DE102010063289A1

DE102010063289A1 - drive system

Info

Publication number: DE102010063289A1
Application number: DE201010063289
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2012-06-21
Also published as: WO2012080464A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebssystem 1, dass neben einer ersten Zweitakt-Brennkraftmaschine 2 mit einem linear geführten Kolben 3 eine weitere Zweitakt-Brennkraftmaschine 2 mit linear geführtem Kolben 3 aufweist. Dabei sind die Kolbenführungen der Zweitakt-Brennkraftmaschinen 2 alle parallel zueinander angeordnet. Die Arbeitstakte der einzelnen Zweitakt-Brennkraftmaschinen 2 sind so zueinander phasenverschoben, dass die aus den Kolbenbewegungen resultierenden Schwingungen des Antriebssystems 1 minimiert werden. Die Kolben 3 sind beweglich an eine Taumelscheibe 4 gekoppelt, die ihrerseits fest mit einer Triebwelle 5 verbunden ist. Durch diese Kopplung der linear geführten Kolben 3 an eine Taumelscheibe 4 wird die Translationsbewegung der Kolben 3 in eine Rotationsbewegung der Taumelscheibe 4 und der mit ihr fest verbundenen Triebwelle 5 umgewandelt.The present invention relates to a drive system 1 which, in addition to a first two-stroke internal combustion engine 2 with a linearly guided piston 3, has a further two-stroke internal combustion engine 2 with a linearly guided piston 3. The piston guides of the two-stroke internal combustion engines 2 are all arranged parallel to one another. The working cycles of the individual two-stroke internal combustion engines 2 are phase-shifted with respect to one another in such a way that the vibrations of the drive system 1 resulting from the piston movements are minimized. The pistons 3 are movably coupled to a swash plate 4, which in turn is firmly connected to a drive shaft 5. As a result of this coupling of the linearly guided pistons 3 to a swash plate 4, the translational movement of the pistons 3 is converted into a rotational movement of the swash plate 4 and the drive shaft 5 firmly connected to it.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebssystem mit einer Zweitakt-Brennkraftmaschine mit einem linear geführten Kolben.The present invention relates to a drive system with a two-stroke internal combustion engine with a linearly guided piston.

Aus der Literatur sind verschiedene Konzepte für Antriebssysteme bekannt, die eine lineare Kolbenführung aufweisen. So umfasst etwa ein Zweitakt-Freikolbenmotor in seiner einfachsten Bauweise lediglich ein bewegliches Element, nämlich einen Kolben. Da dieser nur eine lineare Bewegung ausführt, werden Energieverluste aufgrund von Reibung und Kräften die nicht parallel zur Kolbenachse wirken, minimiert. Der Begriff Kolbenachse bezeichnet hier und im weiteren Text stets die Kolbenlängsachse. Die geringe Anzahl an beweglichen, bzw. bewegten Elementen trägt ebenso zur Minimierung der Energieverluste und somit zur Steigerung der Effizienz bei. Aufgrund der geringen Anzahl an Verschleißteilen, erhöht sich bei dieser wartungsfreundlichen Art von Motor die Lebensdauer. Besonders vorteilhaft erweist sich dabei die Möglichkeit ein sehr kompaktes, kostengünstiges Antriebssystem zu konstruieren. Ein solcher Zweitakt-Freikolbenmotor ist auch als Stelzer-Motor bekannt und in der DE 3029287 beschrieben.From the literature various concepts for drive systems are known which have a linear piston guide. For example, a two-stroke free-piston engine in its simplest construction only comprises one moving element, namely a piston. Since this performs only a linear movement, energy losses due to friction and forces that do not act parallel to the piston axis are minimized. The term piston axis designates here and in the following text always the piston longitudinal axis. The small number of moving or moving elements also helps to minimize energy losses and thus increase efficiency. Due to the low number of wearing parts, the life of this maintenance-friendly type of motor increases. The possibility proves to be particularly advantageous to construct a very compact, cost-effective drive system. Such a two-stroke free-piston engine is also known as Stelzer engine and in the DE 3029287 described.

Ein Nachteil von Antriebssystemen basierend auf einem Zweitaktverfahren mit linearer Kolbenführung sind die aus den Kolbenbewegungen resultierenden Schwingungen des Antriebssystems. Der Impuls des Kolbens wird nämlich auf das Antriebssystem übertragen und versetzt dieses in Schwingungen. Derartige Schwingungen können zu starken Vibrationen und somit zu einer verstärkten Materialbelastung sowie einer erhöhten Lärmemission führen.A disadvantage of drive systems based on a two-stroke process with a linear piston guide are the vibrations of the drive system resulting from the piston movements. The momentum of the piston is transferred to the drive system and causes it to vibrate. Such vibrations can lead to strong vibrations and thus to an increased material load and increased noise emission.

Möchte man ein Antriebssystem wie das oben beschriebene beispielsweise zum Antrieb eines Autos verwenden, so muss die Translationsbewegung des linear geführten Kolbens längs der Kolbenachse möglichst verlustfrei in eine Rotationsbewegung umgewandelt werden. Diese Tatsache liegt in der Notwendigkeit begründet, dass zum Antrieb eines Autos üblicherweise eine Rotationsbewegung in Form der sich drehenden Räder notwendig ist. Diese Notwendigkeit besteht in analoger Weise auch für den Antrieb anderer Fortbewegungsmittel in ihrer üblichen Form wie beispielsweise Schiffe oder Helikopter aufgrund der Rotationsbewegung der Schiffschrauben bzw. Rotorblätter.If you want to use a drive system such as the one described above, for example, to drive a car, the translation movement of the linearly guided piston along the piston axis must be converted loss-free as possible in a rotational movement. This fact is due to the necessity that for driving a car usually a rotational movement in the form of the rotating wheels is necessary. This need exists in an analogous manner for the drive of other means of locomotion in their usual form such as ships or helicopters due to the rotational movement of the propellers or rotor blades.

Es wäre daher von Vorteil, wenn ein Antriebssystem basierend auf der Idee einer Zweitakt-Brennkraftmaschine mit linear geführtem Kolben zur Verfügung stünde, bei dem die aus der Translationsbewegung des Kolbens entstehenden Schwingungen des Antriebssystems minimiert sind. Darüber hinaus wäre es vorteilhaft, wenn die Translationsbewegung des Kolbens effizient in eine Rotationsbewegung umgewandelt würde.It would therefore be advantageous if a drive system based on the idea of a two-stroke internal combustion engine with a linearly guided piston were available, in which the oscillations of the drive system resulting from the translatory movement of the piston are minimized. In addition, it would be advantageous if the translational movement of the piston were converted efficiently into a rotational movement.

Ausgehend vom beschriebenen Stand der Technik wird diese Aufgabenstellung dadurch gelöst, dass für das Antriebssystem neben einer ersten Zweitakt-Brennkraftmaschine mit einem linear geführten Kolben mindestens eine weitere Zweitakt-Brennkraftmaschine mit einem linear geführten Kolben vorgesehen ist, wobei die Kolbenführungen der Brennkraftmaschinen parallel zueinander angeordnet sind. Die Arbeitstakte der einzelnen Brennkraftmaschinen sind dabei so zueinander phasenverschoben, dass die aus den Kolbenbewegungen resultierenden Schwingungen des Antriebssystems minimiert werden. Werden beispielsweise zwei Zweitakt-Brennkraftmaschinen verwendet, so sollten die beiden Kolben gegenphasig, d. h. um 180° zueinander phasenverschoben, bewegt werden.Based on the described prior art, this task is solved in that for the drive system in addition to a first two-stroke internal combustion engine with a linearly guided piston at least one further two-stroke internal combustion engine is provided with a linearly guided piston, wherein the piston guides of the internal combustion engines are arranged parallel to each other , The working cycles of the individual internal combustion engines are phase-shifted relative to one another such that the vibrations of the drive system resulting from the piston movements are minimized. For example, if two-stroke internal combustion engines are used, the two pistons should be out of phase, d. H. phase shifted by 180 ° to each other, to be moved.

Durch den Einsatz von mehr als einem linear geführten Kolben besteht die Möglichkeit, dass sich die Einzelimpulse der Kolben in ihrer Gesamtheit zu einem vernachlässigbaren Gesamtimpuls aufaddieren. In erster Näherung kann man davon ausgehen, dass die Kolbenbewegung näherungsweise durch ein Sinusschwingung beschrieben werden kann. Um nun beispielsweise für eine Anzahl N von baugleichen Kolben eine destruktive Interferenz der Sinusschwingungen zu erhalten, müssen die Sinusschwingungen der Kolben jeweils um ein ganzzahliges Vielfaches der Phase 360° / N zueinander verschoben sein. Genauer gesagt können die einzelnen Kolben in beliebiger Reihenfolge durchnummeriert werden, wobei der N-te Kolben gegenüber dem ersten Kolben um eine Phase von 360° / N–1 phasenverschoben sein muss. Eine derartige relative Phasenverschiebung zwischen den Schwingungen führt dazu, dass sich die Schwingungen in ihrer Summe aufheben, wenn sie überlagert werden. Als Resultat der eben beschriebenen Phasenverschiebung werden die Schwingungen des Antriebssystems minimiert, was zu einem ruhigen und verschleißarmen Laufen des Antriebssystems führt.By using more than one linearly guided piston, it is possible that the individual pulses of the pistons in their entirety add up to a negligible total impulse. In a first approximation, it can be assumed that the piston movement can be approximately described by a sine wave. In order to obtain a destructive interference of the sinusoidal oscillations, for example, for a number N of identical pistons, the sinusoidal oscillations of the pistons must each be an integer multiple of the phase 360 ° / N be shifted to each other. More specifically, the individual pistons may be numbered in any order, with the Nth piston being one phase out of phase with respect to the first piston 360 ° / N-1 has to be out of phase. Such a relative phase shift between the oscillations causes the oscillations to cancel each other out when they are superimposed. As a result of the phase shift just described, the oscillations of the drive system are minimized, resulting in quiet and low-wear running of the drive system.

Grundsätzlich wäre es möglich, die einzelnen Zweitakt-Brennkraftmaschinen unterschiedliche Elemente antreiben zu lassen. Insbesondere dann, wenn die Linearbewegung des Kolbens in eine Rotationsbewegung einer Triebwelle umgewandelt werden soll, empfiehlt es sich jedoch, dass die einzelnen Zweitakt-Brennkraftmaschinen dasselbe Element antreiben.In principle, it would be possible to drive the individual two-stroke internal combustion engines different elements. In particular, when the linear movement of the piston is to be converted into a rotational movement of a drive shaft, however, it is recommended that the individual two-stroke internal combustion engines drive the same element.

Um die Linearbewegungen der Kolben in eine Rotationsbewegungen zum Antrieb einer Triebwelle umwandeln zu können, ist daher nach einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Kolben der Zweitakt-Brennkraftmaschinen eine Taumelscheibe antreiben, die ihrerseits mit einer Triebwelle verbunden ist. Dabei ist die Taumelscheibenachse gegenüber der Triebwellenachse verkippt, so dass die Taumelscheibe, wenn in einer Richtung parallel zur Triebwellenachse eine Kraft auf die Taumelscheibe ausgeübt wird, diese der Kraft durch eine Rotationsbewegung ausweicht und dadurch einer Rotationsbewegung der Triebwelle bewirkt. Der Begriff Triebwellenachse bezeichnet hier und im weiteren Text stets die Triebwellenlängsachse.In order to be able to convert the linear movements of the pistons into rotational movements for driving a drive shaft, it is therefore provided according to a preferred embodiment that the pistons of the two-stroke internal combustion engines drive a swash plate, which in turn is connected to a drive shaft. It is the Swashplate axis tilted relative to the drive shaft axis, so that the swash plate, when in a direction parallel to the drive shaft axis, a force is exerted on the swash plate, this evades the force by a rotational movement and thereby causes a rotational movement of the drive shaft. The term drive shaft axis here and in the text always refers to the drive shaft longitudinal axis.

Durch die gekippte Anordnung der Taumelscheibe ist immer ein Bereich der Taumelscheibe einer Zweitakt-Brennkraftmaschine näher angeordnet als ein anderer Bereich der Taumelscheibe. Wird nun durch den Kolben eine Kraft auf den Bereich der Taumelscheibe ausgeübt, der näher an der Zweitakt-Brennkraftmaschine angeordnet ist, dreht sich die Taumelscheibe und damit die Triebwelle, bis der Kolben an einem Bereich der Taumelscheibe angreift, der weiter von der Zweitakt-Brennkraftmaschine entfernt ist.Due to the tilted arrangement of the swash plate is always a portion of the swash plate of a two-stroke internal combustion engine disposed closer than another portion of the swash plate. Now, if a force is exerted by the piston on the region of the swash plate, which is arranged closer to the two-stroke internal combustion engine, the swash plate and thus the drive shaft rotates until the piston engages a portion of the swash plate, which further from the two-stroke internal combustion engine is removed.

Bei einer solchen Ausführungsform mit Taumelscheibe ist es möglich die lineare Bewegung der gekoppelten Kolben mit nur geringen Verlusten in eine Rotationsbewegung umzuwandeln, die beispielsweise zum Antrieb der Räder eines Autos genutzt werden kann.In such a swash plate embodiment, it is possible to convert the linear movement of the coupled pistons into only a small amount of rotational movement, which can be used, for example, to drive the wheels of a car.

Da sich die Taumelscheibe zusammen mit der Triebwelle bewegt, sollte der Kolben beweglich mit der Taumelscheibe gekoppelt sein, so dass Taumelscheibe und Kolben relativ zueinander eine Rotationsbewegung durchführen können. Die Kolben können auf die Taumelscheibe Zug- oder Druckkräfte ausüben. Am besten sind die Kolben mit der Taumelscheibe derart gekoppelt, dass sie abwechselnd Zug- und Druckkräfte auf die Taumelscheibe ausüben können. Diese Zug- und Druckkräfte führen dazu, dass die Taumelscheibe und mit ihr die Triebwelle in Rotation versetzt werden. Die Ursache für diese Rotationsbewegung liegt in der Tatsache, dass die von den Kolben auf die Taumelscheibe ausgeübten Kräfte in eine senkrecht auf der Taumelscheibe stehende erste Kraftkomponente und eine zweite Kraftkomponente, die in der Taumelscheibenebene liegt, zerlegt werden können. Diese zweite Kraftkomponente ist es, die die Taumelscheibe in Rotation versetzt.As the swashplate moves together with the drive shaft, the piston should be movably coupled to the swashplate so that the swashplate and piston can rotate relative to each other. The pistons can exert tensile or compressive forces on the swash plate. Most preferably, the pistons are coupled to the swash plate so that they can alternately exert tensile and compressive forces on the swash plate. These tensile and compressive forces cause the swash plate and with it the drive shaft are set in rotation. The reason for this rotational movement lies in the fact that the forces exerted by the pistons on the swashplate can be decomposed into a first force component perpendicular to the swashplate and a second force component located in the swashplate plane. It is this second force component that causes the swashplate to rotate.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kolben über eine Kopplungsscheibe an die Taumelscheibe gekoppelt sind, wobei Kopplungsscheibe und Taumelscheibe relativ zueinander eine Rotationsbewegung um die Triebwellenachse durchführen können. Während daher die Taumelscheibe sich mit der Triebwelle dreht, wird sich die Kopplungsscheibe nicht drehen. In diesem Fall kann die Kopplungsscheibe die Taumelscheibe derart umgreifen, dass sie sowohl an der Vorder- als auch an der Rückseite der Taumelscheibe beweglich gelagert ist. Die Linearbewegung der Kolben führt zu einer Verkippung der Kopplungsscheibe relativ zur Triebwellenachse. Diese Verkippung der Kopplungsscheibe führt ihrerseits über die beidseitige, bewegliche Lagerung an die Taumelscheibe zu einer Rotationsbewegung derselben.In a further preferred embodiment it is provided that the pistons are coupled via a coupling disk to the swash plate, wherein the coupling disk and the swash plate can perform relative to each other a rotational movement about the drive shaft axis. Therefore, while the swash plate rotates with the drive shaft, the coupling disc will not rotate. In this case, the coupling disc can surround the swash plate such that it is movably mounted both on the front and on the rear side of the swash plate. The linear movement of the piston leads to a tilting of the coupling disc relative to the drive shaft axis. This tilting of the coupling disc in turn leads via the two-sided, movable support to the swash plate to a rotational movement thereof.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Kopplungsscheibe im wesentlichen teilkugelförmige Vertiefungen auf, in die die ballig ausgebildeten Enden der Kolben eingreifen. Eine derartige Verbindung zwischen den Enden der Kolben einerseits und der Kopplungsscheibe andererseits sorgt für eine effektive Kraftübertragung zwischen Kolben und Kopplungsscheibe.In a further preferred embodiment, the coupling disc has substantially part-spherical recesses, in which engage the convex ends of the piston. Such a connection between the ends of the piston on the one hand and the coupling disc on the other hand ensures effective power transmission between the piston and the coupling disc.

Besonders vorteilhaft wird diese Art der Kopplung, wenn die Kolbenenden von den Kopplungsscheiben im wesentlichen formschlüssig in den teilkugelförmigen Vertiefungen gehalten werden, so dass die Kolben bei einer Bewegung weg von der Kopplungsscheibe dieselbe mitnehmen, so dass durch den Kolben eine Zugkraft auf die Kopplungsscheibe aufgebracht werden kann.This type of coupling is particularly advantageous when the piston ends are held by the coupling discs substantially positive fit in the part-spherical recesses, so that the pistons in a movement away from the coupling disc take the same, so that a tensile force is applied to the coupling disc by the piston can.

Durch diese Maßnahme kann daher von allen Kolben sowohl eine Druck- als auch eine Zugkraft auf die Scheibe aufgebracht werden, wodurch das Antriebssystem effektiv ausgenutzt wird.By this measure, therefore, both a pressure and a tensile force can be applied to the disc of all the pistons, whereby the drive system is effectively utilized.

Für die Umwandlung der Translationsbewegungen in eine Rotationsbewegung ist es von Vorteil, wenn das Antriebssystem mindestens drei Kolben und damit auch mindestens drei Zweitakt-Brennkraftmaschinen aufweist, die ggf. über eine Kopplungsscheibe an die Taumelscheibe gekoppelt sind. Somit kann sichergestellt werden, dass sich in keiner Stellung der Taumelscheibe alle Kolben zugleich in einem Totpunkt befinden.For the conversion of the translational movements in a rotational movement, it is advantageous if the drive system has at least three pistons and thus also at least three two-stroke internal combustion engines, which are optionally coupled via a coupling disc to the swash plate. Thus, it can be ensured that in any position of the swash plate all pistons are at the same time in a dead center.

Unter Totpunkt ist hierbei eine Position des an die Kopplungsscheibe gekoppelten Kolbenendes zu verstehen, in der die für die Rotation der Taumelscheibe verantwortliche Kraftkomponente der vom Kolben auf die Taumelscheibe ausgeübten Kraft in der Taumelscheibenebene parallel zum Radius der Taumelscheibe gerichtet ist. Befinden sich alle Kolbenenden zugleich in einem solchen Totpunkt, führt dies dazu, dass keinerlei Rotationskraft auf die Taumelscheibe ausgeübt wird. Versucht man das Antriebssystem in einer derartigen Kolbenstellung zu starten, können die Kolben selbst unter beliebig großem Kraftaufwand nicht in Bewegung versetzt werden. Der Grund dafür liegt in der Tatsache, dass wegen der verhinderten Rotationsbewegung der Taumelscheibe über die oben beschriebene Kopplung auch die Translationsbewegung der Kolben unterbunden wird. Dieses Problem kann dadurch gelöst werden, dass die Anzahl der an die Taumelscheibe gekoppelten Kolben mindestens drei beträgt.By dead center, this is to be understood as meaning a position of the piston end coupled to the coupling disk, in which the force component responsible for the rotation of the swashplate, the force exerted by the piston on the swashplate, is directed in the swashplate plane parallel to the radius of the swashplate. Are all piston ends at the same time in such a dead center, this leads to the fact that no rotational force is exerted on the swash plate. If you try to start the drive system in such a piston position, the piston can not be set in motion even under any amount of force. The reason for this lies in the fact that because of the prevented rotation of the swash plate via the coupling described above, the translational movement of the piston is prevented. This problem can be solved in that the number of coupled to the swash plate piston is at least three.

Alternativ kann ein elektrischer Anlasser oder eine vergleichbare Vorrichtung vorgesehen sein, um die Triebwelle beim Startvorgang in Bewegung zu versetzen. Beim Einsatz einer solchen Vorrichtung wird eine Totpunktstellung der Kolben im Zuge des Anlassvorgangs vermieden. Unter dieser Voraussetzung ist es vorteilhaft, wenn möglichst eine gerade Anzahl von an die Taumelscheibe gekoppelten Kolben vorgesehen ist. In diesem Fall können die Schwingungen des Antriebs mit geringem technischen und somit finanziellen Aufwand minimiert werden, indem die Arbeitstakte jeweils zweier Brennkraftmaschinen um 180° zueinander phasenverschoben sind. Dadurch heben sich jeweils die Impulse der Kolben zweier Brennkraftmaschinen gegenseitig auf. Alternatively, an electric starter or a similar device may be provided to move the drive shaft during the starting process in motion. When using such a device a dead center position of the piston is avoided in the course of the starting process. Under this condition, it is advantageous if possible an even number of coupled to the swash plate piston is provided. In this case, the vibrations of the drive can be minimized with little technical and thus financial expense by the working cycles of two internal combustion engines are phase-shifted by 180 ° to each other. As a result, each of the pulses of the pistons of two internal combustion engines cancel each other.

Eine symmetrische Anordnung der Zweitakt-Brennkraftmaschinen um die Triebwellenachse führt dazu, dass alle Kolbenachsen denselben Abstand zur Triebwellenachse aufweisen können. Somit sind auch die Angriffspunkte der Kolbenenden an der Taumelscheibe bzw. der Kopplungsscheibe symmetrisch verteilt. Eine derartige Anordnung der Zweitakt-Brennkraftmaschinen bringt den Vorteil mit sich, dass auch die Krafteinwirkung auf die Taumelscheibe symmetrisch und somit gleichmäßig verteilt ist. Dies stellt zum einen ein möglich konstantes Drehmoment sicher, zum anderen wird dadurch garantiert, dass aufgrund der gleichmäßigen Krafteinwirkung die Belastung der Taumelscheibe möglichst gleichförmig erfolgt. Eine derartige gleichförmige Belastung der Taumelscheibe führt dazu, dass dauerhafte abschnittsweise Überbelastungen der Taumelscheibe vermieden werden und somit deren Lebensdauer erhöht wird.A symmetrical arrangement of the two-stroke internal combustion engine about the drive shaft axis leads to the fact that all piston axes can have the same distance to the drive shaft axis. Thus, the points of attack of the piston ends are distributed symmetrically to the swash plate and the coupling plate. Such an arrangement of the two-stroke internal combustion engine has the advantage that the force acting on the swash plate is distributed symmetrically and thus evenly. This ensures on the one hand a possible constant torque, on the other hand is guaranteed by the fact that due to the uniform force, the load of the swash plate is as uniform as possible. Such a uniform load of the swash plate causes permanent partial overloading of the swash plate are avoided and thus their life is increased.

Sind alle Zweitakt-Brennkraftmaschinen, die von dem Antriebssystem umfasst werden, baugleich, so bietet dies die Möglichkeit das gesamte Antriebssystem vollständig symmetrisch aufzubauen. Durch einen solchen symmetrischen Aufbau und mit ihm verbundene symmetrisch angreifende Kräfte wird sichergestellt, dass zum einen die Schwingungen des Antriebssystems effizient minimiert werden können und zum anderen einseitige Verschleißerscheinungen vermieden werden.If all two-stroke internal combustion engines, which are covered by the drive system, identical, so this offers the possibility to build the entire drive system completely symmetrical. Such a symmetrical structure and symmetrically acting forces connected to it ensure that, on the one hand, the vibrations of the drive system can be efficiently minimized and, on the other hand, one-sided signs of wear are avoided.

Ein Antriebssystem, dass mehrere an eine Taumelscheibe gekoppelte Zweitakt-Brennkraftmaschinen umfasst, besitzt die Eigenschaft, dass das von dem Antriebssystem aufgebrachte Drehmoment proportional zur Anzahl der vom Antriebssystem umfassten Zweitakt-Brennkraftmaschinen ist. Durch eine solche Konstruktion ist es möglich, dass mittlere Drehmoment vom Hub der Kolben, d. h. von der maximalen Wegstrecke, die die Kolbenenden längs der Kolbenachse zurücklegen können, zu entkoppeln. Eine solche Entkoppelung von Hub und Drehmoment erlaubt es selbst bei vergleichsweise kleinem Hub ein großes Drehmoment zu erzeugen. Ein geringer Kolbenhub erlaubt die Konstruktion von sehr kompakten Antriebssystemen.A drive system comprising a plurality of two-stroke internal combustion engines coupled to a swash plate has the characteristic that the torque applied by the drive system is proportional to the number of two-stroke internal combustion engines included in the drive system. By such a construction, it is possible that mean torque from the stroke of the piston, d. H. from the maximum distance that can cover the piston ends along the piston axis to decouple. Such decoupling of stroke and torque makes it possible to generate a large torque even with a relatively small stroke. A small piston stroke allows the construction of very compact drive systems.

Derartige Antriebssysteme können aufgrund des vergleichsweise großen mittleren Drehmoments auch in kleinem Drehzahlbereichen betreiben werden. Ein kleiner Drehzahlbereich bedeutet, dass pro Zeiteinheit nur eine geringe Anzahl an Verbrennungsvorgängen stattfindet. Somit sinkt der Verbrauch an Kraftstoff pro Zeit. Das Resultat ist ein sowohl in Hinblick auf seine Wirtschaftlichkeit wie auch seine Umweltfreundlichkeit vorteilhaftes Antriebssystems.Such drive systems can be operated in small speed ranges due to the comparatively large average torque. A small speed range means that only a small number of combustion processes take place per unit of time. Thus, the consumption of fuel decreases per time. The result is a propulsion system which is advantageous both in terms of its economy and its environmental friendliness.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform und der dazugehörigen Figuren. Es zeigen:Further advantages, features and possible applications will become apparent from the following description of an exemplary embodiment and the associated figures. Show it:

1 eine beispielhafte Ausführungsform eines Antriebssystems mit zwei über eine Kopplungsscheibe beweglich an eine Taumelscheibe gekoppelten Zweitakt-Brennkraftmaschinen, 1 an exemplary embodiment of a drive system with two via a coupling disc movably coupled to a swash plate two-stroke internal combustion engines,

2 eine Detailansicht der Kopplung der beiden Kolben an die Taumelscheibe aus 1. 2 a detailed view of the coupling of the two pistons to the swash plate 1 ,

Es versteht sich, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende genaue Beschreibung lediglich beispielhaft und illustrierend sind und eine weitere Erläuterung der beanspruchten Erfindung bereitstellen sollen.It should be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and illustrative only and are intended to provide further explanation of the claimed invention.

1 zeigt ein Antriebssystem 1, dass zwei an eine Taumelscheibe 4 gekoppelte Zweitakt-Brennkraftmaschinen 2 umfasst. Die Taumelscheibe 4 ist ihrerseits fest an eine Triebwelle 5 gekoppelt. Die Darstellung ist eine Querschnittsansicht eines Schnitts längs der beiden Kolbenachsen durch die Kolbenmittelpunkte. 1 shows a drive system 1 that two to a swash plate 4 coupled two-stroke internal combustion engines 2 includes. The swash plate 4 is in turn stuck to a drive shaft 5 coupled. The illustration is a cross-sectional view of a section along the two piston axes through the piston centers.

Die abgebildeten Zweitakt-Brennkraftmaschinen 2 umfassen jeweils einen linear geführten Mehrstufenkolben 3, der in der Mitte eine Scheibe 9 aufweist, die sich linear in einer Vorverdichtungskammer 10 mit dem Kolben 3 mitbewegt. Neben den Kolben 3 und der Vorverdichtungskammer 10 weisen die Zweitakt-Brennkraftmaschinen 2 jeweils zwei Brennkammern 11 auf. Diese Brennkammern 11 sind durch Überstromöffnungen 12 mit der Vorverdichtungskammer 10 verbunden.The pictured two-stroke internal combustion engines 2 each comprise a linearly guided multistage piston 3 with a disc in the middle 9 which extends linearly in a precompression chamber 10 with the piston 3 moved. Next to the pistons 3 and the precompression chamber 10 have the two-stroke internal combustion engines 2 two combustion chambers each 11 on. These combustion chambers 11 are through overflow openings 12 with the precompression chamber 10 connected.

Damit das zu verbrennende Luft-Treibstoff-Gemisch in die Zweitakt-Brennkraftmaschinen 2 gelangen kann, weist die Vorverdichtungskammer 10 eine Einlassöffnung 13 aus. Des Weiteren befinden sich an den Brennkammern 11 Auslassöffnungen 14, die über steuerbare Ventile 15 geöffnet und geschlossen werden können. Die Enden der Kolben 3 sitzen in Vertiefungen 8 einer Kopplungsscheibe 6. Diese Kupplungsscheibe 6 umgreift eine Taumelscheibe 4. Dabei ist die Kopplungsscheibe 6 auf der Vorder- und Rückseite der Taumelscheibe 4 beweglich gelagert. Die bewegliche Lagerung der Kopplungsscheibe 6 an die Taumelscheibe 4 erfolgt beispielsweise über Kugellager 16. Die Taumelscheibe 4 ist ihrerseits fest an eine Triebwelle 5 gekoppelt. Die Kolbenachsen weisen dabei den Abstand R zur Triebwellenachse auf. Werden die Kolben 3 infolge der Verbrennungsprozesse in den Brennkammern 11 längs der Kolbenachsen hin- und herbewegt, verkippen sie dabei die Kopplungsscheibe 6 relativ zur Triebwellenachse. Dieses Verkippen der Kopplungsscheibe 6 führt seinerseits zu einer Rotation der Taumelscheibe 4 aufgrund der beidseitigen, beweglichen Kopplung der Kopplungsscheibe 6 an die Taumelscheibe 4.So that the air-fuel mixture to be burned in the two-stroke internal combustion engines 2 can reach, has the precompression chamber 10 an inlet opening 13 out. Furthermore, are located at the combustion chambers 11 outlet 14 that have controllable valves 15 can be opened and closed. The ends of the pistons 3 sit in depressions 8th a coupling disc 6 , These clutch disc 6 surrounds a swash plate 4 , Here is the coupling disc 6 on the front and back of the swash plate 4 movably mounted. The movable mounting of the coupling disc 6 to the swash plate 4 takes place for example via ball bearings 16 , The swash plate 4 is in turn stuck to a drive shaft 5 coupled. The piston axes have the distance R to the drive shaft axis. Be the pistons 3 as a result of the combustion processes in the combustion chambers 11 along the piston axes reciprocated, they tilt while the coupling disc 6 relative to the drive shaft axis. This tilting of the coupling disc 6 in turn leads to a rotation of the swash plate 4 due to the bilateral, movable coupling of the coupling disc 6 to the swash plate 4 ,

Die Rotation der Taumelscheibe 4 erzwingt ihrerseits über die feste Kopplung an die Triebwellenachse 5 eine Rotation derselben. Diese rotierende Triebwelle 5 kann beispielsweise zum Antrieb der Rädern bei üblichen Ausführungsformen von Autos Anwendung finden.The rotation of the swash plate 4 in turn forces over the fixed coupling to the drive shaft axis 5 a rotation of the same. This rotating drive shaft 5 For example, can be used to drive the wheels in conventional embodiments of cars application.

In 2 wird eine Detailansicht aus der Querschnittsansicht von 1 gezeigt. Diese zweite Ansicht stellt im Detail die Kopplung der Kolben 3 an die Taumelscheibe 4 dar. Zu sehen sind die Enden 7 der Kolben 3, die in Vertiefungen 8 in der Kopplungsscheibe 6 sitzen. Ebenso gezeigt wird die Kopplungsscheibe 6 die den Rand der Taumelscheibe 4 derart umgreift, dass sie im Bereich des Randes der Taumelscheibe 4 auf der Vorder- und Rückseite derselben beweglich an dieselbe gelagert ist. Dabei erfolgt die bewegliche Lagerung beidseitig über Kugellager 16. Die Taumelscheibe 4 ist ihrerseits wiederum fest mit der Triebwelle 5 verbunden. Durch diese feste Verbindung wird die Rotation der Taumelscheibe 4 auf die Triebwelle 5 übertragen.In 2 is a detail view from the cross-sectional view of 1 shown. This second view details the coupling of the pistons 3 to the swash plate 4 You can see the ends 7 The piston 3 that in wells 8th in the coupling disc 6 to sit. Also shown is the coupling disc 6 the the edge of the swash plate 4 so embraces that they are in the area of the edge of the swash plate 4 on the front and back of the same is movably mounted on the same. The movable storage is done on both sides via ball bearings 16 , The swash plate 4 is in turn stuck with the drive shaft 5 connected. By this fixed connection, the rotation of the swash plate 4 on the drive shaft 5 transfer.

Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale und Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombination unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.For purposes of the original disclosure, it is to be understood that all such features as will become apparent to those skilled in the art from the present description, drawings, and claims, even if concretely described only in connection with certain other features, both individually and separately any combinations with other features and feature groups disclosed herein are combinable, as far as this has not been expressly excluded or technical conditions make such combination impossible or pointless. On the comprehensive, explicit representation of all conceivable combinations of features is omitted here only for the sake of brevity and readability of the description.

Während die Erfindung im Detail in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung dargestellt und beschrieben wurde, erfolgt diese Darstellung und Beschreibung lediglich beispielhaft und ist nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht, so wie er durch die Ansprüche definiert wird. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt.While the invention has been illustrated and described in detail in the drawings and the foregoing description, such illustration and description is exemplary only and is not intended to limit the scope of the protection as defined by the claims. The invention is not limited to the disclosed embodiments.

Abwandlungen der offenbarten Ausführungsformen sind für den Fachmann aus den Zeichnungen, der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen offensichtlich. In den Ansprüchen schließt das Wort ”aufweisen” nicht andere Elemente oder Schritte aus, und der unbestimmte Artikel ”eine” oder ”ein” schließt eine Mehrzahl nicht aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in unterschiedlichen Ansprüchen beansprucht sind, schließt ihre Kombination nicht aus. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht.Variations of the disclosed embodiments will be apparent to those skilled in the art from the drawings, the description and the appended claims. In the claims, the word "comprising" does not exclude other elements or steps, and the indefinite article "a" or "an" does not exclude a plurality. The mere fact that certain features are claimed in different claims does not exclude their combination. Reference signs in the claims are not intended to limit the scope of protection.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Antriebssystemdrive system
22: Zweitakt-BrennkraftmaschinenTwo-stroke internal combustion engines
33: Kolbenpiston
44: Taumelscheibeswash plate
55: Triebwelledrive shaft
66: Kopplungsscheibecoupling disk
77: Kolbenendepiston end
88th: Vertiefungdeepening
99: Scheibedisc
1010: Vorverdichtungskammerprecompression
1111: Brennkammercombustion chamber
1212: Überströmöffnungoverflow
1313: Einlassöffnunginlet port
1414: Auslassöffnungoutlet
1515: Steuerbares VentilControllable valve
1616: Kugellagerball-bearing

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 3029287 [0002] DE 3029287 [0002]

Claims

Antriebssystem (1) bestehend aus einer Zweitakt-Brennkraftmaschine (2) mit einem linear geführten Kolben (3), dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Zweitakt-Brennkraftmaschine (2) mit einem linear geführten Kolben (3) vorgesehen ist, wobei die Kolbenführungen der Zweitakt-Brennkraftmaschinen (2) alle parallel zueinander angeordnet sind und die Arbeitstakte der einzelnen Zweitakt-Brennkraftmaschinen (2) so zueinander phasenverschoben sind, dass die aus den Kolbenbewegungen resultierenden Schwingungen des Antriebsystems (1) minimiert werden.Drive system ( 1 ) consisting of a two-stroke internal combustion engine ( 2 ) with a linearly guided piston ( 3 ), characterized in that a further two-stroke internal combustion engine ( 2 ) with a linearly guided piston ( 3 ) is provided, wherein the piston guides of the two-stroke internal combustion engine ( 2 ) are arranged parallel to each other and the working cycles of the individual two-stroke internal combustion engines ( 2 ) are phase-shifted relative to one another in such a way that the vibrations of the drive system resulting from the piston movements ( 1 ) are minimized.

Antriebssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (3) an eine Taumelscheibe (4) gekoppelt sind, die ihrerseits fest mit einer Triebwelle (5) verbunden ist.Drive system ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the pistons ( 3 ) to a swash plate ( 4 ), which in turn are fixed to a drive shaft ( 5 ) connected is.

Antriebssystem (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (3) an die Taumelscheibe (4) über eine Kopplungsscheibe (6), die die Taumelscheibe (4) umgreift, gekoppelt sind, wobei die Kopplungsscheibe (6) an der Vorder- und Rückseite der Taumelscheibe (4) beweglich gelagert ist.Drive system ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the pistons ( 3 ) to the swash plate ( 4 ) via a coupling disk ( 6 ), which the swash plate ( 4 ) are coupled, wherein the coupling disc ( 6 ) at the front and back of the swash plate ( 4 ) is movably mounted.

Antriebssystem (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (7) der Kolben (3) in Vertiefungen (8) in der Kopplungsscheibe (6) anliegen.Drive system ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the ends ( 7 ) The piston ( 3 ) in wells ( 8th ) in the coupling disc ( 6 ) issue.

Antriebssystem (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (7) der Kolben (3) in einer Richtung parallel zur Kolbenachse formschlüssig mit der Kopplungsscheibe (6) verbunden sind.Drive system ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the ends ( 7 ) The piston ( 3 ) in a direction parallel to the piston axis form-fitting with the coupling disc ( 6 ) are connected.

Antriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssystem (1) mindestens drei, vorzugsweise aber eine gerade Anzahl an Zweitakt-Brennkraftmaschinen (2) aufweist, die jeweils einen Kolben (3) haben, der an die Taumelscheibe (4) gekoppelt ist.Drive system ( 1 ) according to one of claims 2 to 5, characterized in that the drive system ( 1 ) at least three, but preferably an even number of two-stroke internal combustion engines ( 2 ), each having a piston ( 3 ) to the swash plate ( 4 ) is coupled.

Antriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zweitakt-Brennkraftmaschinen (2) symmetrisch um die Triebwellenachse angeordnet sind, so dass alle Kolbenachsen den selben Abstand (R) zur Triebwellenachse aufweisen.Drive system ( 1 ) according to one of claims 2 to 6, characterized in that the two-stroke internal combustion engines ( 2 ) are arranged symmetrically about the drive shaft axis, so that all piston axes have the same distance (R) to the drive shaft axis.

Antriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Antriebssystem (1) umfassten Zweitakt-Brennkraftmaschinen (2) alle baugleich sind.Drive system ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the drive system ( 1 ) comprised two-stroke internal combustion engines ( 2 ) are all identical.

Antriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem Antriebssystem (1) aufgebrachte mittlere Drehmoment proportional zur Anzahl der vom Antriebssystem (1) umfassten Zweitakt-Brennkraftmaschine (2) ist.Drive system ( 1 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that that of the drive system ( 1 ) applied mean torque proportional to the number of the drive system ( 1 ) included two-stroke internal combustion engine ( 2 ).