DE2042632A1 - Piston engine - Google Patents
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Description
Motorenfabrik Hatz G.m.b.H. 25.8.1970Motorenfabrik Hatz G.m.b.H. August 25, 1970
Rulistorf "b/Passau H 35Rulistorf "b / Passau H 35
KolbenmaschinePiston engine
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenmaschine, insbesondere Verbrennungskraftmaschine, mit mindestens einem Kolbenpaar und einer diesem zugeordneten Abtriebswelle, wobei zur Bewegungsübertragung zwischen Kolben und Abtriebswelle auf der letzteren mindestens ein Nokkenpaar mit diametral gegenüberliegenden, mit je einem Kolben zusammenarbeitenden Nocken vorgesehen ist.The invention relates to a piston machine, in particular an internal combustion engine, with at least a pair of pistons and an output shaft associated therewith, for the transmission of motion between pistons and output shaft on the latter at least one pair of cams with diametrically opposite, each with one Piston cooperating cam is provided.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine solche Rückholanordnung für die Kolben zu schaffen, die eine Anwendung von für alle Drehzahlen ausreichend starken Rückholfedern bei minimaler Raumbeanspruchung gewährleistet, mit einfachen und wirtschaftlich herstellbaren Elementen ausgerüstet ist und sowohl bei Verbrennungsmasehihen mit Zweitakt-oder Viertakt-Arbeitsweise als auch bei anderen Kolbenmaschinen verwendet werden kann.It is an object of the present invention to provide such a return arrangement for the pistons, which one Use of sufficiently strong for all speeds Return springs guaranteed with minimal space requirements, is equipped with simple and economically producible elements and both with combustion masses can be used with two-stroke or four-stroke operation as well as with other piston engines can.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß seitlich und parallel zu der Kolbenachse mindestens eine Rückholfeder zwischen zwei beweglich geführten Pedertellern angeordnet ist, und daß jedem Kolben mindestens ein Rückstellhebel zugeordnet ist, welcher imThis object is achieved in that laterally and parallel to the piston axis at least a return spring between two movably guided Peder plates is arranged, and that each piston is assigned at least one reset lever, which in
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Maschinengehäuse gelagert ist und sich einerseits auf dem Federteller sowie andererseits am Kolben abstützt.Machine housing is mounted and on the one hand the spring plate and on the other hand on the piston.
Eine vorteilhafte und für Massenherstellung geeignete Gestaltung der Elemente ergibt sich bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung dadurch, daß am Kolben ein Querstift befestigt ist, auf dem ein Arm des als !lachteil ausgebildeten Rückstellhebels aufliegt.An advantageous design of the elements that is suitable for mass production is obtained in a particular embodiment of the invention in that a transverse pin is attached to the piston, on which an arm of the reset lever, which is designed as a small part, rests.
Bei Kolbenmaschinen, bei welchen jeder Kolben eine Laufrolle trägt, die mit dem Nockenpaar der Abtriebswelle zusammenarbeitet, ist es gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung zweckmäßig, zwei gleiche, zueinander parallel versetzte Druckfedern als Rückholfedern vorzusehen und an jedem Kolben zwei, zur Kolbenachse spiegelbildlich liegende Rückstellhebel angreifen zu lassen.In the case of piston machines, in which each piston carries a roller which cooperates with the pair of cams of the output shaft, it is according to another exemplary embodiment According to the invention, it is expedient to provide two identical compression springs offset in parallel to one another as return springs and two on each piston to the piston axis to attack mirror-inverted reset levers.
h Eine besonders einfache Fertigung und Montage der h A particularly simple production and assembly of the
Elemente wird gemäß einer weiteren Gestaltung der Erfindung dadurch erreicht, daß die beiden einer Rückholfeder zugeordneten Pederteller in einer im Gehäuse festsitzenden Zylinderhülse geführt sind, in deren Innern die Rückholfeder angeordnet ist.Elements is achieved according to a further embodiment of the invention in that the two of a return spring assigned Pederteller are guided in a cylinder sleeve that is firmly seated in the housing, in the interior thereof the return spring is arranged.
Bei Anwendung des ErfindungsgegenstandeB an einer Zweitakt-Verbrennungskraftmaschine mit Zylinderspülung über einen gemeinsamen Spülraum, ergibt sich eine bevor- When using the subject matter of the invention on a two-stroke internal combustion engine with cylinder scavenging via a common washing chamber, there is a preferred
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zugte Ausführungsform der Erfindung dadurch., daß die Außenseite eines jeden Federtellers dem Spülraum zugewandt ist, sodaß die beiden einer Rückholfeder zugeordneten Federteller eine Spülpumpe bilden.Preferred embodiment of the invention in that the The outside of each spring plate faces the washing chamber, so that the two are assigned to a return spring Spring plate form a flushing pump.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird eine vorteilhafte Anordnung der Elemente dadurch sichergestellt, daß der Rückstellhebel in seinem Mittelbereich eine Umfangsansenkung aufweist, mit der er sich, unter Wirkung der Rückholfeder an einem gehäusefesten. Stift lose abstützt.According to a further feature of the invention, an advantageous arrangement of the elements is ensured by that the reset lever has a circumferential countersink in its central area, with which it is, under Effect of the return spring on a housing fixed. Pen loosely supported.
In der nachstehenden Beschreibung ist ein: Ausfüh- , rungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigen :In the description below is a: Execution, Example of the invention explained with reference to a drawing. Show it :
Fig.1 die Kolbenmaschine im Längsschnitt, undFig. 1 the piston engine in longitudinal section, and
Fig.2 einen Querschnitt nach Linie II/II2 shows a cross section along line II / II
der Fig.1of Fig. 1
Das«dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Kolbenmaschine, die als eine zweizylindrige Zweitakt-Verbrennungskraftmaschine bekannter Arbeitsweise ausgebildet ist. In einem Zylinderblock 1 sind zwei diametral gegenüberliegende Zylinderbohrungen 1a, Ib eingearbeitet, während in der Mitte ein Innenraum 1c vorgesehen ist. Eine Abtriebswelle 2 ist mittels nicht dargestellter Lager achsmittig gelagert und zum Antreiben einesThe «illustrated embodiment shows a piston engine, designed as a two-cylinder two-stroke internal combustion engine known mode of operation is. In a cylinder block 1, two diametrically opposed cylinder bores 1a, Ib are incorporated, while an inner space 1c is provided in the middle is. An output shaft 2 is mounted in the center of the axis by means of bearings (not shown) and is used to drive a
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"beliebigen nicht dargestellten Aggregats eingerichtet. Es sind an sich "bekannte Dichtungsmittel vorgesehen, welche den Innenraum 1c nach außen abschließen. Am Umfang der Zylinder sind in bekannter Weise Kühlrippen angebracht, während stirnseitig jeweils ein Zylinderkopf 7a,7b am Block 1 befestigt ist. In jedem Zylinderkopf ist eine Zündkerze 8a, 8b handelsüblicher Art befestigt. An der einen Schmalseite 1f des Blockes ist ein den Vergaser 9 und die Ansaugklappe 10 tragender Deckel 11 anhand einiger Schrauben befestigt. Ton der Abtriebswelle 2 wird auch der rotierende Teil eines an sich bekannten, nicht dargestellten elektromagnetischen Zündverteilers angetrieben, an dessem Umfang zusätzlich einige als Kühlluftgebläse wirkende Leitschaufeln zum Kühlen der Zylinder ausgebildet sind."any aggregate, not shown, set up. Sealing means known per se are provided, which close the interior 1c to the outside. On the circumference of the cylinder there are cooling fins in a known manner attached, while a cylinder head 7a, 7b is attached to the block 1 at the front. In every cylinder head a spark plug 8a, 8b of a commercially available type is attached. On one narrow side 1f of the block a cover 11 carrying the carburetor 9 and the intake flap 10 is fastened by means of a few screws. Tone of Output shaft 2 is also the rotating part of an electromagnetic, not shown, known per se Distributor driven, in addition to its scope some guide vanes acting as a cooling air fan are designed to cool the cylinders.
Im Zylinderblock 1 sind noch die Spülschlitze 1sa, 1sb im Bereiche der Zylinder 1a,1b vorgesehen, die den Spülstrom in bekannter Weise durch die Zylinder leiten. In jedem Zylinder ist ein Kolben 14a,14b angeordnet, der in Richtung auf Achsmitte hin- und herbeweglich ist. Die Verbindung zwischen Kolben 14 und Abtriebswelle 2 geschieht hier jedoch nicht in altbekannter Weise über eine Pleuelstange, sondern ist in folgender Anordnung ausgeführt :In the cylinder block 1, the scavenging slots 1sa, 1sb are provided in the area of the cylinder 1a, 1b, which the Pass the purge flow through the cylinder in a known manner. A piston 14a, 14b is arranged in each cylinder, which can be moved back and forth towards the center of the axis. The connection between piston 14 and output shaft 2 does not happen here in the well-known way via a connecting rod, but is in the following arrangement executed:
In jedem Kolben 14a,14b ist ein Rollenbolzen 15a, 15b quer gelagert, auf dem unter ZwischenschaltungIn each piston 14a, 14b a roller bolt 15a, 15b is mounted transversely on which, with the interposition
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nicht dargestellter Nadellager eine laufrolle 16a, 16b drehbar ist. Mit diesen Rollen steht je eine Nocke 2na,2nb in Eingriff, die auf der Welle 2 angebracht ist. Die Nocken sind von gleicher Form und können mit der Welle einstückig sein, oder aber getrennt gefertigt und erst dann mit der Welle fest verbunden werden. Die Nokken 2na, 2nb liegen diametral gegenüber, sodaß sie bei Rotation der Welle 2 abwechselnd mit den laufrollen 16a,16b der Kolben zusammenarbeiten.needle bearing, not shown, a roller 16a, 16b is rotatable. With each of these rollers there is a cam 2na, 2nb which is mounted on the shaft 2 in engagement. The cams are of the same shape and can be matched with the Shaft be in one piece, or manufactured separately and only then be firmly connected to the shaft. The cams 2na, 2nb are diametrically opposite, so that they are included Rotation of the shaft 2 alternately cooperate with the rollers 16a, 16b of the pistons.
Zur Sicherung der Auflage zwischen Kolben 14a,14b und Nooke 2na,2nb ist eine Rückholfeder-Anordnung vorgesehen, die in folgender Weise gestaltet ist.To secure the support between pistons 14a, 14b and Nooke 2na, 2nb a return spring arrangement is provided which is designed in the following manner.
Es sind zwei gleiche, zueinander und zur Kolbenachse parallele Rückholfedern 3a,3b vorgesehen, die als spiralförmige Druckfedern ausgebildet sind. Die Enden jeder Feder 3a bzw.3b liegen auf Federtellern 4a,5a bzw.4b,5b auf, die in einer im Gehäuse 1 festsitzenden Führungshülse 6a bzw.6b gleiten. An jedem Federteller 4a,5a bzw.4b,5b stützt sich der eine Arm 12a* bzw.12b» eines Rückstellhebels 12a bzw.12b, der sich selbst an einen im Gehäuse 1 festsitzenden lagerstift 13a bzw.13b anlenkt. Dabei stützt sich der andere Arm 12a" bzw.12b" an einem Querstift 17a bzw.1?b ab, der in dem zugeordneten Kolben 14a bzw.14b festsitzt. Jedem Kolben (14a bzw.14b) sind daher zwei gleiche Rückstellhebel (12a bzw.12b) zugeordnet, deren jeder jeweils Mit derThere are two identical return springs 3a, 3b which are parallel to each other and to the piston axis and which are used as spiral compression springs are formed. The ends of each spring 3a or 3b rest on spring plates 4a, 5a or 4b, 5b, which are in a fixed in the housing 1 Guide sleeve 6a or 6b slide. On every spring plate 4a, 5a or 4b, 5b is supported by one arm 12a * or 12b » a reset lever 12a or 12b, which is attached to a bearing pin 13a or 13b that is fixed in the housing 1 links. The other arm 12a "or 12b" is supported on a transverse pin 17a or 1? B, which is in the associated Piston 14a or 14b is stuck. Each piston (14a or 14b) therefore has two identical reset levers (12a and 12b), each of which with the
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einen Feder 3a bzw.3b zusammenarbeitet. Pur die dargestellten beiden Kolben sind somit insgesamt vier gleich geformte Rückstellhebel und zwei gleich starke Rückholfedern in der dargestellten Weise vorgesehen.a spring 3a or 3b cooperates. Pure the ones shown both pistons are thus a total of four identically shaped return levers and two equally strong return springs provided in the manner shown.
Der die Führungshülsen 6a,6b (einschließlich der darin geführten Federteller) umgebende Raum ist an den Spülraum 1c angeschlossen.The space surrounding the guide sleeves 6a, 6b (including the spring plate guided therein) is at the Washing area 1c connected.
Durch die beschriebene Anordnung der beiden Federn 3a,3b wird erreicht, daß bei Bewegung der Kolben 14 nach außen, also in. obere Totpunktstellung (OT), diese Federn über die zugeordneten Rückstellhebel zusammengedrückt werden, sodaß die vier Federteller 4a,5a und 4b,5b als Saugpumpe innerhalb des Spülraumes 1c wirken, sodaß die Klappe 10 infolge des dabei entstehenden Unterdruckes geöffnet wird. Bei Bewegung der Kolben 14 nach innen, also in die untere Totpunktlage (UT), drükken die Schenkel der Rückholfedern infolge der Federelastizität die Federteller wieder auseinander, sodaß infolge des im Spülraum 1c dabei entstehenden Überdrukkes die Klappe 10 in dieser Phase wieder geschlossen wird. Diese int.Zyklus mit der Kolbenbewegung verlaufende Bewegung der Federteller 4a,5a und 4b»5b wird also zur Pumpwirkung herangezogen, sodaß diese Teile als eine Aufladeeinrichtung bzw. Aufladegebläse wirken. Dadurch wird das Saug- und Spülluft-Volumen vergrößert und die Saug-bzw.Spülluft innerhalb des Raumes 1c er-The described arrangement of the two springs 3a, 3b ensures that when the piston 14 to the outside, so in. Top dead center (OT), this Springs are compressed via the associated reset lever, so that the four spring plates 4a, 5a and 4b, 5b act as a suction pump within the washing chamber 1c, so that the flap 10 as a result of the negative pressure created in the process is opened. When the piston 14 moves inwards, that is to say in the lower dead center position (BDC), press the legs of the return springs as a result of the elasticity of the spring, the spring plates apart again, so that as a result of the overpressure occurring in the washing chamber 1c, the flap 10 is closed again in this phase will. This internal cycle running with the piston movement Movement of the spring plates 4a, 5a and 4b »5b will be used for the pumping action, so that these parts act as a charging device or charging fan. Through this the suction and purging air volume is increased and the suction or purging air within room 1c is increased
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fährt eine gute Vorverdichtung.drives a good pre-compaction.
Die Arbeitsweise der beschriebenen Anordnung gleicht derjenigen der bekannten Zweitakt-Motoren mit Fremdzündung, sodaß auf diesbezügliche Eunktionserläuterungen der beiden Arbeitszyklen nicht näher eingegangen werden soll. Unterschiedlich ist, daß beide Kolben im gleichen Takt laufen, also beide entweder zugleich in OiD oder in UiD gehen. Unterschiedlich ist auch, daß bei der vorliegenden Anordnung die Bewegung der Kolben 14a,14b nach OI nur über die Nocken 2na,2nb erzwungen wird, während bei der Bewegung dieser Kolben nach UT wiederum von den Kolben über dieselben Nocken die Drehbewegung der Welle 2 erzwungen wird. Dabei ist der kraftschlüssige Eingriff der Elemente 14a,14b einerseits und der Elemente 2na,2nb andererseits zu Jedem Zeitpunkt der beiden Takte (bis zu einer bestimmten Drehzahl) gesichert, nämlich durch den' auf jeden Kolben von der Nooke oder aus dem zugehörigen Verbrennungsraum einwirkenden Druck bzw. Gegendruck.The mode of operation of the described arrangement is the same those of the well-known two-stroke engines with spark ignition, so please refer to the relevant explanations of functions of the two work cycles will not be discussed in more detail. The difference is that both pistons are the same Clock run, so both at the same time in OiD or in UiD go. It is also different that in the present arrangement the movement of the pistons 14a, 14b towards OI is only enforced via the cams 2na, 2nb, while this piston is in turn by the piston during the movement after BDC The rotary movement of the shaft 2 is forced via the same cams. This is the force-fit engagement the elements 14a, 14b on the one hand and the elements 2na, 2nb on the other hand at each point in time of the two bars (up to a certain speed), namely by the ' pressure or counterpressure acting on each piston from the nooke or from the associated combustion chamber.
Ein einwandfreier Antriebsschluß ist mit anderen Worten also dann gewährleistet, wenn die auf den Kolben einwirkenden Massenkräfte gleich oder kleiner sind als der auf den Kolben einwirkende Druck im Verbrennungsraum. Bei dem dargestellten Beispiel sei angenommen, daß die Kolbenerhebungskurve, die sich aus dem Laufrollendurchmesser, dem Kopfkreis der Nocke und der Krümmung der An- und Ablaufflanke sowie dem Grundkreis der Nocke ergibt,In other words, a perfect drive connection is thus guaranteed when the inertia forces acting on the piston are equal to or less than the pressure acting on the piston in the combustion chamber. In the example shown, it is assumed that the Piston elevation curve, which is made up of the roller diameter, the tip circle of the cam and the curvature of the and run-off flank as well as the base circle of the cam,
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eine reine Sinuskurve darstellt. Es wird demnach ein einwandfreier Antriebsschluß gewährleistet, solange die Formelrepresents a pure sine curve. So it will be a perfect drive connection guaranteed as long as the formula
ρ
P = n.&> . r. sin<%ρ
P = n. &>. r. sin <%
eingehalten ist, wobei bedeutet
P = Druck auf den Kolben,
η = doppelte Drehzahl der Abtriebswelle, ω = doppelte Winkelgeschwindigkeit der Abtriebswelle,
r = halbe Höhe der Nooke,
cc= doppelter Drehwinkel der Abtriebswelleis complied with, where means
P = pressure on the piston,
η = double the speed of the output shaft, ω = double the angular speed of the output shaft, r = half the height of the Nooke,
cc = double the angle of rotation of the output shaft
Bei der Aufwärtsbewegung (-von UT nach GT) wird bis zum halben Hub, also mindestens solange die Spülschlitze 1sa, 1sb geöffnet sind, der Kolben 14a,14b beschleunigt. Bereits beim Überfahren dieser Spülschlitze durch den Kolben baut sich in jedem Zylinder 1a,1b ein Gegendruck auf, der das Anpressen des Kolbens 14a,14b bzw. seiner Laufrolle 16a,i6b auf die zugehörige Nooke 2na,2nb erhöht. Sobald die halbe Hubhöhe überschritten ist, wird " zwar die Kolbenbewegung verzögert, der Gegendruck zu diesem Zeitpunkt ist jedoch bereits größer als die Verzögerungskräfte, sodaß auch bei dieser Phase der Aufwärt sbewegung der Kraftschluß stets erhalten bleibt. Die größten Verzögerungskräfte wirken im OT auf den Kolben ein. Zu diesem Zeitpunkt sind jedoch auch die Gegenkräfte aus dem Zylinder am größten.During the upward movement (-from UT to GT) up to at half the stroke, ie at least as long as the flushing slots 1sa, 1sb are open, the piston 14a, 14b accelerates. When the piston traverses these flushing slots, a counterpressure builds up in each cylinder 1a, 1b on, the pressing of the piston 14a, 14b or his Roller 16a, i6b increased to the associated Nooke 2na, 2nb. As soon as half the stroke height is exceeded, "the piston movement is delayed, the counter pressure increases at this point in time, however, is already greater than the deceleration forces, so that the upward movement also occurs in this phase s movement the frictional connection is always maintained. The greatest deceleration forces act on the piston at TDC a. At this point in time, however, the counterforces from the cylinder are also greatest.
Für die Abwärtsbewegung der Kolben (aus OT in UT)For the downward movement of the pistons (from TDC to BDC)
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gilt analog das gleiche, was eben bezüglich der Aufwärts- ' bewegung gesagt wurde. Infolgedessen ist auch während der Abwärtsbewegung stets ein Kraftschluß zwischen Kolben und Nooke vorhanden.The same applies analogously to what has just been said about the upward movement. As a result, is also during During the downward movement, there is always a frictional connection between the piston and the nook.
Wie eben erläutert, sind die auf jeden Kolben'bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einwirkenden Kräfte und Gegenkräfte derart abgestimmt, daß allein hierdurch stets die kraftschlüssige Auflage zwischen Kolben und Hocke bis zu einer kritischen Drehzahl sichergestellt ist. Die Rückholfedern 3a und 3b sind also während des Motorlaufs an sich nicht erforderlich. Sie dienen nur dazu, die stillstehende Verbrennungskraftmaschine starten zu helfen in denjenigen Fällen, wo zufällig beide Kolben in OT stehengeblieben sind. In diesen Fällen müssen die Federn bei Bewegung der Nooke beim Start die beiden Kolben nach UT bewegen, um den Eingriff zwischen den Teilen zu gewährleisten. Hierbei müssen die Federn nur die Reibung zwischen Kolben und Zylinder sowie den relativ kleinen Spüldruck im Raum 1c und gegebenenfalls das Eigengewicht des Kolbens überwinden, falls die Brennkraftmaschine derart angeordnet ist, daß die Kolbenachsen senkrecht stehen. Die hierzu notwendigen Federkräfte sind aber sehr gering, sodaß die Rückholfedern nur schwach bemessen sein brauchen.As just explained, they are on every piston the illustrated embodiment acting forces and opposing forces coordinated such that this alone the frictional contact between the piston and the crouch is always ensured up to a critical speed is. The return springs 3a and 3b are therefore not required per se while the engine is running. You serve only to help start the idle internal combustion engine in those cases where by chance both pistons have stopped at TDC. In these cases the springs must move when the nooke moves during takeoff move the two pistons to BDC to ensure that the parts are engaged. Here the Only the friction between piston and cylinder and the relatively low flushing pressure in space 1c and possibly springs springs overcome the dead weight of the piston if the internal combustion engine is arranged in such a way that the piston axes are vertical. The necessary However, spring forces are very low, so that the return springs need only be of weak dimensions.
Die dargestellte Rückholfeder-Anordnung bietet sich bevorzugt an bei Kolben mit laufrolle. Bei Kolben ohneThe illustrated return spring arrangement is preferred for pistons with a roller. With pistons without
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Laufrolle könnte man jedem Kolben nur einen Rückstellhebel zuordnen, was wiederum eine einzige entsprechend stark bemessene Rückstellfeder für beide Kolben ergeben würde. Außerdem sei noch abschließend erwähnt, daß man beispielsweise bei Bauarten mit vier Kolben (mit zwei Kolbenpaaren) jedem 3?aar die dargestellte Rückholfeder-Anordnung zuordnen würde.Roller could only be assigned one reset lever to each piston, which in turn would correspond to a single one strongly dimensioned return spring for both pistons would result. In addition, it should finally be mentioned that one For example, in the case of designs with four pistons (with two pairs of pistons), the return spring arrangement shown is used every 3 aar would assign.
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