DE4201127A1 - Piston engine with annular arcuated cylinders - has oppositely moving piston segments and scavenging ducts - Google Patents
Piston engine with annular arcuated cylinders - has oppositely moving piston segments and scavenging ductsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a machine according to the preamble of Claim 1.
Bekannte Gegenkolbenmaschinen haben eine vergleichsweise hohe Leistung. Für die Kolbenbewegungen und die Spülluftbeschaffung ist allerdings eine sehr aufwendige Mechanik erforderlich. Bei der mechanisch einfacheren Form der U-Zylindermaschine als eine um 180° zusammengedrängte Gegenkolbenmaschine treten jedoch Wärmeprobleme und Probleme bei der Gleichstromspülung auf.Known counter-piston machines have a comparatively high one Power. For piston movements and purging air however, very complex mechanics are required. In the mechanically simpler form of the U-cylinder machine than however, a counter-piston machine pressed together by 180 ° occurs Heat problems and problems with DC flushing.
Die bei bekannten Maschinen übliche Form der Kraftübertragung mittels Kurbeltrieb ist außerdem mit erheblichen Unwuchtproblemen behaftet.The usual form of power transmission in known machines by means of crank drive is also considerable Imbalance problems.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die gattungsgemäße Maschine so zu verbessern, daß eine Gegenkolbenmaschine mit einfacher Mechanik ohne Kompromisse an Spülung und Wärmeproblematik verwirklicht wird und die entstehenden Probleme einer Kurbeltrieb-Kraftübertragung eliminiert werden. The object of the invention is the generic To improve the machine so that a counter-piston machine with simple mechanics without compromising on flushing and Thermal problems are realized and the problems that arise a crank drive power transmission can be eliminated.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.This object is achieved by the characterizing Part of claim 1 mentioned features solved.
Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung.The subclaims relate to advantageous exemplary embodiments the invention.
Die erfindungsgemäße Maschine besteht im wesentlichen aus zwei ringförmigen Zylindern und zwei auf einer Achse gelagerten ringförmigen Kolbensegmenten mit je zwei Kolben.The machine according to the invention essentially consists of two annular cylinders and two mounted on an axis annular piston segments with two pistons each.
Die Mitteldurchmesser der Zylinder und der Kolbensegmente sind identisch und haben ihren Mittelpunkt in der Lagerachse der Kolbensegmente.The mean diameters of the cylinders and piston segments are identical and have their center in the bearing axis of the Piston segments.
Die beiden Kolbensegmente sind über Kegelzahnräder miteinander verbunden und bewegen sich gegenläufig.The two piston segments are connected to each other via bevel gears connected and move in opposite directions.
Als Triebwerk für eine Verdichtermaschine sind Kurvenantrieb, Kurbeltrieb, Kurbelschlaufe usw. möglich.As the engine for a compressor machine are cam drives, Crank mechanism, crank loop etc. possible.
Die Ausführung als Freikolbenmaschine arbeitet ohne mechanischen Antrieb; mit Hilfe von Freiläufen wird die Kraft von den Kolben auf die Abtriebswelle übertragen.The design as a free piston machine works without mechanical Drive; With the help of freewheels, the force is released from the pistons transferred to the output shaft.
Da alle bewegten Massen doppelt ausgeführt sind und gegenläufig bewegt werden, entstehen keine Unwuchten, d. h. die Maschine arbeitet schwingungsfrei.Since all moving masses are duplicated and in opposite directions are moved, there are no imbalances, d. H. the machine works vibration-free.
Da beide Kolben einen gemeinsamen Drehpunkt besitzen, ihren Kreismittelpunkt, sind die Durchmesser und Radien der Kolben so ausgelegt, daß sich Kolbenmantelfläche und Zylinder nie berühren. Since both pistons have a common pivot point, theirs Circle center, the diameters and radii of the pistons are like this designed that the piston surface and cylinder never touch.
Die Dichtung zwischen Kolben und Zylinder erfolgt über Kolbenringe. Bei dieser Ausführung sind Reibung und damit auch Schmierung geringer als bei herkömmlichen Hubkolbenmaschinen, da die Kolbenringe die einzigen Teile sind, die mit der Zylinderfläche in Berührung kommen und außerdem die durch bei herkömmlichen Kolbenmaschinen drehpunktgemäße Einhängung des Kolbens am Pleuel verursachten Kippmomente nicht entstehen.The seal between the piston and cylinder is made via Piston rings. In this version there is friction and therefore also Lubrication less than with conventional reciprocating piston machines because the piston rings are the only parts that come with the Come into contact with the cylinder surface and also the through conventional piston machines, pivot-based mounting of the Tipping moments caused by pistons on the connecting rod do not occur.
Die Spülung kann beispielsweise über Kolbenpumpen erfolgen, die an den gleichen Segmenten punktsymmetrisch und damit ausgewuchtet wie alle übrigen bewegten Massen der Maschine angeordnet sind.The flushing can take place, for example, via piston pumps point symmetrical on the same segments and thus balanced like all other moving masses of the machine are arranged.
Bei der Freikolbenmaschine ist jedes Segment über einen Freilauf mit der Abtriebswelle verbunden, die auf der Mittelachse der Maschine angebracht ist. Somit wird die Abtriebswelle abwechselnd während der 1. Expansionsphase vom einen und während der 2. Expansionsphase vom anderen Segment angetrieben.In the free piston machine, each segment is over one Freewheel connected to the output shaft on the Central axis of the machine is attached. Thus the Output shaft alternately during the 1st expansion phase from one and during the second expansion phase from the other segment driven.
Eine Nachladung kann beispielsweise mit Hilfe selbsttätiger Ausgleichkolben, die in den Segmenten sitzen können, realisiert werden.Reloading can be done, for example, with the help of automatic Compensating pistons that can sit in the segments will.
Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigtThe following are exemplary embodiments of the invention based on the Described drawings. It shows
Fig. 1 schematische Darstellung der Maschine in den Bewegungsphasen 1. bis 4., Fig. 1 shows a schematic representation of the machine in the movement phases 1 to 4,
Fig. 2 schematische Darstellung der Maschine als Freikolbenmaschine mit Spülkolben und Freilauf, Fig. 2 shows a schematic representation of the machine as a free-piston engine with scavenge piston and freewheel,
Fig. 3 schematische Darstellung der Maschine als Verdichter mit Kurvenantrieb, Fig. 3 is a schematic representation of the machine as a compressor with the cam drive,
Fig. 4 schematische Darstellung der Maschine als Freikolbenmaschine mit Spülkolben, Freilauf und Nachladekolben. Fig. 4 shows a schematic representation of the machine as a free-piston machine with rinsing piston, freewheel and reloading piston.
In Fig. 1 sind die einzelnen Phasen der Maschine in der Ausführung als Verbrennungsmotor mit Freiläufen dargestellt.In Fig. 1, the individual phases of the machine are shown in the embodiment as an internal combustion engine with freewheels.
In Phase 1 bewegt sich Segment 24 im Uhrzeiger- und Segment 25 im Gegenzeigersinn. Sie bewegen sich somit in den Zylindern 20 und 22 aufeinander zu und in den Zylindern 21 und 23 voneinander weg.In phase 1, segment 24 moves clockwise and segment 25 moves counterclockwise. They thus move towards each other in cylinders 20 and 22 and away from each other in cylinders 21 and 23 .
Die gemeinsame Abtriebswelle wird über einen Freilauf von Segment 24 angetrieben und bewegt sich im Uhrzeigersinn. Die Räume a und c sind Kompressionsräume, die Räume b und d Expansionsräume. Raum a wird zum Verdichtungsraum für das zu verbrennende Gemisch, Raum c wird zum Verdichtungsraum für die Spülluft von Zylinder 21, in Raum b findet die Expansion des zuvor verbrannten Gemischs statt, er ist in dieser Phase für den Antrieb der Maschine verantwortlich, in Raum d findet ein Ansaugen von Frischluft statt.The common output shaft is driven by segment 24 via a freewheel and moves clockwise. Rooms a and c are compression rooms, rooms b and d expansion rooms. Space a becomes the compression space for the mixture to be burned, space c becomes the compression space for the purge air from cylinder 21 , in space b the expansion of the previously burned mixture takes place, it is responsible for driving the machine in this phase, in space d fresh air is sucked in.
In Phase 2 ist der erste Umkehrpunkt erreicht. In den Zylindern 20 und 22 ist höchste Verdichtung, in den Zylindern 21 und 23 höchste Ausdehnung erreicht. Während über den Spülkanal 28 und das nun durch Überdruck aus Raum g geöffnete Ventil 30 die zuvor in Zylinder 22 verdichtete Frischluft den Raum f spült und mit Frischluft versorgt, hat sich Raum h mit neuer Frischluft gefüllt. In Raum e wird nun die Verbrennung eingeleitet.The first turning point has been reached in phase 2. The highest compression is achieved in the cylinders 20 and 22 , and the highest expansion is achieved in the cylinders 21 and 23 . While the fresh air previously compressed in cylinder 22 flushes the room f and supplies it with fresh air via the flushing channel 28 and the valve 30 which is now opened from room g, room h has filled with new fresh air. Combustion is now initiated in room e.
Phase 3 zeigt, daß sich nun Segment 24 im Gegenzeiger und Segment 25 im Uhrzeigersinn bewegen. In Raum i findet die Expansion des zuvor verdichteten Gemischs statt, er ist nun für den Antrieb der Maschine verantwortlich. Die gemeinsame Abtriebswelle 26 wird in dieser Phase über einen Freilauf von Segment 25 angetrieben und bewegt sich nach wie vor im Uhrzeigersinn. Raum k ist Verdichtungsraum für die nächste Verbrennung, in Raum l wird neue Spülluft angesaugt und in Raum m die zuvor angesaugte Spülluft verdichtet. Phase 3 shows that segment 24 now moves counterclockwise and segment 25 clockwise. The previously compressed mixture takes place in room i and is now responsible for driving the machine. In this phase, the common output shaft 26 is driven by a freewheel from segment 25 and continues to move clockwise. Room k is the compression room for the next combustion, new purge air is drawn in in room l and the purge air previously drawn in is compressed in room m.
Phase 4 zeigt den zweiten Umkehrpunkt. In den Zylindern 21 und 23 ist höchste Verdichtung in den Zylindern 20 und 22 höchste Ausdehnung erreicht. Die in Raum q komprimierte Frischluft gelangt über Spülkanal 27 und Ventil 29 in Raum n und spült diesen. Raum p ist vollständig mit Frischluft gefüllt. In Raum o wird nun die Verbrennung des verdichteten Gemischs eingeleitet.Phase 4 shows the second turning point. In the cylinders 21 and 23 , the highest compression in the cylinders 20 and 22 is reached. The fresh air compressed in room q reaches and cleans room n via flushing channel 27 and valve 29 . Room p is completely filled with fresh air. The combustion of the compressed mixture is now initiated in room o.
Die schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Maschine in Fig. 2 zeigt eine Freikolbenmaschine mit Spülkolben und Freilauf.The schematic representation of the machine according to the invention in FIG. 2 shows a free-piston machine with rinsing piston and free-wheel.
Die Kolbensegmente 24 und 25 und die Zylinder 20, 21, 22 und 23 haben einen kreisförmigen Querschnitt und sind ringförmig gestaltet. Die Mittelpunkte der Kolbensegmentringe und der Zylinderringe sind identisch und liegen in der gemeinsamen Lagerachse der Kolbensegmente.The piston segments 24 and 25 and the cylinders 20, 21, 22 and 23 have a circular cross section and are annular. The centers of the piston segment rings and the cylinder rings are identical and lie in the common bearing axis of the piston segments.
Die Kolbensegmente 24 und 25 bilden hierbei in den Zylindern 20 und 21 Kompressions- bzw. Expansionsräume für die Verbrennung und in den Zylindern 22 und 23 Verdichtungs- und Ansaugräume für die Spülluftbeschaffung.The piston segments 24 and 25 form compression or expansion spaces for the combustion in the cylinders 20 and 21 and compression and suction spaces for the purge air supply in the cylinders 22 and 23 .
Segment 24 ist fest mit Kegelrad 33 verbunden. Segment 25 besitzt ein gleiches Kegelrad, das in der Zeichnung jedoch nicht enthalten ist. Die beiden anderen Kegelräder 31 und 32 sorgen somit für eine gegenläufige Bewegung der beiden Segmente. Bei einer Expansion in Zylinderraum 21 treibt Segment 24 während seiner Bewegungsphase im Uhrzeigersinn über den Freilauf 34 die Abtriebswelle 26 im Uhrzeigersinn an. Bei der anschließenden Expansion in Zylinderraum 20 treibt nun Segment 25 während seiner Bewegungsphase im Uhrzeigersinn über einen zweiten Freilauf die Abtriebswelle 26 ebenfalls im Uhrzeigersinn an. Somit bewegt sich Abtriebswelle 26 ständig im Uhrzeigersinn. Segment 24 is firmly connected to bevel gear 33 . Segment 25 has the same bevel gear, which is not shown in the drawing. The two other bevel gears 31 and 32 thus ensure that the two segments move in opposite directions. When expanding into cylinder space 21 , segment 24 drives output shaft 26 clockwise via freewheel 34 during its movement phase. During the subsequent expansion into cylinder space 20 , segment 25 now drives the output shaft 26 likewise clockwise via a second freewheel during its movement phase. Thus, output shaft 26 is constantly moving clockwise.
Fig. 3 zeigt die schematische Darstellung der Maschine als Verdichter mit Kurvenantrieb mit seinen wesentlichen Bauteilen. Die Kolbensegmente 24 und 25 bilden abwechselnd in den Zylinderräumen 20 und 22 bzw. 21 und 23 Verdichtungs- bzw. Ansaugräume. Segment 24 besitzt eine Kurvenrolle 35, Segment 25 besitzt eine Kurvenrolle 36. Die Segmente werden über die beiden Kurvenglocken 37 und 38, die über zwei Kegelräder 40 und 41 miteinander verbunden sind, bewegt. Fig. 3 shows the schematic representation of the machine as a compressor with cam drive with its essential components. The piston segments 24 and 25 alternately form compression or suction spaces in the cylinder spaces 20 and 22 or 21 and 23 . Segment 24 has a cam roller 35 , segment 25 has a cam roller 36 . The segments are moved over the two cam bells 37 and 38 , which are connected to one another via two bevel gears 40 and 41 .
Der Antrieb erfolgt über die Antriebswelle 39.The drive takes place via the drive shaft 39 .
In Fig. 4 ist die Maschine als Freikolbenmaschine mit Spülkolben, Freilauf, Nachladekolben sowie Ein- und Auslaßöffnungen dargestellt.In Fig. 4 the machine is shown as a free piston machine with rinsing piston, free wheel, reloading piston and inlet and outlet openings.
Die Segmente 24 und 25 bilden in den Zylinderräumen 20 und 23 Kompressions- und Expansionsräume für die Verbrennung und in den Zylinderräumen 21 und 22 Ansaug- und Verdichtungsräume für die Spülluft.The segments 24 and 25 form compression and expansion spaces for the combustion in the cylinder spaces 20 and 23 and suction and compression spaces for the purge air in the cylinder spaces 21 and 22 .
Die Spülluftbeschaffung der Zylinderräume 21 und 22 erfolgt über die Ventile 46 und 47.The purge air is obtained from the cylinder chambers 21 and 22 via the valves 46 and 47 .
Der in den Zylinderräumen 21 und 22 entstehende Druck beim Verdichten der Frischluft spannt die Nachladekolben 42 und 43.The pressure which arises in the cylinder chambers 21 and 22 when compressing the fresh air tensions the reloading pistons 42 and 43 .
Beim Erreichen des 1. Umkehrpunktes von Segment 24 in Zylinderraum 23 bzw. des 2. Umkehrpunktes in Zylinderraum 20 nach der jeweiligen Expansion wird zunächst der Zylinderraum 23 über den Spülkanal 27 und die Auslaßöffnung 45 bzw. der Zylinderraum 20 über den Spülkanal 28 und die Auslaßöffnung 44 gespült. Während der nächsten Kompressionsphase wird Zylinderraum 23 über den Nachladekolben 43 bzw. Zylinderraum 20 über den Nachladekolben 42 mit der zuvor gespeicherten Frischluft befüllt. Es besteht durch geeignete Dimensionierung die Möglichkeit, den Grad des Nachladedruckes frei zu bestimmen.When the first reversal point of segment 24 in cylinder space 23 or the second reversal point in cylinder space 20 after the respective expansion is reached, the cylinder space 23 is first via the flushing channel 27 and the outlet opening 45 or the cylinder space 20 via the flushing channel 28 and the outlet opening 44 rinsed. During the next compression phase, cylinder space 23 is filled with the previously stored fresh air via reloading piston 43 or cylinder space 20 via reloading piston 42 . Appropriate dimensioning enables the degree of reload pressure to be freely determined.
FigurenlegendeFigure legend
20 Zylinder I
21 Zylinder II
22 Zylinder III
23 Zylinder IV
24 Kolbensegment I
25 Kolbensegment II
26 Abtriebswelle
27 Spülkanal I
28 Spülkanal II
29 Ventil von Spülkanal I
30 Ventil von Spülkanal II
31 Kegelrad Ia
32 Kegelrad Ib
33 Kegelrad II
34 Freilauf
35 Kurvenrolle von Segment I
36 Kurvenrolle von Segment II
37 Kurvenglocke I
38 Kurvenglocke II
39 Antriebswelle
40 Kegelrad III
41 Kegelrad IV
42 Nachladekolben I
43 Nachladekolben II
44 Auslaßöffnung von Zylinder I
45 Auslaßöffnung von Zylinder IV
46 Einlaßventil von Zylinder II
47 Einlaßventil von Zylinder III 20 cylinders I
21 cylinder II
22 cylinder III
23 cylinder IV
24 piston segment I
25 piston segment II
26 output shaft
27 rinsing channel I
28 rinsing channel II
29 Valve from flushing channel I
30 valve from flushing channel II
31 bevel gear Ia
32 bevel gear Ib
33 bevel gear II
34 freewheel
35 Cam roller from segment I
36 Cam roller from segment II
37 curve bell I
38 curve bell II
39 drive shaft
40 bevel gear III
41 bevel gear IV
42 reloading piston I
43 reloading piston II
44 exhaust port of cylinder I
45 exhaust port of cylinder IV
46 Inlet valve from cylinder II
47 Inlet valve from cylinder III
Claims (12)
Die Mitteldurchmesser der Zylinder und der Kolbensegmente sind identisch und haben ihren Mittelpunkt in der Lagerachse der Kolbensegmente
Die beiden Segmente sind mechanisch so miteinander verbunden, daß sie sich gegenläufig bewegen.1. Reciprocating piston machine with ring-shaped circular arc cylinders, in which two ring-shaped circular arc piston segments run.
The mean diameters of the cylinders and the piston segments are identical and have their center in the bearing axis of the piston segments
The two segments are mechanically connected so that they move in opposite directions.
Priority Applications (1)
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DE4201127A DE4201127A1 (en) | 1992-01-17 | 1992-01-17 | Piston engine with annular arcuated cylinders - has oppositely moving piston segments and scavenging ducts |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4201127A DE4201127A1 (en) | 1992-01-17 | 1992-01-17 | Piston engine with annular arcuated cylinders - has oppositely moving piston segments and scavenging ducts |
Publications (1)
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DE4201127A1 true DE4201127A1 (en) | 1993-07-22 |
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ID=6449713
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