DE2735725A1 - Oscillating piston IC engine - has separate suction and working chambers and flowing into first via chambers in piston - Google Patents

Abstract

The oscillating piston engine has a piston with flat sides sealing against casing end plates which carry the piston pivot (15) and the shaft (3) with its eccentric (4). These rotate, inside a barrel ring (5), in a stadium-shaped hole through the piston. Mixture flows into the piston hollow at the end (6) remote from the pivot, thence into the suction chamber (9) via transfer ducts (7) and the roughly central timing duct (8). Around BDC it flows back through this latter into the chamber (10) nearest the pivot and through further casing grooves (11) into the thin end of the wedge-shaped combustion chamber (12). Spent gas is expelled through a port at the other end, beyond the spark plug (14).

Description

SchwingkolbenmotorOscillating piston engine

Schwingkolbenmotoren mit um eine Drehachse pendelnd oszillierenden Kolben sind in mehreren Ausführungsarten bekannt eworden. Ihr Prinzip der Arbeitsraumbildung unterscheidet sich von dem der Hubkolbenmotoren nur unwesentlich. Es läßt sich daher sowohl das Viertalt- als auch das Zweitaktverfahren anwenden. Zur Kraftübertragung dient entweder ein spezielles Schwenkkolbengetriebe, oder es wird eine herkömmliche Kurbelwelle (mit Pleuel und Kolbenbolzen) verwendet, sofern auf Übetragungsteile nicht gänzlich verzichtet wird und der Lotor frei schwingend als Gasgenerator nach dem Strahlprinzip arbeitet.Oscillating piston engines with oscillating oscillating around an axis of rotation Pistons have become known in several designs. Your principle of creating a working space differs only slightly from that of the reciprocating piston engines. It can therefore use both the four-stroke and the two-stroke cycle. For power transmission either a special oscillating piston gear is used or a conventional one is used Crankshaft (with connecting rod and piston pin) used if on transmission parts is not completely dispensed with and the Lotor swinging freely as a gas generator the jet principle works.

Nachteilig bei der Verwendun- einer Kurbelwelle rit Pleuel ist des sperrige Bauvolumen und der damit verbundene große Platzbedarf.This is a disadvantage when using a crankshaft with a connecting rod bulky construction volume and the associated large space requirements.

Die Erfindung hat es sich darum zur Aufgabe gemacht, eine Fotorform zu verwirklichen, bei der der Xurbeltrieb platzsparend innerhalb des Kolbens untergebracht ist, vom Kolbenmaterial also gänzlie umschlossen wird.The invention has therefore set itself the task of creating a photo form to realize, in which the Xurbeltrieb is housed in a space-saving manner within the piston is, so it is completely enclosed by the piston material.

Ergebnis dieser Überlegung ist ein aus einem Exzenter mit Laufring bestehenden Kurbeltrieb, der sich innerhalb eines arenaförmigen Durchbruchs im Kolben bewegt. Zusammen mit einem Drehbolzen al Führungselement wird durch den kreisenden Exzenter die Schwenkbewe-£ung des kolbens erzeugt. Anstelle des Drehbolzens können auch Gleitflachen im Außenkehäuse treten, die die Drehführung des Schwenkkolbens übernehmen. jer Laufring, der die Punktion eines Pleuels wahrnimmt (Kraftübertragung vom Kolben auf die Kurbelwelle).The result of this consideration is an eccentric with a race existing crank mechanism, which is located within an arena-shaped opening in the piston emotional. Together with a pivot pin al guide element is rotated through the The pivoting movement of the piston is generated by an eccentric. Instead of the pivot pin you can sliding surfaces also occur in the outer casing, which guide the rotary piston of the swivel piston take over. the race that perceives the puncture of a connecting rod (power transmission from the piston to the crankshaft).

dient der Verringerung des Verschleißes zwischen Kolben und Exzenter.serves to reduce the wear between the piston and the eccentric.

da hier Linearberührung besteht.since there is linear contact here.

Es ist zwar eine Maschinenform bekannt, bei der ein Exzenter in einem Arena-Haum kreist und das umgebende Motorteil in Schwenkbewegung versetzt (F.Wankel: Einteilung der Rotationskolbenmaschinen.Although a machine form is known in which an eccentric in one Arena-Haum circles and the surrounding engine part is set in swivel motion (F. Wankel: Classification of rotary piston machines.

Deutsche Verlagsanstalt, Seite 33, Tafel 9/XI,9). Jedoch wirkt hier dss Arbeitsgas unmittelbar auf den Exzenter selbst, wohingegen bei der i,ösun£ laut Erfindungsgedanke der Schwenkkörper auf seiner Außenflanke vom Gasdruck beaufschlagt wird. Diese Lösung hat den Vorteil, daß die heißen Arbeitsgase von der Exzenterwelle ferngehalten werden und für das Abdichtungsproblem günstigere Voraussetzungen vorliegen.Deutsche Verlagsanstalt, page 33, plate 9 / XI, 9). However, it works here dss working gas directly on the eccentric itself, whereas with the i, ösun £ loud According to the invention, the swivel body is acted upon by gas pressure on its outer flank will. This solution has the advantage that the hot working gases from the eccentric shaft are kept away and there are more favorable conditions for the sealing problem.

Wegen der besonderen Vorteile hi@sichtlich Gaswechsel und Brennraumgestaltung eignet sich die Maschinenform hauptsächlich für das Zweitaktverfahren, weshalb im folgenden nur die zweitaktige Ausführung beschrieben ist. Aufgrund ihrer Kompaktheit und ihres besonders gearteten Drehmomentverlaufs kann sie mit der Hubkolben-Zweitaktmaschine in Konkurrenz treten.Because of the special advantages in terms of gas exchange and combustion chamber design the machine shape is mainly suitable for the two-stroke process, which is why im only the two-bar version is described below. Because of their compactness and its special type of torque curve, it can with the reciprocating two-stroke engine to compete.

Beschreibung: Der dchwenkkolben (1) wird von einem Mantelteil (2) umschlossen, des im Querschnitt betrachtet aus - vorzugsweise zwei - Kreisbogensticken zusammengesetzt ist, in der Form jedoch auch variiert sein kann. An den Stirnseiten wird der Arbeitsraum durch aufgeschraubte Seitenteile be7renzt, welche die Lager für die Exzenterwelle (3) aufnehmen. Der Exzenter (4) mit dem Laufring (5) unterteilt den arenaförmigen Kurbelraum in zwei Raumzonen. Im Bereich der Kurbelraumzone (6) mündet der Ansaugstutzen. Von hier aus gelangt das Frischgas während der Saugphase durch seitliche Überströmkanäle (7) und durch die Steuerbohrung (8) in den Saugraum (9). Senn der Kolben sich seiner UT-Stellung nähert, wird das im Saugraum (9) komprimierte Frischgas durch die etwa mittig im Kolben liegende Steuerbohrung (8) in die bolzennahe Kurbelraumzone (10) gepreßt. Von hier aus tritt es aann durch die bei UT-Stellung freigegebenen einlaßschlitze (11) in den Arbeitsraum (12) ein und schiebt die Altgasreste zum Auspuff(1, hinaus.Description: The swivel piston (1) is supported by a casing part (2) enclosed, viewed in cross section from - preferably two - circular arc stitching is composed, but can also be varied in the form. On the front sides the working area is limited by screwed-on side parts that hold the bearings for the eccentric shaft (3). The eccentric (4) is divided with the race (5) the arena-shaped crankcase in two spatial zones. In the area of the crankcase zone (6) the intake manifold opens. The fresh gas arrives from here during the suction phase through lateral overflow channels (7) and through the control bore (8) into the suction chamber (9). When the piston approaches its BDC position, the one in the suction chamber (9) is compressed Fresh gas through the control bore (8) in the center of the piston into the area near the bolt Crankcase zone (10) pressed. From here it enters through the at UT position released inlet slots (11) into the working space (12) and pushes the residual gas to the exhaust (1, out.

Dieser Strömungsverlauf des Frischgases erweist sich aus mehreren Gründen als vorteilhaft: 1.) Der im Kurbelraum kreisend sich hin und her bewegende Exzenter unterstützt den Ladeprozeß wie eine Ladepumpe.This flow course of the fresh gas turns out to be several Reasons as advantageous: 1.) The one moving back and forth in a circling crankcase Eccentric supports the charging process like a charging pump.

2.) Das in den Kurbelraum einströmende Frischgas kühlt den Kolben und führt die Reibungswärme aes Kurbeltriebs intensiv ab.2.) The fresh gas flowing into the crankcase cools the piston and dissipates the frictional heat from a crank drive intensively.

3.) Die Steuerbohrung (8) ermöglicht im Zusammenwirken mit dem Exzente eine optimale Füllung des Sugraumes, die praktisch schon von UT-Stellung ab beginnen kann.3.) The control bore (8) enables in interaction with the eccentric an optimal filling of the suction space, which practically starts from the BDC position can.

Eine Eigetümlichkeit zeigt sich in der Geometrie der Schwenkkolbenbewegung. Je nach Drehrichtung der Kurbelwelle verkürzt oder verlänger sich die Arbeitsphase des expandierenden Kolbens um den Schwenkwinkelbetrag. is!an kann also bei entsprechend gewählter Drehrichtung der Kurbelwelle ohne weiteres ein um etliche Winkelgrade verlänfetes Arbeitsspiel gewinnen, was zu einem weicheren und ausge-licheneren Drehmomentverlauf führt, als dies beim Hubkolbenmotor der Ball ist. Bezogen auf den Drehwinkel der Kurbelwelle steht jetzt auch dem gaswechsel mehr Leit zur Verfügung, d.h. die Energieabgabe des expandierenden Kolbens läßt sich 1äncr nutzen, weil die Steueröffnungen relativ spät öffnen können.A peculiarity is shown in the geometry of the oscillating piston movement. Depending on the direction of rotation of the crankshaft, the work phase is shortened or lengthened of the expanding piston by the amount of swivel angle. is! an can therefore with accordingly Selected direction of rotation of the crankshaft easily a number of degrees Gain a longer working cycle, which leads to a smoother and more balanced torque curve leads than this is the ball in a reciprocating engine. Based on the angle of rotation of the The crankshaft is now also more conducive to gas changes, i.e. the energy output of expanding piston can be used 1äncr because the control orifices are relatively open late.

Als weiterer Vorteil der Maschine erweist sich die Keilform des Arbeits raumes, die beim Gaswechsel eine nahezu rein Querspülung ermöglicht.Another advantage of the machine is the wedge shape of the work space, which enables almost purely cross purging when changing the gas.

durch die stets gleiche Spülrichtung tritt zudeem ein Temperaturgefälle im Brennraum ein, das sich thermoaynamisch nutzen läßt: nei Konzentrierung des Brennraumvolumens in der heißen Zone" - beispielsweise durch eine Brennraummulde, die in Richtung Auspuff verlagert ist -kann der Wärmverlust durch kalte BrennrautQwandun en im einlaßnahen Bereich optimal gering gehalten werden, wodurch die bauartbedingte große Brennraumoberfläche dann kaum als Nachteil in Erscheinung tritt.Due to the constant flushing direction, there is also a temperature gradient in the combustion chamber, which can be used thermoaynamically: no concentration of the combustion chamber volume in the hot zone "- for example through a combustion bowl pointing towards If the exhaust is relocated, heat loss can occur through cold combustion chambers in the vicinity of the intake Area can be kept optimally small, whereby the design-related large combustion chamber surface then hardly appears as a disadvantage.

Zur Zündung wird ein herkömmliches Zündsystem verwendet, die Kerze (14) liest im Außenmantel. Die Abdichtung erfolgt in bekannter -ieise mittels Dichtleisten, Streifen und Bolzen. Im Bereich des Drehbolzens (15) kann die Dichtleiste auch in den Außenmantel verlegt werden, der Kolben wird dann durch die Leisten-Nut in seiner Stabilität nicht beeinträchtiOt. Die Schmierung erfolgt durch die bei Zweitaktern übliche Mischungs schmierung. Damit der Schmierstoff besser an die verschleißbeanspruchte Gleitfläche zwischen Laufring (5) und Exzenter (4) gelangen kann, ist der Laufring mehrmals unterteilt auszuführen oder mit kleinen Radialbohrungen zu versehen. Während die bolzennahe Dichtleiste ideale Taufbedingungen vorfindet (geringe Bewegung, Kühlzone in Einlaßnähe), unterliegt die auspuffseitige Dichtleiste infolge Fliehkraft und TTitze einer harten Verschleißbeanspruchung. Diese wird jedoch etwas gemildert.A conventional ignition system, the candle, is used for ignition (14) reads in the outer jacket. The sealing is carried out in the known manner by means of sealing strips, Strips and bolts. In the area of the pivot pin (15), the sealing strip can also be used in the outer jacket is laid, the piston is then inserted through the strip groove in its Stability not impaired. The two-stroke engines are used for lubrication Usual mixture lubrication. So that the lubricant is better suited to wear and tear The sliding surface between the race (5) and the eccentric (4) is the race to be subdivided several times or to be provided with small radial holes. While the sealing strip near the bolt finds ideal conditions for baptism (little movement, cooling zone near the inlet), the sealing strip on the exhaust side is subject to centrifugal force and T peaks of severe wear and tear. However, this is somewhat mitigated.

weil durch die Fliehkraft auch eine stets ausreichende Menge Schmieröl herangeführt wird. Es ist zu erwarten, daß der Motor, ähnlich wie der Wankelmotor, mit einer relativ geringen Ölbeimischung gefahren werden kann.because due to the centrifugal force there is always a sufficient amount of lubricating oil is introduced. It is to be expected that the engine, similar to the Wankel engine, can be driven with a relatively small amount of oil.

Der Mantel (2) wird vorzugsweise so gefertigt, daß er auf seiner Innerkontur aus zwei Kreibogentücken zusammengesetzt erscheint. Dies ergibt eine einfache Bearbeitung. Entsprechend zeigt auch der Kolben kreisbogenförmige Außenkonturen. Seine Gestalt verdankt er einmal der Arenaform des Kurbelraums, zum andern muß er eine genügend große Gleitfläche zur Abdeckung bzw. Steuerung der Auspufföffnung vorweisen. Unter Berücksichtigung des Raumbedarfs für den Drehbolzen ergibt sich eine abgerundete Keilform, die in etwa an das Bogendreieck des Wankelmotors erinner-Es sei darauf hingewiesen, daß der Kolben im bolzennahen Bereich mit de Außenmantel auch Flächenberührung haben kann, wodurch jedoch die einfache, zeibogige Innenkontur des Mantels verloren seht.The jacket (2) is preferably made so that it is on its inner contour appears composed of two pieces of a wedge. This makes editing easy. Correspondingly, the piston also has outer contours in the shape of an arc of a circle. His form On the one hand it owes to the arena shape of the crankcase, on the other hand it has to be sufficient Show large sliding surface to cover or control the exhaust opening. Under Taking into account the space required for the pivot pin results in a rounded one Wedge shape, which is roughly reminiscent of the curved triangle of the Wankel engine pointed out that the piston in the area near the bolt with de outer jacket also surface contact may have, which, however, lost the simple, pointed inner contour of the jacket look.

Claims (3)

Ansprüche: . Schwingkolbenrnotor mit um eine Drehachse pendelnd oszillierenden Kolben, dessen Schwenkbewegung durch einen in einem arenaförmigen Kolbendurchbruch kreisenden Exzenter erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmittel nicht unmittelbar auf den Exzenter wirkt, sondern aur die Außenflanke des Schwenkkörpers.Expectations: . Oscillating piston motor with oscillating oscillating around an axis of rotation Piston, the pivoting movement of which is caused by a piston opening in the shape of an arena orbiting eccentric is generated, characterized in that the working means does not act directly on the eccentric, but only on the outer flank of the swivel body. 2.) Schwingkolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch ekennzeichnet, daß der Frischgasstrom in die der Drehachse abgewandten Kurbelraumzone eintritt, unter Benützung seitlicher Überströmkanäle und Steuerbohrungen im Kolben sowohl den Saugraum als auch die drehachsennahe Kurbelralimzone passiert und schließlich, die Altgasreste ausschiebend, in den Arbeitsraum überwechselt.2.) oscillating piston engine according to claim 1, characterized in that the fresh gas flow enters the crankcase zone facing away from the axis of rotation, below Use of lateral overflow channels and control bores in the piston as well as the suction chamber as well as the crankshaft area near the axis of rotation and finally, the residual gas pushing out, transferred to the work area. 3.) Schwingkolbenmotor nach Hauptanspruch, dadruch gekennzeichnet, daß der größte Teil des Brennraumvolumens in der heißen Zone konzentriert liegt, während im Bereich der kalten Brennraumwandungen dem Arbeitsmittel nur wenig Raum zur Verfäung steht.3.) Oscillating piston engine according to the main claim, characterized by that most of the combustion chamber volume is concentrated in the hot zone, while in the area of the cold combustion chamber walls there is only little space for the working fluid is available.