräder angeordnet sind, die jeweils mit einem anderen Zahnrad kämmen, das in eine für jeden Pleuelkolben eigene Kurbelwelle integriert ist. Sinnvollerweise wird wenigstens ein Kurbelarm dieser kleinen, für jeden einzelnen Pleuelkolben separat vor- gesehenen Kurbelwelle in ein Zahnrad integriert. Der Vorteil dieserIn another variant, the complicated and expensive to manufacture crankshaft with its numerous, compared to the axis of rotation cranked crank pin by a straight main shaft replaced, are arranged on the gears, each meshing with another gear, which is integrated in a separate crankshaft for each connecting rod. It makes sense to integrate at least one crank arm of this small crankshaft, which is provided separately for each individual connecting rod piston, into a toothed wheel. The advantage of this
Anordnung ist, dass die aufwändige Fertigung der Pleuel entfällt. Sie werden durch Zahnräder ersetzt.Arrangement is that the elaborate production of the connecting rod is eliminated. They are replaced by gears.
Wie bereits mehrfach erwähnt, ist eine sehr interessante Nutzung des erfindungsgemäßen Pleuelkolbenkompressors der Betrieb alsAs already mentioned several times, a very interesting use of the connecting rod piston compressor according to the invention is the operation as
Zweitaktmotor. Ein typisches Merkmal jedes Zweitaktbetriebes ist, dass das Ansaugen von Frischgas im Kurbelraum gleichzeitig mit dem Verdichten vom im Takt zuvor angesaugtem und Vorverdichtetem Gas in der Kompressionskammer abläuft.Two-stroke engine. A typical feature of any two-stroke operation is that the aspiration of fresh gas in the crankcase occurs simultaneously with the compression of pre-compressed and pre-compressed gas in the compression chamber.
Zur Weiterleitung des vorverdichteten Frischgases aus dem Kurbelraum in die Kompressionskammer ist ein sogenannter Überströmkanal erforderlich. Dieser Überströmkanal kann z. B. durch eine Bohrung in einem Gehäuseteil realisiert werden, die durch einen Stopfen nach außen hin wieder verschlossen wird. Am einen Ende des Überströmkanals wird dann eine weitere Bohrung eingebracht, die als Flanscheinlasskanal die Verbindung zur Kompressionskammer herstellt. In der Nähe des Verschlussstopfens schließt sich an den Ü- berströmkanal wenigstens eine weitere Bohrung an, die als Verbin- dungskanal den Überströmkanal mit dem Kurbelraum verbindet.For forwarding the pre-compressed fresh gas from the crank chamber into the compression chamber, a so-called overflow channel is required. This overflow can z. B. be realized by a bore in a housing part, which is closed by a plug to the outside again. At one end of the overflow then another hole is introduced, which establishes the connection to the compression chamber as Flanscheinlasskanal. In the vicinity of the sealing plug, at least one further bore connects to the overflow channel, which connects the overflow channel to the crank chamber as a connecting channel.
Durch diese beiden zusätzlichen Bohrungen - den Flanscheinlasskanal und den Verbindungskanal - wird der Überströmkanal zu einem U-förmigen Hohlraum erweitert, der den Kurbelraum mit der Kompressionskammer verbindet. Wenn ein solcher, U-förmiger Verbindung vorhanden ist, ist ein erfindungsgemäßer Pleuelkolbenkompressor prinzipiell zur Nutzung als Zweitaktmotor bereit: Ein Brennstoff-Luft-Gemisch wird über den Ansaugkanal eingelassen und im Kurbelraum vorverdichtet. Über die Verbindungskanäle, den Überströmkanal und den Flanscheinlasskanal strömt es in die Kompressionskammer, wird dort während der Aufwärtsbewegung des Kolbens weiter verdichtet und etwa im oberen Totpunkt des Kolbens entzündet. Mit der Abwärtsbewegung des Kolbens wird das zurückgebliebene Abgas ausgestoßen.Through these two additional holes - the Flanscheinlasskanal and the connecting channel - the overflow is extended to a U-shaped cavity, which connects the crank chamber with the compression chamber. If such a U-shaped connection is present, a connecting rod piston compressor according to the invention is in principle ready for use as a two-stroke engine: A fuel-air mixture is introduced via the intake passage and precompressed in the crankcase. It flows into the compression chamber via the connection channels, the overflow channel and the flange outlet channel, where it is further compressed during the upward movement of the piston and ignited approximately at the top dead center of the piston. With the downward movement of the piston, the remaining exhaust gas is expelled.
In einer interessanten, alternativen Ausführungsform ist auch ein Betrieb im Viertaktprozess möglich. Und zwar dann, wenn ein einzelner Kolbenpleuel über ein Zahnrad auf seiner eigenen Kurbelwelle mit einem weiteren Zahnrad zum Abtrieb des Drehmomentes kämmt. Wenn auf diesem weiteren Zahnrad eine Scheibe angeordnet ist, innerhalb derer ein Kanal verläuft, der im Moment des Ansaugens von Kraftstoff-Luft-Gemisch mit dem Ansaugkanal innerhalb des Kanalflansches verbunden ist, dann saugt der Ansaugkanal nur bei jeder zweiten Umdrehung ein Kraftstoff-Luft-Gemisch ein. Bei den da- zwischen liegenden Umdrehungen saugt der Pendelkolben keinIn an interesting, alternative embodiment, operation in the four-stroke process is also possible. And that is when a single piston connecting rod via a gear on its own crankshaft meshes with another gear to output the torque. If a disc is arranged on this further toothed wheel, within which runs a channel which is connected at the moment of the intake of fuel-air mixture with the intake passage within the passage flange, then the intake passage sucks a fuel-air passage only every second revolution. Mixture. The oscillating piston does not suck in at the intermediate revolutions
Kraftstoff-Luftgemisch sondern reine Frischluft an.Fuel-air mixture but pure fresh air.
Ein wichtiger Vorteil ist, dass dadurch beim Ausstoßen des verbrannten Gases im Unterschied zum Zweitakt-Prinzip kein frisches Kraft- stoff-Luft-Gemisch in den Kompressionsraum einströmt, sondernAn important advantage is that, as opposed to the two-stroke principle, no fresh fuel-air mixture flows into the compression space when the burnt gas is expelled, but instead
Frischluft, so dass der Kompressionsraum perfekt gespült wird und der Schadstoff-Ausstoß gegenüber dem reinen Zweitakt-Prinzip deutlich verringert wird.Fresh air, so that the compression chamber is purged perfectly and the pollutant emissions compared to the pure two-stroke principle is significantly reduced.
Wenn ein solcher zuvor beschriebener Motor nach dem Ottoprinzip arbeitet, muss das Medium durch eine Zündkerze gezündet werden. Beim Betrieb als Motor nach dem Dieselprinzip entzündet sich das Medium ab dem Erreichen einer Mindestkompression selbst.If such a previously described engine operates on the Otto principle, the medium must be ignited by a spark plug. When operating as an engine according to the diesel principle, the medium ignites itself from reaching a minimum compression itself.
Auch für den Betrieb mit wechselnder Verdichtung nach dem Diesot- to-Prinzip, also mit einer gegenüber dem Gehäuse in Richtung desAlso for operation with alternating compression according to the Diesot- to principle, ie with respect to the housing in the direction of
Kolbenhubs verschiebbaren Drehachse der Kurbelwelle ist ein erfindungsgemäßer Motor geeignet, da das Profil seines Kompressionsraumes im Gegensatz zu vielen anderen Pendelkolbenmotoren über den Hub hinweg konstant ist. Dann kann der Motor z.B. im Teillast- Betrieb mit Selbstzündung über das gesamte Volumen und damit effizienterer Verbrennung arbeiten. Nur bei sehr geringer und bei extrem hoher Belastung wird die Verdichtung reduziert und das Gemisch über eine Zündkerze gezündet.Piston stroke displaceable axis of rotation of the crankshaft, an inventive motor is suitable because the profile of its compression chamber, in contrast to many other oscillating piston engines over the stroke is constant. Then the motor may be e.g. operate in partial-load operation with auto-ignition over the entire volume and thus more efficient combustion. Only at very low and extremely high load, the compression is reduced and ignited the mixture through a spark plug.
Bei der Ausführung als Verbrennungsmotor können mehrzylindrigeWhen designed as an internal combustion engine multi-cylinder
Motoren aufgebaut werden, die als Reihenmotor, V-Motor, Boxermotor, Sternmotor, W-Motor oder H-Motor konfiguriert werden können. Dabei ist es ein besonderer, prinzipieller Vorteil der Erfindung, dass jeder Kompressionsraum in Längsrichtung der Kurbelwelle relativ schmal und quer zur Kurbelwelle relativ breit gestaltet werden kann, sodass ein mehrzylindriger Motor sehr viel kürzer baut, als es für die bisher üblichen, kreisförmigen Kolben möglich ist. Dadurch wird ein erheblicher Gewinn an Gleichmäßigkeit und Oberwellenfreiheit der Drehmomentabgabe erzielt.Motors can be configured, which can be configured as a series engine, V-engine, boxer engine, radial engine, W-motor or H-motor. It is a particular, principal advantage of the invention that each compression chamber in the longitudinal direction of the crankshaft relatively narrow and transverse to the crankshaft can be made relatively wide, so that a mehrzylindriger engine builds much shorter than is possible for the usual, circular piston , As a result, a significant gain in uniformity and harmonic freedom of the torque output is achieved.
Im Vergleich zu bisherigen Viertakt-Ottomotoren wird die Peripherie des Motors erheblich vereinfacht. Bei der Herstellung entfallen die zum Teil dramatischen Kosten für mehrere Nockenwellen, zahlreiche Ventile und deren Antriebe. Insbesondere interessant ist das Prinzip eines Zweitaktdieselmotors, das z. B. dem Lastkraftwagen Krupp Titan in den 50er Jahren zu einem sehr standfesten und verbrauchsgünstigen Antrieb verholfen hat. Dessen Nachteil der erhöhten Produktionskosten für den Motor im Vergleich zu einem Viertaktdiesel kann durch das erfindungsgemäße Prinzip zu einem guten Teil kompensiert werden, da die Ansteuerung erheblich vereinfacht und der Motorblock sehr viel kompakter werden kann.Compared to previous four-stroke gasoline engines, the periphery of the engine is greatly simplified. In the production accounts for the sometimes dramatic cost of several camshafts, numerous valves and their drives. Particularly interesting is the principle of a two-stroke diesel engine, the z. B. the truck Krupp Titan has helped in the 50s to a very stable and fuel-efficient drive. Its disadvantage of increased production costs for the engine compared to a four-stroke diesel can be compensated by the inventive principle to a good extent, since the control considerably simplifies and the engine block can be much more compact.
Bekanntlich ist der Zweitaktdieselmotor bei relativ niedrigen Drehzahlen und relativ großen Hubräumen das Motorprinzip mit dem höchsten Wirkungsgrad. Bei Schiffsdieseln werden in dieser Konfiguration Wirkungsgrade bis zu 55 % erzielt, die schnell laufende Viertaktturbodiesel mit einem Wirkungsgrad von bestenfalls angenähert 40 % deklassieren.As is known, the two-stroke diesel engine is the engine principle with the highest efficiency at relatively low speeds and relatively large engine capacities. With marine diesel engines, efficiencies of up to 55% are achieved in this configuration, outclassing fast-running four-stroke turbodiesel with an efficiency of at best approximately 40%.
Eine weitere, sehr interessante Anwendung des erfindungsgemäßen Pleuelkolbenkompressors ist der Betrieb als Dampfmotor oder Pressluftmotor. Das hereingelassene Medium ist ein unter Druck stehen- des Gas. Im oder kurz nach seinem oberen Totpunkt öffnet der Kolben den Ansaugkanal und schließt den Auspuffkanal und behält diese Konfiguration während seiner Annäherung an die Kurbelwelle bis kurz vorher reichendes unteren Totpunktes bei. Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens, also der Annäherung an die Kurbelwelle treibt das eindringende Gas den Kolben nach unten.Another very interesting application of the connecting rod piston compressor according to the invention is the operation as a steam engine or compressed air motor. The admitted medium is a pressurized gas. At or shortly after top dead center, the piston opens the intake passage and closes the exhaust passage, maintaining this configuration as it approaches the crankshaft until just before reaching bottom dead center. During the downward movement of the piston, so the approach to the crankshaft, the penetrating gas drives the piston down.
Im oder kurz nach dem unteren Totpunkt schließt der Kolben den Ansaugkanal und öffnet den Auspuffkanal und behält diese Konfiguration während seiner Bewegung zurück zum oberen Totpunkt bei. Während der Aufwärtsbewegung oder der Entfernung des Kolbens von der Kurbelwelle wird also das eingedrungene gasförmige Medium wieder aus dem Kompressionsraum herausgedrückt.At or shortly after bottom dead center, the piston closes the intake passage and opens the exhaust passage, maintaining this configuration as it moves back to top dead center. During the upward movement or the removal of the piston from the crankshaft so the penetrated gaseous medium is pushed out of the compression space again.
Der besondere Reiz dieses Prinzips liegt darin, dass keine weiteren Ventile erforderlich sind, sondern der erfindungsgemäße Pleuelkolben selbsttätig für die korrekte Ansteuerung sorgt. Durch die geringe Anzahl der Teile und durch die robuste, flächige Dichtung sind geringe Herstellkosten und lange Lebensdauer zu erwarten.The particular charm of this principle is that no further valves are required, but the connecting rod according to the invention automatically ensures the correct control. Due to the small number of parts and the robust, flat seal low production costs and long life can be expected.
Im Folgenden sollen weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert werden. Diese sollen die Erfindung jedoch nicht einschränken, sondern nur erläutern. Es zeigt in schematischer Darstellung:In the following, further details and features of the invention will be explained in more detail by way of examples. However, these are not intended to limit the invention, but only to explain. It shows in a schematic representation:
Figur 1 Geöffnetes Motorgehäuse mit Kurbelwelle und Pleuelkolben im oberen TotpunktFigure 1 Open engine case with crankshaft and connecting rod at top dead center
Figur 2 wie Figur 1 , jedoch in Stellung Auspuffung Figur 3 wie Figur 1 , jedoch in Stellung Brennraum füllen Figur 4 wie Figur 1 , jedoch in Stellung Brennraum verdichtenFigure 2 as Figure 1, but in position Auspuffung Figure 3 as Figure 1, but fill in the position of the combustion chamber Figure 4 as Figure 1, but compress in position combustion chamber
Figur 5 wie Figur 1. jedoch in Stellung Ansaugen Figur 6 wie Figur 1 jedoch Kolben im unteren Totpunkt Figur 7 Schnitt durch einen Motor wie Figur 1 bis Figur 6, parallel zur Kurbelwelle Figur 8 Prinzip eines Mehrkolbenmotors mit ZahnradverbindungFigure 5 as Figure 1 but in position suction Figure 6 as Figure 1 but piston bottom dead center Figure 7 section through an engine as Figure 1 to Figure 6, parallel to the crankshaft Figure 8 principle of a multi-piston engine with gear connection
Die Figuren zeigen im Einzelnen: In den Figuren 1 bis Figur 6 ist als Ausführungsbeispiel ein geöffneter Pleuelkolbenmotor gezeigt, dessen Gehäuse 9 aus zwei Teilen besteht, deren Berührungsfläche senkrecht zur Kurbelwelle 11 verläuft. Das eine Gehäuseteil ist abgenommen und gibt den Blick auf die Berührungsfläche des verbleibenden Gehäuseteils, den Seitenflansch 16 frei. In den Seitenflansch 16 sind der Kurbelraum 18 und die daran anschließende Kompressionskammer 19 eingelassen. Weil deren Seitenwände senkrecht auf der in den Figuren 1-6 sichtbaren, etwa schlüssellochförmigen Grundfläche angeordnet sind, sind sie in den Figuren 1-6 nur als Linie sichtbar.The figures show in detail: In the figures 1 to 6, an open Pleuelkolbenmotor is shown as an embodiment, the housing 9 consists of two parts whose contact surface is perpendicular to the crankshaft 11. The one housing part is removed and gives the view of the contact surface of the remaining housing part, the side flange 16 free. In the side flange 16 of the crank chamber 18 and the adjoining compression chamber 19 are embedded. Because their side walls are arranged perpendicularly to the approximately keyhole-shaped base surface visible in FIGS. 1-6, they are only visible as lines in FIGS. 1-6.
Innerhalb der Kompressionskammer 19 und dem Kurbelraum 18 ist der Pleuelkolben 8 in den Figuren 1 bis 6 in jeweils wechselnden Positionen sichtbar. Da die Kompressionskammer 19 in diesem Ausfüh- rungsbeispiel in Hubrichtung des Kolbens ein rechteckiges Profil aufweist, hat auch der Pleuelkolben 8 einen rechteckigen Querschnitt. In seine, dem Betrachter zugewandte Fläche sind der Kolbeneinlasskanal 3 und der Kolbenansaugkanal 6 eingelassen.Within the compression chamber 19 and the crank chamber 18, the connecting rod 8 is visible in Figures 1 to 6 in each changing positions. Since the compression chamber 19 in this exemplary embodiment has a rectangular profile in the stroke direction of the piston, the connecting-rod piston 8 also has a rectangular cross-section. In its, the viewer facing surface of the piston inlet channel 3 and the Kolbenansaugkanal 6 are embedded.
Diese Vertiefungen sind direkt sichtbar und deshalb mit einer durchgezogenen Linie dargestellt. Gestrichelt dargestellt sind Linien, die nach der Demontage des Kanalflansches nicht direkt sichtbar sind, weil sie in einer anderen Ebene liegen.These depressions are directly visible and therefore represented by a solid line. Shown are dashed lines that are not directly visible after disassembly of the channel flange, because they lie in another plane.
Gestrichelt ist in den Figuren 1 bis 6 z.B. der Kolbenauspuffkanal 4 eingezeichnet, der in die nicht sichtbare Fläche des Pleuelkolbens 8 eingelassen ist. Ebenfalls gestrichelt ist der Auspuffkanal 5 im Seitenflansch 16, weil er von dem Pleuelkolben 8 verdeckt wird - und dadurch auch verschlossen wird, mit Ausnahme der in Figur 2 ge- zeigten Position des Pleuelkolbens 8 in der der Kolbenauspuffkanal 4 mit dem Auspuffkanal 5 verbunden ist, so dass die Abgase aus der Kompressionskammer 19 austreten können.Dashed lines in the figures 1 to 6, for example, the piston exhaust passage 4 is shown, which is embedded in the non-visible surface of the connecting rod 8. Likewise dashed is the exhaust passage 5 in the side flange 16 because it is covered by the connecting rod 8 - and thereby also closed, with the exception of the position shown in Figure 2 of the connecting rod 8 in the piston exhaust passage 4th is connected to the exhaust passage 5, so that the exhaust gases can escape from the compression chamber 19.
Der - in seiner Seitenansicht etwa birnenförmige - Pleuelkolben 8 ist mit seinem Pleuelteil gelenkig mit dem Kurbelzapfen 10 der Kurbelwelle 11 verbunden, die in der Mitte des kreisförmigen Kurbelraumes 18 gelagert ist.The - in its side view about pear-shaped - connecting rod 8 is pivotally connected with its connecting rod with the crank pin 10 of the crankshaft 11, which is mounted in the center of the circular crank chamber 18.
Der Kurbelzapfen 10 ist als einziges Element in den Figuren 1 bis 6 zeichnerisch geschnitten und deshalb schraffiert. Der KurbelzapfenThe crank pin 10 is cut as the only element in Figures 1 to 6 and therefore hatched. The crankpin
10 verbindet den Pleuelkolben 8 mit dem anderen - in dieser Schnittebene nicht sichtbaren - Teil der Kurbelwelle 1110 connects the connecting rod 8 with the other - not visible in this section plane - part of the crankshaft 11th
Auf beiden Seiten der Kompressionskammer 19 sind die Dichtungs- bahnen 12 und 13 eingezeichnet, auf der die - in den Figuren 1 - 6 nicht sichtbare - Stirnfläche des Kolbens gleitet. Auch auf der seitlichen Ebene des Kolbens sind zusätzliche Dichtungen 17 eingezeichnet. In der einfachsten Variante eines Pleuelkolbenkompressors sind die Dichtungsbahnen 12 und 13 sowie die Dichtung 17 jedoch nicht erforderlich.On both sides of the compression chamber 19, the sealing webs 12 and 13 are drawn, on which slides the - in Figures 1 - 6 not visible - face of the piston. Also on the lateral plane of the piston additional seals 17 are located. In the simplest variant of a connecting rod compressor, however, the sealing sheets 12 and 13 and the seal 17 are not required.
Die Figur 7 zeigt einen Schnitt quer zur Berührungsfläche der beiden Teile des Gehäuses 9, der mit den Figuren 1-6 korrespondiert. Mit diesen Figuren 1 bis 6 werden verschiedene, charakteristische Posi- tionen des Pleuelkolbens 8 erläutert.FIG. 7 shows a section transverse to the contact surface of the two parts of the housing 9, which corresponds to FIGS. 1-6. With these FIGS. 1 to 6, various characteristic positions of the connecting-rod piston 8 are explained.
In Figur 1 ist der Pleuelkolben 8 in seiner Position im oberen Totpunkt dargestellt. Gut zu erkennen ist, dass die Kompressionskammer 19 auf ihr minimales Volumen zwischen Pleuelkolben 8 und dem Motorgehäuse 9 geschrumpft ist. In der dargestellten Ausführung als Verbrennungsmotor wird in der gezeigten Position des Pleuelkolbens im oberen Totpunkt das auf seinen maximalen Wert in der Verbrennungskammer 19 komprimierte zündfähige Gemisch gezündet - beim Dieselprozess durch Eigen- Zündung bei sehr hoher Verdichtung, beim Ottoprozess durch eine - hier nicht eingezeichnete - Zündkerze.In Figure 1, the connecting rod 8 is shown in its position at top dead center. Good to see that the compression chamber 19 has shrunk to its minimum volume between the connecting rod 8 and the motor housing 9. In the illustrated embodiment as an internal combustion engine is in the position shown the connecting rod at top dead center ignited to its maximum value in the combustion chamber 19 ignitable mixture - the diesel process by self-ignition at very high compression, the Otto process by a - not shown here - Spark plug.
In Figur 1 wird sehr schön verdeutlicht, dass der Pleuelkolben in dieser Position mit seiner Seitenfläche den Auspuffkanal 5 und den An- saugkanal 7 schließt. Es tritt also weder neues Gemisch ein, noch geht vom dem komprimierten Gemisch etwas verloren.In Figure 1 is very nicely illustrated that the connecting rod piston closes in this position with its side surface of the exhaust passage 5 and the intake passage 7. So it neither enters new mixture, nor is something lost from the compressed mixture.
Der Auspuffkanal 5 im Seitenflansch 16 ist vom Pleuelkolben 8 verdeckt und dadurch abgesperrt. Da er in einer eigentlich nicht sichtba- ren Ebene angeordnet ist, ist er gestrichelt eingezeichnet.The exhaust passage 5 in the side flange 16 is covered by the connecting rod 8 and thereby shut off. Since it is arranged in an actually invisible plane, it is shown in dashed lines.
Ebenfalls gestrichelt eingezeichnet ist der Ansaugkanal 7, der in dem - eigentlich zeichnerisch demontierten - Kanalflansch 15 angeordnet ist und damit ebenfall in einer Ebene angeordnet ist, die in Figur 1 nicht sichtbar ist.Also shown in dashed lines is the intake channel 7, which is arranged in the - actually drafts dismantled - channel flange 15 and thus also is arranged in a plane which is not visible in Figure 1.
In Figur 2 hat das Kraftstoff-Luft-Gemisch nach seiner Zündung expandiert und den Pleuelkolben 8 so weit nach unten gedrückt, dass er den Auspuffkanal 5 über den Kolbenauspuffkanal 4 im Pleuelkol- ben 8 geöffnet und bis in die Kompressionskammer 19 hinein verlängert hat. Der im Pleuelkolben 8 befindliche Kolbenauspuffkanal 4 verläuft parallel zur Zeichenebene, der Auspuffkanal 5 senkrecht dazu in den Seitenflansch 16, einen Teil des Gehäuses 9, hinein.In Figure 2, the fuel-air mixture has expanded after its ignition and the connecting rod 8 pushed so far down that he has opened the exhaust passage 5 via the piston exhaust passage 4 in the connecting rod 8 and extended into the compression chamber 19 into it. The piston exhaust passage 4 located in the connecting rod 8 extends parallel to the plane of the drawing, the exhaust passage 5 perpendicular to it in the side flange 16, a part of the housing 9, into it.
Durch die Ausrichtung des Kolbenauspuffkanals 4 wird vorrangig der in Figur 2 rechts gezeigte Bereich der Verbrennungskammer 19, in dem sich noch keine vorkomprimierten Frischgase befinden, von seinen Auspuffgasen befreit.Due to the orientation of the piston exhaust duct 4, the area of the combustion chamber 19 shown on the right in FIG which are still no precompressed fresh gases are released from its exhaust gases.
Das erfindungsgemäß3 Motorprinzip sorgt also im Gegensatz zu bis- her bekannten Zweitaktmotoren mit Schlitzsteuerung für eine erheblich bessere Trennung von Frischgas und Auspuffgasen, wodurch ein gravierender Nachteil nahezu eliminiert ist.The engine principle according to the invention thus provides, in contrast to hitherto known two-stroke engines with slot control, a considerably better separation of fresh gas and exhaust gases, as a result of which a serious disadvantage is virtually eliminated.
In Figur 3 hat sich die Kurbelwelle 11 gegenüber Figur 2 etwas wei- ter gedreht, sodass der Pleuelkolben 8 eine Verbindung zwischen dem Kurbelraum 18 und der Verbrennungskammer 19 herstellt. Diese Verbindung erfolgt über zwei Verbindungskanäle 2, die in Figur 3 aus dem Kurbelraum 18 heraus etwa senkrecht auf den Betrachter zu in den Überströmkanal 14 hinein laufen, der parallel zur Bildebene im - zeichnerisch abgenommenen - Kanalflansch 15 verläuft, weshalb diese Elemente gestrichelt dargestellt sind.In FIG. 3, the crankshaft 11 has rotated slightly further in relation to FIG. 2, so that the connecting-rod piston 8 establishes a connection between the crank chamber 18 and the combustion chamber 19. This connection takes place via two connecting channels 2, which in FIG. 3 run out of the crank chamber 18 approximately perpendicular to the viewer into the overflow channel 14, which runs parallel to the image plane in the drawing flange 15, which is why these elements are shown in dashed lines.
Das im Kurbelraum 18 bereits Vorverdichtete Luftkraftstoffgemisch strömt am oberen Ende des Überströmkanals 14 durch den Einlass- kanal 1 und den Kolbeneinlasskanal 3 im Pleuelkolben in dieThe air-fuel mixture already pre-compressed in the crank chamber 18 flows at the upper end of the overflow channel 14 through the inlet channel 1 and the piston inlet channel 3 in the connecting-rod piston into the
Verbrennungskammer 19 hinein. Der Einlasskanal 1 ist ebenso wie die Verbindungskanäle 2 senkrecht zum Betrachter ausgerichtet und deshalb in den Figuren 1-6 nur als gestrichelter Kreis erkennbar.Combustion chamber 19 into it. The inlet channel 1, like the connecting channels 2, is oriented perpendicular to the observer and therefore only recognizable as a dashed circle in FIGS. 1-6.
Der in Figur 3 dargestellte Teil des Zweitaktprozesses „Brennraum mit Luftkraftstoffgemisch füllen" hat bereits zu einem früheren Zeitpunkt begonnen. Bekanntlich ist es ein charakteristisches Merkmal eines Zweitaktmotors, dass stets zwei Prozesse aus .Ansaugen - Verdichten - Zünden - Ausstoßen" im Motor ablaufen, wodurch er sich grundlegend vom Viertaktprozess unterscheidet. In Figur 4 hat sich der Pleuelkolben gegenüber Figur 3 so weit bewegt, dass der Auspuffkanal 5 und der Ansaugkanal 7 ebenso verschlossen ist wie die Verbindung zwischen dem Überströmkanal 14, dem daran angeschlossenen Einlasskanal 1 und dem daran ange- schlossenen Kolbenanlasskanal 3 zum Verbrennungskammer 19.The part of the two-stroke process "filling combustion chamber with air-fuel mixture" shown in Figure 3 has already begun at an earlier point in time .. It is known that a characteristic feature of a two-stroke engine is always two processes of "sucking - compressing - igniting - expelling" in the engine it is fundamentally different from the four-stroke process. In FIG. 4, the connecting rod has moved so far relative to FIG. 3 that the exhaust channel 5 and the intake channel 7 are closed, as is the connection between the overflow channel 14, the inlet channel 1 connected thereto, and the piston inlet channel 3 connected thereto to the combustion chamber 19.
Figur 4 zeigt also eine Position des Pleuelkolbens 8, in der er alle Kanäle verschließt.Figure 4 thus shows a position of the connecting rod 8, in which it closes all channels.
Bei einer weiteren Aufwärtsbewegen des Pleuelkolbens 8 aus der inIn a further upward movement of the connecting rod 8 from the in
Figur 4 gezeigten Stellung heraus, wird das freie Volumen der Verbrennungskammer 19 reduziert und dadurch das darin befindliche Luft-Kraftstoff-Gemisch verdichtet. Wenn der Pleuelkolben 8 in seinem oberen Totpunkt angelangt ist, wird das maximal komprimier- te Luft-Kraftstoff-Gemisch gezündet, so wie es in Figur 1 gezeichnet ist.4, the free volume of the combustion chamber 19 is reduced, thereby compressing the air-fuel mixture therein. When the connecting rod 8 has reached its top dead center, the maximum compressed air-fuel mixture is ignited, as shown in FIG.
In Figur 5 hat sich das in der Kolbenstellung gemäß Figur 3 bereits vorverdichtete und über den Überströmkanal 14 in den Kompressi- onsraum entlassene Luftkraftstoffgemisch zum größten Teil aus demIn FIG. 5, the air-fuel mixture already precompressed in the piston position according to FIG. 3 and discharged via the overflow passage 14 into the compression space has for the most part been removed from the
Kurbelraum 18 entfernt. In der in Figur 5 gezeigten Winkelstellung der Kurbelwelle 11 stellt der Pleuelkolben 8 über seinen Kolbenansaugkanal 6 eine Verbindung zum Ansaugkanal 7 her. Der Ansaugkanal 7 verläuft im - zeichnerisch demontierten - Kanalflansch 15 senkrecht zum Betrachter und in den parallel zur Zeichenebene verlaufende Kolbenansaugkanal 6 hinein. Über diese beiden Kanäle wird der Kurbelraum 18 mit frischem Luftkraftstoffgemisch gefüllt.Crankshaft 18 removed. In the angular position of the crankshaft 11 shown in FIG. 5, the connecting-rod piston 8 establishes a connection to the intake passage 7 via its piston intake passage 6. The intake duct 7 extends in the drawing - dismantled - channel flange 15 perpendicular to the viewer and in the plane parallel to the plane extending Kolbenansaugkanal 6 inside. About these two channels, the crank chamber 18 is filled with fresh air fuel mixture.
In Figur 6 ist die Stellung des Pleuelkolbens 8 im unteren Totpunkt gezeigt. Gut nachvollziehbar ist, dass alle Steueröffnungen durch den Pleuelkolben 8 verschlossen werden: - Der Ansaugkanal 7 ist von seinem Fortsetzungsstück, dem Kolbenansaugkanal 6, entfernt und durch den Pleuelkolben 8 verschlossen.In Figure 6, the position of the connecting rod 8 is shown in the bottom dead center. It is easy to understand that all control openings are closed by the connecting rod 8: - The suction channel 7 is of its continuation piece, the Kolbenansaugkanal 6, removed and closed by the connecting rod 8.
- Der Auspuffkanal 5 überdeckt sich nicht mit seinem Gegenstück im Pleuelkolben, dem Kolbenauspuffkanal 4. - Der Einlasskanal 1 ist ebenfalls zu seinem Gegenstück, dem Kolbeneinlasskanal 3 am Pleuelkolben 8, beabstandet.- The exhaust passage 5 does not overlap with its counterpart in the connecting rod, the piston exhaust passage 4. - The inlet passage 1 is also to its counterpart, the piston inlet passage 3 on the connecting rod 8, spaced.
Die Figur 6 zeigt also ebenso wie die Figur 4 eine Stellung des Pleuelkolbens 8, in der er sämtliche Schaltöffnungen absperrt.Thus, FIG. 6, like FIG. 4, shows a position of the connecting-rod piston 8 in which it shuts off all switching openings.
Die Figur 7 korrespondiert zu den Figuren 1 - 6 mit verschiedenen Stellungen des Pleuelkolbens 8 in demselben Motor und zeigt den Schnitt durch das Motorgehäuse in den zwei verschiedenen Schnittebenen A-A parallel zur Kurbelwelle 11 und A-B durch die Kurbelwel- Ie 11.FIG. 7 corresponds to FIGS. 1-6 with different positions of the connecting rod piston 8 in the same engine and shows the section through the engine housing in the two different cutting planes A-A parallel to the crankshaft 11 and A-B through the crankshaft 11.
Schnell zu erkennen ist, dass das Gehäuse 9 aus zwei Teilen besteht, dem Kanalflansch 15 auf der linken Seite und dem Seitenflansch 16 auf der rechten Seite.It can be seen quickly that the housing 9 consists of two parts, the channel flange 15 on the left side and the side flange 16 on the right side.
Der Seitenflansch 16 enthält den Auspuffkanal 5 und der Kanalflansch 15 den Ansaugkanal 7. Als weitere Kanalverbindung ist im Kanalflansch 15 der Überströmkanal 14 eingebaut. Er ist durch zwei Verbindungskanäle 2 mit dem Kurbelraum 18 verbunden und durch den Einlasskanal 1 mit der Kompressionskammer 19.The side flange 16 includes the exhaust passage 5 and the channel flange 15, the intake passage 7. As a further channel connection of the overflow channel 14 is installed in the channel flange 15. It is connected by two connecting channels 2 with the crank chamber 18 and through the inlet channel 1 with the compression chamber 19th
Die in den Figuren 1-6 gezeigten 7 Schrauben zur Verbindung der beiden Gehäuseteile Kanalflansch 15 und Seitenflansch 16 sind in Figur 7 der Übersichtlichkeit halber weg gelassen. Um den Überströmkanal 14 und seine Funktion als Verbindung zwischen dem Kurbelraum 18 und der Kompressionskammer 19 zu zeigen, ist in Figur 7 der Schnitt durch den Motor in zwei verschiedenen Schnittflächen gezeichnet: Die Schnittfläche A-A der linken Bildhälfte und die Schnittebene A-B sind in Figur 1 eingetragen. Die Schnittfläche A-A verläuft im unteren Teil durch den Überströmkanal 14 hindurch und knickt im oberen Teil ab und ist dann identisch mit der Schnittebene A-B der rechten Bildhälfte von Figur 1. Die Schnittebene A-B verläuft auf der Symmetrie- achse von Kompressionskammer 19 und Kurbelraum 18 durch dieThe 7 screws shown in FIGS. 1-6 for connecting the two housing parts of channel flange 15 and side flange 16 are omitted in FIG. 7 for the sake of clarity. In order to show the overflow channel 14 and its function as a connection between the crank chamber 18 and the compression chamber 19, the section through the engine is drawn in two different sectional areas in Figure 7: The sectional area AA of the left half and the sectional plane AB are shown in Figure 1 , The sectional area AA runs in the lower part through the overflow channel 14 and bends in the upper part and is then identical to the sectional plane AB of the right half of Figure 1. The sectional plane AB extends on the axis of symmetry of the compression chamber 19 and crank chamber 18 through the
Kurbelwelle 11 hindurch.Crankshaft 11 through.
Die geknickte Schnittfläche A-A der linken Bildhälfte schneidet den Pleuelkolben 8, den Kurbelraum 18 und die scheibenförmigen Teile der Kurbelwelle 11 also auf einer anderen Schnittlinie als in der rechten Bildhälfte, was die Unterschied zwischen den beiden Bildhälften erklärt: In der rechten Bildhälfte von Figur 7 verläuft die Schnittebene durch den Mittelpunkt der Scheibe, die die Kurbelwelle 11 mit dem Zapfen 10 verbindet. Deshalb ist der Schnitt durch diese Scheibe ein viel größeres Rechteck als in der linken Bildhälfte im Schnitt A-A, welcher die gleichgroße, zweite Scheibe auf der Kurbelwelle 11 außerhalb ihres Mittelpunktes nur anschneidet.The kinked cut surface AA of the left half of the picture cuts the connecting rod 8, the crank chamber 18 and the disk-shaped parts of the crankshaft 11 on a different cutting line than in the right half of the picture, which explains the difference between the two halves of the picture: In the right half of FIG the cutting plane through the center of the disc, which connects the crankshaft 11 with the pin 10. Therefore, the section through this disc is a much larger rectangle than in the left half of the picture in section A-A, which only cuts the same size, second disc on the crankshaft 11 outside its center.
In Figur 8 sind zwei Pleuelkolben 8 jeweils ohne Zylinder in ihrer prinzipiellen Anordnung als V-Motor gezeigt. Die Drehachsen ihrer eigenen, kleinen Kurbelwellen 11 weisen auf den Betrachter zu. Zwei Pleuelkolben 8 oder zwei Reihen von Pleuelkolben 8 sind im Winkel V zueinander angeordnet.In Figure 8, two connecting rods 8 are each shown without cylinders in their basic arrangement as a V-engine. The axes of rotation of their own, small crankshaft 11 point to the viewer. Two connecting rod 8 or two rows of connecting rod 8 are arranged at an angle V to each other.
Auf jeder einzelnen Kurbelwelle ist für jeden Pleuelkolben 8 ein erstes Zahnrad 23 angeordnet, das jeweils mit einem zweiten Zahnrad 22 auf der Hauptwelle 21 kämmt. Die Hauptwelle 21 sammelt die in den einzelnen Pleuelkolben 8 generierten Drehmomente und führt sie gemeinsam ab. Eine durch den gesamten Motor hindurch gehende, teure Gemeinschafts-Kurbelwelle wird damit erspart. Stattdessen werden zahlreiche Zahnräder eingesetzt.On each individual crankshaft, a first gearwheel 23 is arranged for each connecting-rod piston 8, each with a second gearwheel 22 on the main shaft 21 meshes. The main shaft 21 collects the torques generated in the individual connecting rod 8 and performs them together. A through the entire engine through going, expensive community crankshaft is spared. Instead, numerous gears are used.
In Figur 8 ist ein Übersetzungsverhältnis zwischen den kleinen Zahnrädern 23 auf den jeweils eigenen Kurbelwellen 11 jedes Pleuelkolbens 8 und den großen Zahnrädern 22 auf der Hauptwelle 21 von 1 :2 eingezeichnet. Für dieses Übersetzungsverhältnis ist nachvollziehbar, dass - in Figur 8 nicht eingezeichnete - Kanäle im großen Zahnrad 22 nur bei jeder zweiten Umdrehung mit einer korrespondierenden Öffnung im Kurbelraum jedes Pleuelkolbens 8 in Verbindung treten. Dadurch kann z.B. erreicht werden, dass nur bei jeder zweiten Umdrehung der Kurbelwellen 11 zündfähiges Kraftstoffluftgemisch zu jedem Pleuelkolben 8 gelangt. Ein solcher Arbeitsrhythmus entspricht einem Viertaktmotor. Vorteilhaft ist nach dem Ausstoßen des Abgases die gute Spülung jeder Kompressionskammer mit Frischluft. Dadurch werden erhebliche Vorteile bei der Abgasreinigung erzielt. In Figure 8, a gear ratio between the small gears 23 on the respective own crankshaft 11 of each connecting rod 8 and the large gears 22 on the main shaft 21 of 1: 2 is located. For this ratio is understandable that - not shown in Figure 8 - channels in the large gear 22 occur only at every other revolution with a corresponding opening in the crank chamber of each connecting rod 8 in connection. This can be achieved, for example, that only every second revolution of the crankshafts 11 ignitable fuel-air mixture reaches each connecting rod 8. Such a work rhythm corresponds to a four-stroke engine. It is advantageous after ejecting the exhaust, the good flushing of each compression chamber with fresh air. As a result, considerable advantages are achieved in the exhaust gas purification.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Einlasskanal im Kanalflansch 151 inlet channel in the channel flange 15
2 Verbindungskanal zum Kurbelgehäuse 18 im Kanalflansch 15 3 Kolbeneinlasskanal am Pleuelkolben 82 connecting channel to the crankcase 18 in the channel flange 15 3 piston inlet channel on the connecting rod 8
4 Kolbenauspuffkanal am Pleuelkolben 84 piston exhaust passage on the connecting rod 8
5 Auspuffkanal im Seitenflansch 165 exhaust duct in side flange 16
6 Kolbenansaugkanal am Pleuelkolben 86 Kolbenansaugkanal on connecting rod. 8
7 Ansaugkanal im Kanalflansch 15 8 Pleuelkolben, Kolben mit integriertem Pleuel,7 intake duct in the duct flange 15 8 connecting rod pistons, piston with integrated connecting rod,
Kolben in Kompressionskammer 19 bewegbar, Pleuel gelenkig mit Kurbelzapfen 10 verbundenPiston in the compression chamber 19 movable, connecting rod pivotally connected to crank pin 10
9 Gehäuse, bestehend aus Kanalflansch 15 und Seitenflansch 169 housing, consisting of channel flange 15 and side flange 16th
10 Kurbelzapfen der Kurbelwelle 11 11 Kurbelwelle, gelenkig verbunden mit wenigstens einem10 crankpin of the crankshaft 11 11 crankshaft, hingedly connected to at least one
Pleuelkolben 8Connecting rod 8
12 Dichtungsbahn in Kompressionskammer 19, Gleitfläche für Pleuelkolben12 sealing membrane in compression chamber 19, sliding surface for connecting rod
13 Dichtungsbahn in Kompressionskammer 19, komplementär zu Dichtungsbahn 1213 geomembrane in compression chamber 19, complementary to geomembrane 12th
14 Überströmkanal, verbindet den Flanscheinlasskanal 1 mit dem Verbindungskanal 214 overflow, connects the Flanscheinlasskanal 1 with the connection channel. 2
15 Kanalflansch, Gehäuseteil mit Überströmkanal 14 und Ansaugkanal 7 16 Seitenflansch, Gehäuseteil mit Auspuffkanal 515 channel flange, housing section with overflow channel 14 and intake channel 7 16 side flange, housing section with exhaust channel 5
17 Dichtungen am Pleuelkolben 817 seals on the connecting rod 8
18 Kurbelraum, Teil des Gehäuses 9, umschlossen von Kanalflansch 15 und Seitenflansch 1618 crankcase, part of the housing 9, enclosed by the channel flange 15 and side flange 16th
19 Kompressionskammer, umschlossen von Kanalflansch 15 und Seitenflansch 1619 compression chamber enclosed by channel flange 15 and side flange 16
20 Nicht benutzt Hauptwelle, verbindet mehrere Pleuelkolbenkompressoren über Zahnräder 22 und 23 Zweites Zahnrad auf Hauptwelle 21 Erstes Zahnrad auf Kurbelwelle 11 Winkel zwischen zwei Pleuelkolben in einem Mehrkolbenmotor 20 Not used Main shaft, connecting several connecting rod compressors via gears 22 and 23 Second gear on main shaft 21 First gear on crankshaft 11 Angle between two connecting rods in a multi-piston engine
Claims
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