DE102006012814B4 - Internal combustion engine without crank and charge control mechanism - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beschreibt einen Verbrennungsmotor ohne Schubkurbel- und Ladungssteuerungsmechanismus, bestehend aus Zylindern mit Kolben und Kolbenstangen, Treibstoffleitungen mit drehbaren Dichtungen und Einspritzpumpen und ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem Rahmen (1) zwei Scheibenpaare mit drehbaren oberen Scheiben (2) und unteren Scheiben (3) kinematisch miteinander verbunden sind, wobei ein Scheibenpaar die horizontal angeordneten Zylinder (5) mit darin sich befindlichen Kolben (6) und ein zweites Scheibenpaar die horizontal angeordneten Kolbenstangen (7) enthält und die Scheibenpaare derart zueinander angeordnet sind, dass bei synchroner Drehung der Scheibenpaare die Kolbenstangen (7) periodisch mit den Kolben (6) in Kontakt kommen und die Takte Kompression und Arbeitsgang realisieren.The invention describes an internal combustion engine without a crank and charge control mechanism, consisting of cylinders with pistons and piston rods, fuel lines with rotary seals and injection pumps and is characterized in that in a frame (1) has two pairs of discs with rotatable upper discs (2) and lower discs ( 3) are kinematically connected to each other, wherein a pair of discs horizontally disposed cylinder (5) with therein piston (6) and a second pair of discs containing the horizontally arranged piston rods (7) and the pairs of discs are arranged to each other such that when synchronous rotation of the Disc pairs the piston rods (7) periodically come into contact with the piston (6) and realize the clocks compression and operation.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Kolbenverbrennungsmotoren.The The present invention relates to reciprocating internal combustion engines.

Bekannt und weit verbreitet sind herkömmliche Verbrennungsmotoren. Bei ihnen sind der Schubkurbel- und der Ladungssteuerungsmechanismus die wichtigsten Elemente.Known and common are conventional ones Internal combustion engines. With them are the thrust crank and the charge control mechanism the most important elements.

Die grundlegenden Nachteile dieser Motoren bestehen in einer großen Masse, einem niedrigen Wirkungsgrad des Schubkurbelmechanismus und einer komplizierten Konstruktion des Ladungssteuerungsmechanismus. Bekannt sind Motoren mit verschiedenen Mechanismen der Kraftumwandlung vom Kolben, der eine geradlinige Bewegung ausführt, in die Drehbewegung der Welle.The basic disadvantages of these engines are in a large mass, a low efficiency of the crank mechanism and a complicated construction of the charge control mechanism. Known are engines with different mechanisms of power conversion from Piston, which performs a rectilinear motion, in the rotational movement of Wave.

In CA 2330591 A1 erfolgt die Bewegungsumwandlung mittels der Energie der Verbrennungsprodukte sowie zusätzlicher Kammern.In CA 2330591 A1 the motion conversion is done by means of the energy of the combustion products as well as additional chambers.

In CA 2186548 C wird die Bewegungsumwandlung mithilfe zusätzlicher kleiner Kammern mit Kolben gewährleistet. Der zyklische Ablauf der Arbeitsgänge des Kolbens wird durch ein kinematisches Riemengetriebe realisiert.In CA 2186548 C The motion conversion is ensured by using additional small chambers with pistons. The cyclical sequence of operations of the piston is realized by a kinematic belt transmission.

In DE 4228639 A1 wird die Bewegungsumwandlung durch bewegliche, einander gegenüberliegende Zylinder erreicht. Eine solche Lösung gestattet eine kompakte Konstruktion. Bei Leistungsaggregaten ist die Verwendung eines solchen Modells jedoch mit Problemen einer effektiven Zylinderkühlung und anderen Betriebsschwierigkeiten verbunden.In DE 4228639 A1 the motion conversion is achieved by moving, opposed cylinders. Such a solution allows a compact construction. However, with power units, the use of such a model involves problems of effective cylinder cooling and other operational difficulties.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Entwicklung eines Verbrennungsmotors ohne Schubkurbel- und ohne Gasverteilermechanismus.aim The present invention is the development of an internal combustion engine without crank and without gas distributor mechanism.

Erreicht wird dieses Ziel durch die Konstruktion eines vom Prinzip her völlig neuen Motors, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass in einem Rahmen zwei Scheibenpaare mit drehbaren oberen Scheiben und unteren Scheiben kinematisch miteinander verbunden sind, wobei ein Scheibenpaar die horizontal angeordneten Zylinder mit darin sich befindlichen Kolben und ein zweites Scheibenpaar die horizontal angeordneten Kolbenstangen enthält und die Scheibenpaare derart zueinander angeordnet sind, dass bei synchroner Drehung der Scheibenpaare die Kolbenstangen periodisch mit den Kolben in Kontakt kommen und die Takte Kompression und Arbeitsgang realisieren.Reached This goal is achieved by the construction of a completely new principle Motors, which is characterized in that in a frame two pairs of discs with rotatable upper discs and lower discs kinematically interconnected, with a pair of discs horizontally arranged cylinder with pistons located therein and a second pair of discs containing the horizontally arranged piston rods and the Disk pairs are arranged such that when synchronous Rotation of the disk pairs the piston rods periodically with the pistons come in contact and realize the bars compression and operation.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von zumindest teilweise in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.The Invention will be described below with reference to at least partially in the Figures illustrated embodiments be explained in more detail.

1 zeigt das Konstruktionsschema eines solchen Motors mit vier Zylindern. Von der Konstruktion her kann die Zahl der Zylinder beliebig groß sein. 1 shows the construction scheme of such a four-cylinder engine. By design, the number of cylinders can be arbitrarily large.

Auf einem Rahmen 1 sind zwei obere 2 und zwei untere 3 drehbare Scheiben installiert. Diese sind kinematisch mit den Zylindern 5 und den Kolbenstangen 7 verbunden, die kreisförmig angeordnet sind. Die oberen und unteren Scheiben 2, 3 sind mit den Zylindern 5 verbunden und fungieren gleichzeitig als Rotoren der Luftturbinen.On a frame 1 are two upper ones 2 and two lower ones 3 rotatable discs installed. These are kinetic with the cylinders 5 and the piston rods 7 connected, which are arranged in a circle. The upper and lower discs 2 . 3 are with the cylinders 5 connected and act simultaneously as rotors of the air turbines.

Die Achsen des oberen und des unteren Scheibenpaares sind gegeneinander auf eine Höhe e versetzt, und alle vier Achsen liegen auf einer Ebene. Auf jedem Zylinder 5 und jeder Kolbenstange 7 gibt es je zwei Zapfen 4, die mit ihren Achsen auf die Höhe e versetzt und auf den Lagern der oberen und unteren Scheiben 2, 3 befestigt sind.The axes of the upper and lower disc pair are offset from each other to a height e, and all four axes lie on one level. On every cylinder 5 and every piston rod 7 there are two pins each 4 which moves with its axes to the height e and on the bearings of the upper and lower discs 2 . 3 are attached.

Eine solche kinematische Verbindung erlaubt eine ständige Raumorientierung der Zylinderachsen und der Kolbenstangen 7 unabhängig von Drehwinkel der Scheiben 2, 3.Such a kinematic connection allows a constant spatial orientation of the cylinder axes and the piston rods 7 regardless of the angle of rotation of the discs 2 . 3 ,

Die Kolbenstangen 7 und Zylinder 5 stehen sich bei einer kreisförmigen Bewegung immer gegenüber und befinden sich auf einer Linie. Die synchrone Drehung der Scheiben 2, 3 und die Übertragung des Drehmoments von den unteren Scheiben 3 auf die Abtriebswelle 14 erfolgen mithilfe von Zahnrädern 13. Die Kolben 6 sind von den Kolbenstangen 7 getrennt und befinden sich in den Zylindern 5. Während des Motorbetriebs kommen die Kolben 6 und die Kolbenstangen 7 nur periodisch miteinander in Kontakt, wodurch die Takte Kompression und Arbeitsgang ausgelöst werden.The piston rods 7 and cylinders 5 are always facing each other in a circular motion and are on a line. The synchronous rotation of the discs 2 . 3 and the transmission of torque from the lower discs 3 on the output shaft 14 done using gears 13 , The pistons 6 are from the piston rods 7 separated and located in the cylinders 5 , During engine operation, the pistons come 6 and the piston rods 7 only periodically in contact with each other, causing the clocks compression and operation are triggered.

Der Treibstoff wird über die Treibstoffleitung 10 und über eine drehbare Dichtung 8 Einspritzpumpen 9 zugeführt, die auf jedem Zylinder 5 angebracht sind. Die drehbaren oberen Scheiben 2 fungieren als Luftturbine. Durch sie wird über Kanäle in den Zapfen 4 die für den Betrieb des Motors und die Kühlung der Zylinder 5 notwendige Luft zugeführt. Die Ausleitung der Treibstoffverbrennungsprodukte erfolgt mithilfe der ebenfalls als Turbine fungierenden unteren Scheiben 3.The fuel gets over the fuel line 10 and a rotatable seal 8th injection 9 fed on each cylinder 5 are attached. The rotatable upper discs 2 act as an air turbine. Through it is via channels in the pin 4 for the operation of the engine and the cooling of the cylinders 5 supplied necessary air. The fuel combustion products are discharged by means of the lower disks, which also act as a turbine 3 ,

Die Arbeitsweise des Motors ist wie folgt: Beim Arbeitsgang wirkt der Kolben 6 auf die Kolbenstange 7 und bringt sie dadurch zu einer linearen Verschiebung. Diese Verschiebung ist untrennbar mit einer Drehung der Scheiben 2, 3 und der Abtriebswelle 14 verbunden. Auf diese Weise wird die Hin- und Herverschiebung des Kolbens 6 in eine gerichtete Drehbewegung der Abtriebswelle 14 umgewandelt.The operation of the engine is as follows: During operation, the piston acts 6 on the piston rod 7 and brings them to a linear shift. This shift is inseparable from a rotation of the discs 2 . 3 and the output shaft 14 connected. In this way, the back and forth displacement of the piston 6 in a directed rotational movement of the output shaft 14 transformed.

Ein vollständiger Arbeitszyklus besteht aus drei Takten: Kompression, Arbeitsgang und Zylinderentleerung. Der Kompressionstakt beginnt mit dem in Kontakt treten der Kolbenstange 7 mit dem Kolben 6. Am Ende des Kompressionstakts wirkt der Stößel 11 der Kolbenstange 7 bei einer bestimmten, genau vorgegebenen Lage des Kolbens 6 auf die Einspritzpumpe 9 ein und bewirkt damit die Einleitung des Treibstoffs in die Verbrennungskammer.A complete work cycle consists of three measures: compression, operation and cylinder emptying. The compression stroke begins with the contact of the piston rod 7 with the piston 6 , At the end of the compression stroke, the ram works 11 the piston rod 7 at a certain, exactly predetermined position of the piston 6 on the injection pump 9 and thus causes the introduction of the fuel into the combustion chamber.

Darauf folgt der Arbeitsgang, bei dessen Ende der Kolben 6 zuerst die Ausström- und dann die Spülschlitze des Zylinders 5a öffnet. Die Verbrennungsprodukte werden in den Unterdruckbereich der Turbinen der unteren Scheiben 3 ausgeworfen, wo sie sich mit der von außen hinzutretenden Luft vermischen und anschließend aus dem Motor entfernt werden.Then the operation follows, at the end of which the piston 6 first the outflow and then the scavenging slots of the cylinder 5a opens. The combustion products are in the negative pressure range of the turbines of the lower discs 3 ejected where they mix with the outside air and then removed from the engine.

Nach Abschluss des Arbeitsgangs folgt der dritte Takt, die Zylinderentleerung. Dabei verliert der Kolben 6 den Kontakt mit seiner Kolbenstange 7 und befindet sich während dieser Zeit nach Ausführung einer Kreisbewegung in relativer Ruhe. In diesem Moment komprimiert die Turbine über die Kanäle in den Zapfen 4 und die Spülschlitze in den Zylindern 5 die Luft, die die Zylinder 5 durchbläst und kühlt, bis Kolben 6 und Kolbenstange 7 wieder in Kontakt kommen.After completion of the operation follows the third clock, the cylinder emptying. The piston loses 6 the contact with his piston rod 7 and is in relative rest during this time after performing a circular motion. At this moment, the turbine compresses over the channels in the pin 4 and the scavenging slots in the cylinders 5 the air, the cylinders 5 blows and cools until pistons 6 and piston rod 7 come back in contact.

Nachdem der erste Zylinder 5 abgearbeitet ist, tritt der Kolben 6 des zweiten Zylinders 5 in Kontakt mit seiner Kolbenstange 7 und leitet dadurch den Arbeitszyklus des zweiten, dann des dritten und aller nachfolgenden Zylinder 5 ein. Die Herausführung der Kolben 6 aus den toten Punkten erfolgt durch die rotierenden Masse der Scheiben 2, 3, die so als Schwungräder fungieren. Deshalb muss die Drehbewegung der Abtriebswelle 14 sehr stabil sein.After the first cylinder 5 is finished, the piston enters 6 of the second cylinder 5 in contact with its piston rod 7 and thereby directs the duty cycle of the second, then the third and all subsequent cylinders 5 one. The lead out of the pistons 6 from the dead points is done by the rotating mass of discs 2 . 3 that act as flywheels. Therefore, the rotational movement of the output shaft 14 be very stable.

Zusammenfassend wird die Konstruktion eines Verbrennungsmotors ohne Schubkurbelmechanismus (Dieselvariante) vorgeschlagen, der ein neues schubkurbelloses Verfahren besitzt, bei dem die Hin- und Herverschiebung des Kolbens 6 in eine gerichtete Drehbewegung der Abtriebswelle 14 umgewandelt wird. Der Motor besitzt keinen Schubkurbel- und keinen Ventilladungssteuerungsmechanismus. Der Motor wird mit Luft gekühlt. Die mögliche Anzahl der Zylinder 5 ist von der Konstruktion her unbegrenzt groß.In summary, the construction of an internal combustion engine without a sliding crank mechanism (diesel variant) is proposed, which has a new thrust-free process, in which the reciprocation of the piston 6 in a directed rotational movement of the output shaft 14 is converted. The engine does not have a crank and a valve charge control mechanism. The engine is cooled with air. The possible number of cylinders 5 is infinitely large by design.

Die Besonderheit der Konstruktion besteht darin, dass die Kolben 6 und Kolbenstangen 7 voneinander getrennt und zwischen zwei Paaren drehbarer Scheiben 2, 3 angebracht sind. Die Achsen der oberen und unteren Scheiben 2, 3 sind auf eine Höhe e versetzt und alle vier Achsen liegen auf einer Ebene. Auf jedem Zylinder 5 und jeder Kolbenstange 7 gibt es je zwei Zapfen 4, deren Achsen auf die Höhe e versetzt und die auf den Lagern der oberen und unteren Scheiben 2, 3 angebracht sind.The peculiarity of the construction is that the pistons 6 and piston rods 7 separated and between two pairs of rotatable discs 2 . 3 are attached. The axes of the upper and lower discs 2 . 3 are offset to a height e and all four axes lie on one level. On every cylinder 5 and every piston rod 7 there are two pins each 4 whose axes offset the height e and those on the bearings of the upper and lower discs 2 . 3 are attached.

Der Arbeitszyklus des Motors besteht aus drei Takten: Kompression, Arbeitsgang und Zylinderentleerung. Nach dem Ende des Arbeitsgangs verliert der Kolben 6 den Kontakt mit seiner Kolbenstange 7 und befindet sich während dieser Zeit nach Ausführung einer Kreisbewegung in relativer Ruhe. In diesem Moment wird der Zylinder 5 intensiv mit Luft überströmt und gekühlt, bis der Kolben 6 und die Kolbenstange 7 erneut miteinander in Kontakt treten.The duty cycle of the engine consists of three cycles: compression, operation and cylinder unloading. After the end of the operation loses the piston 6 the contact with his piston rod 7 and is in relative rest during this time after performing a circular motion. At this moment the cylinder becomes 5 intensively filled with air and cooled until the flask 6 and the piston rod 7 again contact each other.

Die drehbaren oberen Scheiben 2 fungieren als Luftturbine, indem durch sie über Kanäle in den Zapfen 4 Luft zugeführt wird, die für den Betrieb des Motors und die Kühlung der Zylinder 5 notwendig ist. Die Ausleitung der Verbrennungsprodukte erfolgt mithilfe der Turbine der unteren Scheiben 3. Am Ende des Arbeitsgangs öffnet der Kolben 6, der in eine maximal rechte Lage versetzt ist, zuerst die Ausström- und dann die Spülschlitze des Zylinders 5. Die Verbrennungsprodukte werden in den Unterdruckbereich der Turbinen der unteren Scheiben 3 ausgeworfen, wo sie sich mit der von außen hinzutretenden Luft vermischen und anschließend aus dem Motor entfernt werden.The rotatable upper discs 2 Act as an air turbine, passing through them through channels in the cones 4 Air is supplied for the operation of the engine and the cooling of the cylinder 5 necessary is. The combustion products are discharged by means of the turbine of the lower discs 3 , At the end of the operation, the piston opens 6 placed in a maximum right position, first the outflow and then the scavenging slots of the cylinder 5 , The combustion products are in the negative pressure range of the turbines of the lower discs 3 ejected where they mix with the outside air and then removed from the engine.

11

Rahmenframe

22

Obere ScheibeUpper disc

33

Untere ScheibeLower disc

44

Zapfenspigot

55

Zylindercylinder

66

Kolbenpiston

77

Kolbenstangepiston rod

88th

Drehbare Dichtungrotatable poetry

99

EinspritzpumpeInjection pump

1010

Treibstoffleitungfuel line

1111

Stößeltappet

1212

Auspuffrohrexhaust pipe

1313

Zahnradgear

1414

Abtriebswelleoutput shaft

Claims (7)

Verbrennungsmotor ohne Schubkurbel- und Ladungssteuerungsmechanismus, bestehend aus Zylindern mit Kolben und Kolbenstangen, Treibstoffleitungen mit drehbaren Dichtungen und Einspritzpumpen, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Rahmen (1) zwei Scheibenpaare mit drehbaren oberen Scheiben (2) und unteren Scheiben (3) kinematisch miteinander verbunden sind, wobei ein Scheibenpaar die horizontal angeordneten Zylinder (5) mit darin sich befindlichen Kolben (6) und ein zweites Scheibenpaar die horizontal angeordneten Kolbenstangen (7) enthält und die Scheibenpaare derart zueinander angeordnet sind, dass bei synchroner Drehung der Scheibenpaare die Kolbenstangen (7) periodisch mit den Kolben (6) in Kontakt kommen und die Takte Kompression und Arbeitsgang realisieren.Internal combustion engine without a crank and charge control mechanism, consisting of cylinders with pistons and piston rods, fuel lines with rotatable seals and injection pumps, characterized in that in a frame ( 1 ) two pairs of discs with rotatable upper discs ( 2 ) and lower discs ( 3 ) are kinematically connected to each other, wherein a pair of disks, the horizontally arranged cylinder ( 5 ) with pistons located therein ( 6 ) and a second pair of disks, the horizontally arranged piston rods ( 7 ) and the pairs of discs are arranged in such a way that, with synchronous rotation of the pairs of discs, the piston rods ( 7 ) periodically with the pistons ( 6 ) come into contact and the bars to realize compression and operation. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die synchrone Drehung der Scheibenpaare durch Zahnräder (13) realisiert wird.Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the synchronous rotation of the pairs of discs by gears ( 13 ) is realized. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachsen der Scheibenpaare um einen Abstand e gegeneinander versetzt angeordnet sind.Internal combustion engine according to claim 1, characterized that the axes of rotation of the pairs of discs offset by a distance e against each other are arranged. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zylinder (5) und jede Kolbenstange (7) je zwei Zapfen (4) aufweisen, die um einen Abstand e gegeneinander versetzt angeordnet sind.Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that each cylinder ( 5 ) and each piston rod ( 7 ) two pins ( 4 ), which are arranged offset by a distance e against each other. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die oberen und unteren Scheiben (2, 3) als Rotoren von Luftturbinen ausgebildet sind.Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the upper and lower discs ( 2 . 3 ) are designed as rotors of air turbines. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vier Zylinder (5) und vier Kolbenstangen (7) jeweils kreisförmig angeordnet sind.Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that four cylinders ( 5 ) and four piston rods ( 7 ) are each arranged in a circle. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf jedem Zylinder (5) eine Einspritzpumpe (9) angeordnet ist, welche mit einem an der Kolbenstange (7) angeordneten Stößel (11) zusammenwirkt.Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that on each cylinder ( 5 ) an injection pump ( 9 ) which is arranged with one on the piston rod ( 7 ) arranged plunger ( 11 ) cooperates.