DE1751548A1 - Device on internal combustion engines - Google Patents

Description

Einrichtung an Verbrennungsmotoren Die Erfindung betrifft eine Einrichtung bei Verbrennungsmotoren, insbesondere bei grossen Schiffsdieselmotoren, bei welchen die übliche Kurbelwelle durch eine Nockenscheibe ersetzt ist, gegen welche eine am Ende der Kolbenstange angebrachte Rolle anliegt um die im Motorzylinder entwickelten Kräfte auf eine Antriebswelle zu übertragen. Device on internal combustion engines The invention relates to a device in internal combustion engines, especially in large marine diesel engines, in which the usual crankshaft is replaced by a cam disk against which a roller attached to the end of the piston rod rests in order to transmit the forces developed in the engine cylinder to a drive shaft.

Um die heutzutage geforderten Leistungen grosser Schiffsdieselmotoren zu erzielen, war man gezwungen, die Abmessungen zu vergrössern. Dies bewirkt, dass der Maschinenraum sowohl in Längsrichtung wie an Höhe beträchtlichen Platz bear4#esprucht Nachteili& wirken sich ferner das groese Gewicht und Volumen verschiedener Einheiten des Motors aus. Eine der Ursachen hierfür ist die geringe Drehzahl, die nötig i st, um eine Schiffsschraube unmittelbar an die Abtriebswelle des Motors ankuppeln zu können, da man Untersetzungen wie Vorgelege, sonstige Untersetzungsgetriebe oder.hydraulische Kupplungen möglichst vermeidet, da sie teuer sind und auch den Wirkungsgrad des Schiffsantriebs verringern.About the performance of large marine diesel engines required today to achieve, one was forced to enlarge the dimensions. This causes the engine room takes up considerable space both lengthways and height Another disadvantage is the great weight and volume different Units of the engine. One of the reasons for this is the low speed, which It is necessary to attach a propeller directly to the output shaft of the engine To be able to couple, since you have reductions such as countershafts, other reduction gears oder.hydraulische couplings as possible, since they are expensive and also the Reduce the efficiency of the marine propulsion system.

Bei Motoren mit,Nockenscheibe anstatt von Kurbeln erhält man ohne irgendein sonstiges Getriebe eine Drehzahlverringerung der Antriebswelle, und zwar um.einen Faktor Rleich . der Anzahl Nocken auf der Nockenscheibe, !iuf welche die Kolbenstange jedes zugehörigen Zylinders einwirkt..Bei Z'.B. drei.Nocken bewegt sich der Kolben bei jeder vollen Umdrehung der Welle dreimal auf und ab, weshalb der-Hubraum des Motors im Vergleich mit einem herkömmlichen Motor gleicher Leistung und Drehzahl der abgehenden Welle erheblich geringer sein kann, es sei denn, man erhöht anstatt dessen bei gleichem Hubraum die Notorleistung entsprechend.In motors with a cam disc instead of cranks, the drive shaft speed is reduced by a factor of Rleich without any other gear . the number of cams on the cam disk, on which the piston rod of each associated cylinder acts. three cams, the piston moves up and down three times for each full revolution of the shaft, which is why the displacement of the motor can be considerably lower compared to a conventional motor of the same power and speed of the outgoing shaft, unless you increase it instead with the same cubic capacity the notor power accordingly.

Jedoch treten auch bei Motoren dieser Art Probleme auf. Da die genannte Rolle durch die Nocken nicht zwangsgesteuert wird, kann bei einem mehrzylindrigen Motor ein Zylinder,nur in Betrieb genommen werden, wenn besondere Massnahmen getroffen werden, damit die Kobenstange mitsamt dem Kolben sich im Zylinder synchron-mit der Notordrehzahl auf und.ab bewegt. Zu die Zylinder paarweise in diesem Zweck wurde vorgeschlagen) V.Form anzuordnen und die hin- und hergehenden Kolbenstangen jedes einzelnen Zylinderpaars durch ein um eIne Achse popdelndes Glied von der Art einen Jochn oder ßchvinge miteinander zu 4ppeln. Hierdurch wird die Bewegung der Rolle durch die Kolbenstange und durch die Pendelbewegungen der Schwinge zwangsweise bestimmt. Hierbei ist es aber nötig, den beiden Rollen jedes Zylinderpaares getrennte Nockenbahnen zuzuordnen,_ da die Hubbewegungen der beiden Rollen in Bezug aufeinander pha3e,-,iverschoben sind und-die beiden Rollen trotzdem ständig 9,egen die Nockenscheibe anliegen müssen.However, there are also problems with motors of this type. Since the cams do not positively control the mentioned role, a cylinder in a multi-cylinder engine can only be put into operation if special measures are taken so that the piston rod together with the piston in the cylinder moves up and down synchronously with the engine speed . For this purpose it was proposed to arrange the cylinders in pairs, and to connect the reciprocating piston rods of each individual cylinder pair with one another by a link of the type of a yoke or ßchvinge that pops around an axis. As a result, the movement of the roller is forcibly determined by the piston rod and by the pendulum movements of the rocker. In this case, however, it is necessary to assign separate cam tracks to the two rollers of each cylinder pair, since the lifting movements of the two rollers are shifted in relation to one another and the two rollers still have to be in constant contact with the cam disk.

Bei Motoren, wo die Kolbenstange nur eine geradlinige Bewegung ausführen, müssen Einrichtungen zur Aufnahme der Seitendruckkräfte enthalten.In engines where the piston rod only moves in a straight line, must contain devices to absorb the lateral pressure forces.

Die Erfindung ermöglicht eine Verbesserung der bisher bekannten Einrichtungen bei den oben erwähnten V-Motoren, und zwar im wesentlichen dadurch, dass jede der beiden Kolbenstangen mit seitlich abstehenden Teilen, wie z.B. Nasen, versehen sind" die in Führungen am Motorgehäuse laufen um die seitlichen Kräfte der Kolbenstange aufzunehmen, und ferner dadurch dass die Enden der Schwinge gegabelt sind, wobei die einander zugekehrten Flächen Jeder Gabeln als Abwälzflächen für eine an jeder Nas-e o.ä. jedes Paares vorgesehene zylindrische Fläche ausgebildet sind, um eine Abnutzung der betreffenden Flächen.zu vermeiden.The invention enables the previously known devices to be improved in the above-mentioned V-engines, essentially in that each of the both piston rods are provided with laterally protruding parts, such as lugs " which run in guides on the motor housing around the lateral forces of the piston rod receive, and further in that the ends of the rocker are forked, wherein the facing surfaces of each forks as rolling surfaces for one on each Nas-e or the like of each pair of provided cylindrical surfaces are formed to a Avoid wear and tear on the surfaces concerned.

Anhand anliegender Zeichnungen wird ein erfindungsgemässes Ausführungsbeispiel näher beschrieben.An exemplary embodiment according to the invention is illustrated with the aid of the accompanying drawings described in more detail.

Abb. 1 der Zeichnung ist ein querschnitt des mit Nocken-Scheibe versehenen Motors. Abb. 2 ist eine TeiNansicht,in Richtung II-II nach Abb. 1. Abb. 3 zeigt schematisch in Richtung III-III nach Abb. 2 eine pandelnde Schwinge, welche die Kolbenstangen zweier in V-Form zueinander stehenden Motorzylinder miteinander verbindet. Abb. )+ istEkne Ansicht wie Abb. 3, jedoch bei anderer Stellung der Schwinge.Figure 1 of the drawings is a cross-section of the cam-disc engine. Fig. 2 is a partial view, in the direction II-II according to Fig. 1. Fig. 3 shows schematically in the direction III-III according to Fig. 2 a swinging rocker which connects the piston rods of two V-shaped engine cylinders. Fig.) + Is a view like Fig. 3, but with the swing arm in a different position.

Der erfindungsgemässe Motor ist ein V-Motor mit mehreren paarweise angeordneten Zylindern, wobei der Winkel zwischen den Zylinderreihen von der Anzahl der Nocken auf der Motorwelle abhängig ist.,Beim dargestellten Zweitaktmotor ist in einem Lageerahmen 1 eine mit einer Nockenscheibe 3 versehene Motorwelle 2 gelagert. Die Nockenscheibe 3 besitzt drei gleichwinklig verteilte Nocken 4 für jedes auf einem Gehäuse 5 dintiertes Zylinderpaar 6772 wobei die Zylinderreihen einen Winkel von 600 miteinander bilden. Jeder Zylinder 6,7 enthält einen hin- und herbeweglichen Koiben 8 und ist mit üblichem Zubehör ausgerüstet wie m-inspritzvorrichtung für Treibstoff, ferner Ventile, Abgasauslässe, Ventilnockenwellen und -getriebe, Anlasser usw. An jedem Kolben 8 ist eine Kolbenstange 9 starr befestigt, deren freies Ende gegabelt und mit einer Rolle 10 in der Gabelung versehen ist wobei die Rolle auf einer sich durch die Gabelschenkel erstreckenden festen Achse 11 gelagert ist. Um ein Eindringen von Verbrennungsprodukten in das Gehäuse 4 einwandfrei zu verhindern, läuftdie Kolbenstange in bekannter Weise in Dichtungen 12. Die Kolben 8 mit ihrer Kolbenstange 9 und Rolle 10 bewegen sich in dikn Zylindern 6 und 7 auf und ab, wobei die Aufwärtsbewegung im Zylinder durQh die umlaufende Nockenscheibe 3 erzeugt wird, während die Abwärtsbewegung beim Arbeitshub durch den Druck der Verbrennungsgase im Zylinder erzeugt wird. Damit bei dieser gegenseitigen Kraftübertragung kein Schlagen oder Stossen auftreten kann, muss die Rolle 10 der Lauffläche des 'Nockens 4 genau folgen, weshalb plötzliche Richtungsänderung dieser Lauffläche zu vermeiden sind. Die Nockenform ist daher vorzugsweise so gewählt, dass der Krümmungshalbmesser des Nockenscheitels etwa 50 % grösser ist als der Halbmesser der Rolle 10, und dass die Beschleunigungskennlinie des Rollenmittelpunktes zwischen den beiden Umkehrstellungen gleichmässig und ste#ig ist.The inventive engine is a V-type engine having a plurality of pairs of cylinders, wherein the angle between the cylinder rows of the number of lobes on the motor shaft is dependent. In the illustrated two-stroke engine in a Lageerahmen 1 a provided with a cam disk 3 Motor shaft 2 is mounted. The cam disk 3 has three equally angularly distributed cams 4 for each cylinder pair 6772 dinted on a housing 5, the cylinder rows forming an angle of 600 with one another. Each cylinder 6, 7 contains a reciprocating piston 8 and is equipped with the usual accessories such as m-injection device for fuel, valves, exhaust outlets, valve camshafts and gears, starters, etc. A piston rod 9 is rigidly attached to each piston 8, the free end of which is forked and provided with a roller 10 in the fork, the roller being mounted on a fixed axle 11 extending through the fork legs. In order to prevent combustion products from penetrating into the housing 4, the piston rod runs in a known manner in seals 12. The pistons 8 with their piston rod 9 and roller 10 move up and down in the cylinders 6 and 7 , the upward movement in the cylinder durQh the rotating cam disk 3 is generated, while the downward movement on the working stroke is generated by the pressure of the combustion gases in the cylinder. So that no knocking or jolting can occur with this mutual force transmission, the roller 10 must follow the running surface of the cam 4 exactly, which is why sudden changes in direction of this running surface are to be avoided. The cam shape is therefore preferably chosen so that the radius of curvature of the cam apex is approximately 50 % larger than the radius of the roller 10, and that the acceleration characteristic of the roller center point between the two reversal positions is uniform and steady.

Die im Zylinder 6 entwickelte Kraft wird vom Kolben 8 und der Kolbenstange 9 auf die Rolle 10 übertragen, wo sie in eine Längskomponente in Richtung der Zylindermittellinie und in eine Querkomponente aufgeteilt wird. Erfindurgsgemäss wird diese Querkomponente Aurch z.B. an der Wand des Gehäuses 5 angebrachte Führungen 13 aufgenommen, in denen Nasen 14 an den Enden der die Rolle 10 tragenden Achse 11 laufen.The force developed in the cylinder 6 is transmitted from the piston 8 and the piston rod 9 to the roller 10 , where it is divided into a longitudinal component in the direction of the cylinder center line and a transverse component. According to the invention, this transverse component is accommodated by guides 13 attached, for example, to the wall of the housing 5 , in which lugs 14 run at the ends of the axle 11 carrying the roller 10 .

In Richtung,der Motorwelle 2 ist im Gehäuse 5 ein Achsstummel 15 eingesetzt,-auf welchem eine die beiden Kolbenstangen gelenkig miteinander verbindende Schwinge 16 in Form eines zweiarmigen Winkelhebels drehbar gelagert ist. Diese Schwinge 16 dient dazu, die Bewegungen der beiden Kolbenstangen 9 miteinander zu synchronisieren und im jeweils vorkommenden Falle die Bewegung von der einen Kolbenstange auf die andere zu übertragen. Da der Drehpunkt der Schwinge 16 fest ist und die Bewegung der Kolbenstange 9 geradlinig ist, muss die Länge der Verbindung zwischen Schwinge und Kolbenstange veränderlich sein, weshalb die beiden Enden der Schwinge 16 gegabelt sind, wobei die einander zugekehrten Innenflächen 18 der beiden Schenkel jeder Gabel 17 über zylindrisch gewölbte Randflächen 19 der Nase 14 übergreifen. Die Nase 14 hat ferner ebene seitliche Führungsflächen 20, mit denen sie in einer Nut in der Führung 13 läulft.t' Aus naheliegenden Gründen sollte ein gegenseitiges Gleiten der Randfläche 19 und der Führungsfläche 18 der Gabel 17 bei belastetem Berührungspunkt nach-Möglichkeit vermieden werden. Der Krümmungshalbmesser der Randfläche 19 sollte daher so gewählt werden, dass beim Arbeitshub des Kolbens 8 (Bewegung in Richtung Nockenwelle) die Nase 14 während des ersten Teils der Hubbewegung sich auf der unter-en Führungsfläche 18 der Gabel abwälzt und während des zweiten Teils der Bewegung auf der oberen Führungsfläche 18, wodurch erreicht,wird, dass während dieser gesamten Hubbewegung kein Gleiten auftritt. Die Nase 14 an der Kolbenstange des zweit'en Kolben.s, dessen Verdichtungshub gleichzeitig mit dem Arbeitshub des ersten Kolbens erfolgt,'weshalb der Kolben vom erstgenannten Kolben über die Schwinge 16 zwangsgesteuert wird, gleitet daher während des ersten Teils der Hubbewegung auf der unteren Führungsfläche 18 der Gabel und wälzt sich.während des zweiten Teils der Hubbewegung an der oberen Führungsfläche 18 der Gabel ab. Die Berührung zwischen der Nase 14 und der Schwinge 16 erfolgt daher im 'wesentlichen während der Abwälzung, wodurch das Schmierproblem vereinfacht wird und ein höherer Berührungsflächendruck zugelassen werden kann.In the direction of the motor shaft 2, a stub axle 15 is inserted in the housing 5 , on which a rocker arm 16 in the form of a two-armed angle lever, which connects the two piston rods to one another in an articulated manner, is rotatably mounted. This rocker arm 16 is used to synchronize the movements of the two piston rods 9 with one another and to transmit the movement from one piston rod to the other in each case. Since the pivot point of the rocker 16 is fixed and the movement of the piston rod 9 is straight, the length of the connection between the rocker and the piston rod must be variable, which is why the two ends of the rocker 16 are forked, with the facing inner surfaces 18 of the two legs of each fork 17 overlap over cylindrically curved edge surfaces 19 of the nose 14. The nose 14 also has flat lateral guide surfaces 20 with which it runs in a groove in the guide 13. For obvious reasons, mutual sliding of the edge surface 19 and the guide surface 18 of the fork 17 should be avoided if possible when the contact point is loaded. The radius of curvature of the edge surface 19 should therefore be chosen so that on the working stroke of the piston 8 (movement in the direction of the camshaft) the nose 14 rolls on the lower guide surface 18 of the fork during the first part of the stroke movement and during the second part of the movement on the upper guide surface 18, as a result of which it is achieved that no sliding occurs during this entire lifting movement. The nose 14 on the piston rod of the second piston, whose compression stroke takes place simultaneously with the working stroke of the first piston, which is why the piston is positively controlled by the first piston via the rocker 16 , therefore slides on the lower one during the first part of the stroke movement Guide surface 18 of the fork and rolls off during the second part of the lifting movement on the upper guide surface 18 of the fork. The contact between the nose 14 and the rocker 16 therefore takes place essentially during the rolling off, whereby the lubrication problem is simplified and a higher contact surface pressure can be permitted.

Der dargestellte Motor ist umsteuerbar, weshalb die Arbeits- und Verdichtungshubbahnen der Nocken )+ symmetrisch sind. Bei nicht umsteuerbaren Motoren können die Laufbahnen der Nocken unsymmetrisch sein um erwünschte Betriebseigenschaften zu erbeben. Die Zylinder, Zubehör.und Antriebe hierfür sind im wesentlichen ebenso ausgeführt wie bei herkömmlichen Motoren ähnlicher Art. Beispielsweise können'die Kraftübertragungen der Steuerachsen der. Ventile und Einspritzpumpen von der Motorwelle 2 über Ketten- oder Zahnradgetriebe angetrieben werden. wobei die Übersetzung selbstverständlich entsprechend der Anzahl Nocken der Nockenscheibe 3 zu wählen ist. Die Anzahl Zylinderpaare ist beliebig wählbar bis zu etwa 15 Paaren, und die Motorwelle 2 ist dementsprechend zu bemessen.The motor shown can be reversed, which is why the working and compression stroke paths of the cams) + are symmetrical. In the case of motors that cannot be reversed, the cam tracks can be asymmetrical in order to shake the desired operating properties. The cylinders, accessories and drives for this are essentially designed in the same way as in conventional engines of a similar type. Valves and injection pumps are driven by the motor shaft 2 via chain or gear drives. The translation must of course be selected according to the number of cams on the cam disk 3 . The number of cylinder pairs can be freely selected up to about 15 pairs, and the motor shaft 2 is to be dimensioned accordingly.

Der erfind.ungsgemässe Motor erzeugt bedeutend schwächere Sc'#wingungen als ein herkömmlicher Motor gleicher Zylinderzahl uyid geringere periodische Drehmomentschwankungen der Motorwelle.The motor according to the invention generates significantly weaker oscillations than a conventional engine with the same number of cylinders and less periodic torque fluctuations the motor shaft.

Claims (3)

Patentans«prüche 1. Einrichtung bei Verbrennungsmotoren, die als V-Motor@n--ggbaut sin --dy-WO-J-ade-Kal-benstange---#-9-)--an---ihr-em--fr-ei-en-Ende eine Rolle (10) trägty die mit einer auf einer Welle (2) « angebrachten Nockenscheibe (3) zusammenwirkt, wobei die Bewegungen der beiden, zu ein und demselben Zylinderpaar gehörenden Kolbenstangen (9) durch eine-um eine feste Achse (15) drehbare Schwinge (16) synchronisiert werden und Jede Kolbenstange (9) mit dem zugehöitgen beweglichen Kolben (8) des jeweiligen Zylinders (6,7) ungelenkig fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass 'jede Kolbenstange mit seitlichen Vorsprüngen wie z.Claims 1. Device for internal combustion engines, which as V-Motor @ n - ggbaut sin --dy-WO-J-ade-Kal-benstange --- # - 9 -) - to --- your-em --fr-ei-en-end a roller (10) trägty which cooperates with a mounted on a shaft (2) «cam disc (3), wherein the movements of the two to one and the same pair of cylinders associated piston rods (9) by a -About a fixed axis (15) rotatable rocker (16) are synchronized and each piston rod (9) is rigidly connected to the associated movable piston (8) of the respective cylinder (6,7) , characterized in that 'each piston rod with lateral projections such. B, Nasen (1)+) versehen ist, die in Führungen (13) laufen um die Seitenkräfte der Kolbenstange (9) aufzunehmen, und dass die Enden (17) der Schwinge (16) gegabelt sind und mit ihren einande#v zugekehrten Gabelschenkelflächen (18)-Abwälzbahnen für zylindrische Flächen (19) auf den Vorsprüngen der Kolbenstangen bilden um verschleissende Gleitreibung zu vermeiden.' 2. B, lugs (1) +), which run in guides (13) to absorb the lateral forces of the piston rod (9) , and that the ends (17) of the rocker (16) are forked and with their fork leg surfaces facing one another (18) -form rolling tracks for cylindrical surfaces (19) on the projections of the piston rods in order to avoid wear-and-tear sliding friction. ' 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Vorsprünge (14) an den Enden der die Rolle -(10-)--tragenden Achse (11)-Vätgesehen oder aus diesen Enden gebildet werden. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungshalbmesser des Scheitels jedes Nockens der*Nockenscheibe (3) etwa 50 % grösser ist als der Halbmesser der Rolle (10), Device according to Claim 1, characterized in that the said projections (14) are seen at the ends of the axle (11) supporting the roller (10) or are formed from these ends. 3. Device according to claim 1, characterized in that the radius of curvature of the apex of each cam of the * cam disk (3) is about 50% larger than the radius of the roller (10),