EP1910646A1 - Oscillating piston engine - Google Patents
Oscillating piston engineInfo
- Publication number
- EP1910646A1 EP1910646A1 EP06762927A EP06762927A EP1910646A1 EP 1910646 A1 EP1910646 A1 EP 1910646A1 EP 06762927 A EP06762927 A EP 06762927A EP 06762927 A EP06762927 A EP 06762927A EP 1910646 A1 EP1910646 A1 EP 1910646A1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- piston
- pistons
- working chamber
- oscillating
- housing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
- F01C9/00—Oscillating-piston machines or engines
- F01C9/005—Oscillating-piston machines or engines the piston oscillating in the space, e.g. around a fixed point
Definitions
- the invention relates to a rotary piston machine, comprising a housing which has an at least approximately spherical inner wall, and having at least two pistons, which can rotate together with the housing about a rotational axis fixed to the housing, and during pivoting around the rotational axis reciprocating pivotal movements about at least one Run to the axis of rotation perpendicular pivot axis, wherein the pivoting movements of the two pistons are directed in opposite directions, and wherein the two pistons each having an end surface which face each other and each define an end face of a working chamber, which is disposed completely outside the axis of rotation and circumferentially by a working chamber wall is limited.
- a rotary piston engine of this type can be used in particular as an internal combustion engine, in the case of using the oscillating piston engine as an internal combustion engine, the individual cycles of intake, compression, ignition, expansion and expulsion of the combustion mixture by reciprocating pivotal movements of the at least two pistons between two end positions taught.
- the oscillating pistons thereby run around in the housing about a common axis of rotation fixed to the housing, wherein the rotational movement of the pistons can be tapped off as a rotational movement of an output shaft.
- the pivotal piston drove the mentioned reciprocating pivoting movements.
- the known oscillating piston engine has a housing, which is formed on the inside spherical, wherein the respective pivot axis of the piston is formed by a common pivot axis which extends through the housing center perpendicular to the axis of rotation.
- the known oscillating piston engine has a total of four pistons, two of which are rigidly connected to each other with respect to the pivot axis diametrically opposite to a double piston, wherein between the two pistons of a pair of pistons a bearing portion is present, which is formed by a narrow bearing ring.
- Both pairs of pistons are mounted pivotably about their respective bearing ring on a Achszapten, which forms the pivot axis, with respect to the pivot axis.
- the bearing rings of the pairs of pistons sit spaced from each other approximately at the ends of the axle journal, wherein between the two bearing rings another ring sits aut the journal on which the Abt ⁇ ebswelle is attached.
- the respective bearing section a side wall portion arranged for both pistons of the pair for laterally limiting the two working chambers of the oscillating piston engine, wherein the side wall portion has a working surface facing straight flat which is completely perpendicular to the pivot axis.
- the two working chambers of the known oscillating piston engine each have the shape of a ball wedge.
- the pistons themselves are also in the form of ball splines.
- the known oscillating piston engine has good running characteristics when used as an internal combustion engine, there is a difficulty in igniting the working chambers in which, in the case of using the oscillating piston engine, a fuel-air mixture ignites under high pressure and is expanded to seal reliably. Due to the kugelkeilformigen design of the piston specially adapted to this form seals must be used, but their sealing properties are not easy to control. Furthermore, the ignition and expansion of a fuel-air mixture in a kugelkeilformigen working chamber is not optimal, which affects the efficiency of the oscillating piston engine.
- oscillating piston machine of the type mentioned in the introduction is known from document US Pat. No. 3,075,506, which is similar to that of WO 03/067033.
- the invention is therefore the object of developing a rotary piston engine of the type mentioned in such a way that the above-mentioned disadvantages are avoided.
- the oscillating piston engine should be constructed so that a structurally simple measures a reliable sealing of the at least one working chamber is made possible and that the efficiency is improved in the case of use as an internal combustion engine.
- this object is achieved with respect to the initially mentioned oscillating piston engine in that the working chamber formed by the two end surfaces of the two pistons and the working chamber wall and the pistons have the shape of an annular bead portion at least in the region of their end facing the working chamber.
- the oscillating-piston engine according to the invention thus dissolves from the previous concept of such oscillating-piston engines which make at least one working chamber spherical-wedge-shaped in that the at least one working chamber has the shape of a section of an annular bead in the oscillating piston engine according to the invention.
- annular bead segment shape is also understood to mean a tubular arc shape or a torus segmental shape, although, in contrast to the mathematical definition of a torus, a non-circular cross section of the working chamber is also possible.
- the design of the at least one working chamber in the form of an annular bead section has the advantage over the known oscillating piston machines that the at least one working chamber is approximated to the shape of a cylinder of a classic reciprocating engine, so that with regard to the sealing problem, proven concepts from the field of reciprocating piston engines can be used.
- the Ringwulsttoim is compared to the ball wedge shape also better for the combustion process that takes place in the working chamber, suitable, because in this regard, the erhndungsgedorfe oscillating piston engine is closer to a classic reciprocating engine rather than the known oscillating piston engines.
- the curvature of the working chamber and / or the piston is concentric with the pivot axis.
- the advantage of this measure is that a concentric curvature of the working chamber and / or the piston is optimally adapted to the ball geometry of the housing of the oscillating piston engine.
- the space available within the housing is optimally utilized for the at least one working chamber.
- the working chamber and / or the pistons are / are circular in cross-section perpendicular to the direction of the pivoting movement of the pistons, at least in the area of their end surface facing the working chamber.
- the pistons can be provided with circular seals, so that in this embodiment can be made of the many years of experience in the field of reciprocating engines.
- the at least one working chamber is identical to a cylinder of a classic reciprocating engine except for the curvature of the working chamber about the pivot axis.
- the working chamber and / or the piston which is circular in cross-section
- the working chamber and / or the pistons are designed to be ellipse-shaped in cross-section perpendicular to the direction of the pivoting movement of the pistons.
- An advantage of this measure can be seen in the fact that the working chamber can be dimensioned larger in the direction of the axis of rotation than in a circular configuration.
- the working chamber and / or the pistons may have a convex shape in cross-section on one side and a concave shape on the opposite side.
- the two pistons are pivotable about the same pivot axis.
- This embodiment has the advantage of a structurally simple construction, since only one bearing axis for the pivoting movements about the pivot axis has to be provided for the two pistons.
- the piston is connected to a first piston plate rotatable about the pivot axis and the other piston is connected to a second piston plate rotatable about the pivot axis, wherein the first and the second piston plate are movable relative to each other with respect to the pivot axis.
- the two pistons are preferably screwed and / or adhesively bonded to the respectively associated piston plates, so that the arrangement of piston plate and piston forms an integral unit.
- a through the middle of the housing extending journal as in the known oscillating piston machines for pivotal mounting of the piston is saved in this way, which has the advantage that the working chamber defined by the two pistons can extend closer to the center of the housing than in the known oscillating piston engines.
- first and the second piston plate together form a part of the working chamber wall. Accordingly, therefore, the first and the second plates are formed so as to form part of the annular bead portion shape.
- the two plates thus not only take over the function of the pivotable mounting of the piston about the pivot axis, but at the same time the function of forming the working chamber wall, which has the advantage of further simplifying the structure of the oscillating piston engine according to the invention.
- two further pistons are arranged in the housing and run together with the two other pistons together about the axis of rotation, wherein between two opposite end surfaces of the two further pistons, a second working chamber is formed, the other working chamber with respect to the axis of rotation or ., The diametrically opposite the pivot axis.
- the oscillating piston engine according to the invention also has four pistons as the known oscillating piston engines, but with the difference that the two working chambers of the oscillating piston engine according to the invention each have the shape of an annular bead or pipe bend.
- the four pistons are pivotable about the same pivot axis.
- the structural design of the oscillating piston engine according to the invention is not increased in this embodiment with four pistons over a design with two pistons, but in contrast to a design with two pistons, the mass balance and the total working chamber volume is increased.
- the four pistons are arranged so that the two working chambers increase and decrease in the same direction in the same direction due to the pivoting movements of the piston.
- the advantage of this measure is that take place at each full revolution of the piston about the axis of rotation two working cycles of expanding (working), so that the oscillating piston engine according to the invention is self-running in the embodiment with four pistons, and not coupled with a second corresponding oscillating piston engine got to.
- the latter can also be provided, for example, to realize a motor with more than two working chambers.
- first two pistons are assigned a first and a second piston plate for mounting about the pivot axis
- one of the two further pistons is connected to the first piston plate and the one with the first piston plate also connected piston diametrically opposite to the pivot axis
- the other of the two further pistons is connected to the second piston plate and diametrically opposite to the second piston plate also connected to the piston with respect to the pivot axis.
- two pistons are thus connected to the first piston plate and the second piston plate, in particular rigidly connected, whereby only two piston plates are required for the storage of the four pistons and to bring about the pivoting movements about the pivot axis, which is the design effort of the invention Holding the oscillating piston machine low.
- a further chamber is formed on the two working chambers facing away from each end adjacent pistons each, which are sealed against the working chambers and shrink in opposite directions to the working chambers due to the pivotal movement of the piston and enlarge and serve as pre-pressure chambers.
- This measure which is known per se, has the advantage that the oscillating-piston machine according to the invention can also be designed with a self-charging effect, so that no external charging is required.
- the introduced in the two chambers fresh air is due to the pivotal movement of the piston, while the two working chambers increase in size, compressed, and is then passed in a suitable manner in one of the working chambers.
- the chambers can each communicate with one of the two working chambers via valves arranged in the piston in order to inject precompressed air into the chambers into the respective working chamber.
- This embodiment has the advantage that the communication between the two chambers and in each case one of the two working chambers takes place without lines provided on the outside of the housing, as a result of which a compact construction of the oscillating-piston machine according to the invention is ensured.
- the pistons are accommodated in a piston cage whose outer side facing the inner wall of the housing is substantially closed and spherical, wherein the pistons are immovable relative to the axis of rotation relative to the piston cage and movable relative to the pivot axis relative to the piston cage.
- This embodiment differs fundamentally from the configuration of the known oscillating piston engine in that here the piston cage takes over the actual housing of the pistons, so that the rotational movement takes place about the axis of rotation only between the outside of the piston cage and the inner wall of the housing.
- the reciprocating pivotal movements of the pistons about the pivot axis take place only on the inner wall of the spherical piston cage.
- the working chambers and possibly the two additionally provided chambers are arranged on the piston rear sides completely within the piston cage.
- part of an inner side of the piston cage facing the piston forms part of the working chamber wall of the at least one working chamber.
- the oscillating piston engine according to the invention can be constructed with few parts and simple by the piston cage simultaneously assumes the function of forming a part of the working chamber wall of at least one working chamber or in the case of four pistons of the two working chambers.
- an inner wall portion of the piston cage forms the working chamber wall together with the piston plates.
- the piston cage has at least one shaft which is arranged concentrically to the axis of rotation and extends out of the housing from the outside of the piston cage.
- a control mechanism is provided for deriving the pivoting movement of the piston from the circulating movement about the axis of rotation, which has at least one piston-fixed running member which is guided in a housing-fixed control cam.
- the housing-fixed running member is connected to one of the pistons via a journal, which protrudes through a slot-shaped opening in the piston cage.
- the running member has two ball-layer-shaped rollers which are adjacent in the radial direction with respect to the axis of rotation and have different maximum diameters, the control cam correspondingly having two cam sections adjacent to the rollers which are adjacent in the radial direction.
- the known oscillating piston machines have compared with rollers, which are cylindrical or conical.
- the spherical-layer-shaped and thus externally round configuration of the rollers of the oscillating piston engine according to the invention has the advantage that the explosion forces occurring during operation of the oscillating piston engine can be better transmitted to the control cam via the rollers and absorbed by the latter, because the round shape of the rollers better to the ball geometry the machine is adapted.
- Figure 1 shows a swing piston engine in a perspective overall view with closed housing
- Figure 2 shows the oscillating piston engine in Figure 1 in a perspective view, wherein the housing is shown in partial sectional view in two sections along two mutually perpendicular planes.
- Figure 3 is a substantially planar sectional view of the oscillating piston engine in Figure 1 in a first end position (TDC position) of the piston of the oscillating piston engine.
- Figure 5 is another perspective and partially sectioned view of
- FIG. 6a and b shows two pistons and a piston plate assigned to the two pistons, FIG. 6a) showing the pistons and the piston plate in an exploded view. ment and Figure 6b) shows the same arrangement in the assembled state;
- Figure 7 is an illustration of the arrangement of four pistons with two piston plates in an exploded view
- Figure 8 is a further sectional view of the oscillating piston engine in Figure 1 with a removed housing half;
- Figure 9 shows the arrangement of pistons, piston plates and parts of the piston cage in perspective view
- FIG. 10 shows the arrangement in FIG. 9 in a representation rotated through approximately 90 ° and additionally with a housing half;
- Figure 11 is an exploded view of the entire oscillating piston engine in
- FIG. 1 The first figure.
- Figure 12 is an overall perspective view of the piston cage with the piston received therein.
- FIGS. 6 and 7 a provided with the general reference numeral 10 oscillating piston engine is shown in an overall representation. Further details or individual parts of the oscillating piston engine 10 are shown in FIGS. 6 and 7 as well as 9 and 12.
- the oscillating piston engine 10 is configured in the exemplary embodiment shown as an internal combustion engine. In addition to a use of the oscillating piston engine 10 as an internal combustion engine, however, a use of the oscillating piston engine 10 as a compressor, pump or the like is also conceivable with slight modifications.
- the oscillating-piston engine 10 has a housing 12 which has essentially spherical symmetry.
- the housing 12 is composed of a housing half 14 and a housing half 16, which are detachably connected to one another via housing flanges 18a and 18b by means of a screw connection
- the oscillating piston engine 10 has a shaft 20 and a shaft 22 which protrude from the housing 12 on both sides Instead of two shafts 20 and 22, however, only one of the shafts 20 or 22 may be provided.
- the shafts 20 and 22 serve as output shafts or drive shafts, depending on the use of the swivel piston dies 10
- a plurality of opening cross sections are further provided, namely two F ⁇ sch Kunststoff-Ansaugquerschmtte 24 and 26, can be admitted via the fresh air into the interior of the housing 12 for the combustion process. Furthermore, an ejection cross-section 28 is provided, can be ejected again through the combusted fuel-air mixture.
- the housing 12 further comprises a raised portion 30 which is einstuckig formed on the housing 12, and in the interior of a control cam is recessed in the form of a groove which is part of a control mechanism of the oscillating piston engine 10, and which will be described later.
- An inner wall 32 of the housing 12 is spherical.
- the housing 12 at least two, in the present exemplary embodiment, four pistons are arranged, namely a first piston 34, a second piston 36, a third piston 38 and a fourth piston 40th
- the pistons 34 to 40 can rotate in the housing 12 about a housing-fixed axis of rotation 42, which is to be understood as a geometric axis.
- the shafts 20 and 22 are arranged concentrically with the axis of rotation 42.
- the four pistons 34 to 40 run around the rotation axis 42 together, that is, do not change their relative position to each other with respect to the rotation axis 42 during rotation.
- the pistons 34 to 40 When revolving around the axis of rotation 42, the pistons 34 to 40 perform reciprocating pivoting movements about a common pivot axis 44 common to all pistons 34 to 40, which extends perpendicular to the axis of rotation 42.
- the pivot axis 44 and the axis of rotation 42 intersect at the ball center of the housing 12.
- the pivot axis 44 which is also to be understood as a geometric axis rotates with the pistons 34 to 40 around the rotation axis 42 around, so changes their spatial position during operation of the Oscillating piston machine 10.
- pistons 34 to 40 two pistons each form a pair of pistons, and these are the pistons 34 and 36 on the one hand and the pistons 38 and 40 on the other hand.
- the pistons 34 and 36 which form the first pair of pistons, when rotating about the rotation axis 42 in opposite directions directed pivoting movements, that is, when the piston 34 is pivoted about the pivot axis 44 in a clockwise direction, the piston 36 pivots counterclockwise.
- Each of the pistons 34 to 40 has an end surface, namely, the piston 34 has an end surface 46, the piston 36 has an end surface 48, the piston 38 has an end surface 50, and the piston 40 has an end surface 52.
- Respectively facing end surfaces that is, the end surfaces 46 and 48 of the pistons 34 and 36 on the one hand and the end surfaces 50 and 52 of the pistons 38 and 40 on the other hand define respectively a working chamber 54 and 56, with respect to the pivot axis 44 and the rotation axis 42nd arranged diametrically opposite
- the working chambers 54 and 56 which are completely separated and sealed from each other, serve as spaces for a Carnot cycle of a combustion cycle.
- a fuel-air mixture is admitted, compressed, ignited and expanded and ejected again, wherein the above-mentioned individual clocks in the Häkdiniiiern 54 and 56 offset by 180 ° to each other, that is, for example, when in the working chamber 54 embedded fuel-air mixture is compressed, in the working chamber 56 burned fuel-air Expelled mixture.
- the working chambers 54 and 56 are arranged entirely outside the axis of rotation 42, namely runs an imaginary line passing through the center of the working chambers 54 and 56 and through the Gehauseffenddling, perpendicular to the axis of rotation 42nd
- the working chamber 54 is frontally limited by the end faces 46 and 48 of the pistons 34 and 36, and the working chamber 56 is frontally bounded by the end faces 50 and 52 of the pistons 38 and 40.
- the working chamber 54 is peripherally bounded by a working chamber wall 58, while the working chamber 56 is delimited by a working chamber wall 60 in circumferential direction.
- the working chamber walls 58 and 60 are only half shown in the circumferential direction, for example in FIG.
- the geometry of the end surfaces 46 and 48 of the pistons 34 and 36 and the geometry of the Aibeitsschand 58 is selected so that the working chamber 54 exhibits the shape of an annular bead portion, that is tubular arc-like. Accordingly, the pistons 34 and 36 in the region of the working chamber 54 facing ends in the form of an annular bead section or pipe arc-like design. In cross-section perpendicular to the direction of pivotal movement of the pistons 34 and 36, the working chamber 54 and the pistons 34 and 36 are circular, as well as the end surfaces 46 and 48, as is apparent from Figure 2 or Figure 5.
- the geometry described too far with respect to the working chamber 54 also applies to the geometry of the working chamber 56, which to this extent is identical to the working chamber 54.
- pistons 34 and 36 According to the circular cross-sectional configuration of the pistons 34 and 36 and corresponding to the working chamber 54, the pistons 34 and 36 with circular piston rings 62 and 64th (Piston 34) and circular piston rings 66 and 68 (piston 36) provided to seal the working chamber 54. Corresponding piston rings are provided for the pistons 38 and 40.
- FIG. 3 shows the pistons 34 to 40 in an end position in which the working chambers 54, 56 occupy their minimum volume. This is the so-called TDC position of the pistons 34 to 40.
- FIG. 4 shows an end position of the pistons 34 to 40, in which the volumes of the working chambers 54 and 56 are maximum.
- This end position of the pistons 34 to 40 is the so-called UT position.
- the pistons 34 to 40 occupy twice the TDC position and twice the UT position. In each of the working chambers 54 and 56 thus takes place at a full umlaut of the pistons 34 to 40 about the rotation axis 42, a full Carnot cycle instead.
- FIGS. 6 and 7 the mounting of the pistons 34 to 40 about the pivot axis 44 will be described in more detail below.
- the piston 34 and 38 is associated with a piston plate 70 to which the pistons 34 and 38 attached bind.
- the attachment of the pistons 34 and 38 to the piston plate 70 is accomplished by means of screwing in bores 71 and 73 and / or by gluing the piston 34 and 38 with the piston plate 70.
- the pistons 36 and 40 are assigned a further piston plate 72, which is formed identically to the piston plate 70.
- the pistons 34 and 38 are offset from each other on the piston plate 70 by 180 ° with respect to the pivot axis 44, with the end surface 46 of the piston 34 and the end surface 50 of the piston 38 pointing in the same direction with respect to the pivot axis 44.
- the same arrangement is encountered for the end surfaces 48 and 52 of the pistons 36 and 40 on the piston plate 72, but opposite to the pistons 34 and 38.
- the pistons 34 and 38 and 36 and 40 facing surface 76 (piston plate 70) and 78 (piston plate 72) is formed in cross section in each case in the form of about a quarter circle, so that the surfaces 76 and 78 of Figure 9 together in cross section approximately one Form a semicircle.
- the piston plates 70 and 72 are rotatably mounted about the pivot axis 44 in a clockwise and counterclockwise direction, wherein the two piston plates 70 and 72 with respect to the pivot axis 44 relative to each other in opposite directions rotation.
- a respective end 80 of the piston plate 70 facing the center of the housing and an end 82 of the piston plate 72 facing the end 80 are concave Recess provided, wherein in the concave recesses of Figure 7, a ball 84 is inserted, which has an equatorial ring 86 which serves as a seal between the two piston plates 70 and 72.
- the piston plates 70 and 72 are rotatable relative to the ball 84 about the pivot axis 44 in opposite directions.
- the piston plates 70 and 72 each have a bearing pin 88 and 90, via which the piston plates 70 and 72 are mounted to form the Schwenkachs ⁇ 44, in a respective bearing sleeve 92 and 94 ( Figure 5), wherein a respective bearing clamping ring 96th or 98, the piston plate 70 and 72 clamped towards the middle of the housing.
- the bearing clamping rings 96 and 98 are supported by a plurality of compression springs 104 and 106 distributed circumferentially on annular flanges 100 and 102, respectively, of the piston plates 70, 72.
- the annular flanges 100 and 102 are conically shaped in cross section and form sealing ring body for sealing the working chambers 54 and 56, respectively.
- the bearing pins 88 and 90 of the piston plates 70 and 72 are rotatably mounted about ball bearings 108 and 110 about the pivot axis 44 ( Figure 8).
- the bearing clamping rings 96 and 98 are formed in the form of a ball ring segment. Facing the outer ends of the bearing journals 88 and 90, a spherical cap-shaped end cap 112 or 114 is respectively arranged on the bearing clamping rings 96 and 98, whose outer contour adapts without any transition to the part-spherical outer contour of the bearing clamping rings 96 and 98.
- the piston cage 120 has, as is apparent from Figure 12, a substantially closed and overall spherical outer side, which in the in the housing 12 is in the installed state of the inner wall 32 of the housing 12 immediately adjacent.
- Substantially closed here means that the piston cage 120 has only a few openings, for example an opening 122 which alternately releases or closes the openings of the discharge cross section 28 and a corresponding opening for the spark plug when the piston cage 120 revolves around the rotation axis 42.
- the opening 122 may be provided, for example, with a radially acting and possibly spring-assisted seal. Offset by 180 ° about the axis of rotation 32 is a corresponding opening 123 ( Figure 3) in the Koibenhimfig available.
- the Kugeläquator vomit 116, 118 together form a part of the working chamber walls 58 and 60 on its inside. Overall, the working chamber walls 58 and 60 are thus formed by the piston plates 70, 72 and the Kugeläquator petitionschalen 116 and 118.
- the piston cage 120 rotates as a whole in the housing 12 about the rotation axis 42.
- the Kugeläquator Halbschalen 116, 118 also carry the two shafts 20 and 22, that is, the latter are firmly connected to the piston cage 120.
- Cooling fins are preferably formed on the outside of the piston cage 120 to increase the surface area of the piston cage 120 for improved cooling.
- Such cooling ribs may be formed by material recesses in order not to increase the outer diameter of the piston cage.
- the orientation of the cooling fins in the longitudinal direction of the rotation axis 32 so that the introduced between the housing 12 and the piston cage 120 cooling air is swirled by the rotating around the rotation axis 32 cooling fins, whereby the heat absorption of the air is improved.
- the following describes how the pivotal movement of the pistons 34 to 40 about the pivot axis 44 is derived from the orbital motion of the pistons 34 to 40 about the axis of rotation 42.
- a Sleue ⁇ nechanismus which comprises at least one, in the present Ausf recounthrungsbeispiel two, running members 124, 126.
- the running members 124 and 126 are shown for example in Figures 3 and 4.
- the running member 124 is fixedly connected to the piston 34, via a spindle 128.
- the further running member 126 is fixedly connected to the piston 40, via an axle journal 132, which projects out of the piston cage 120 through a slot 134 which is also formed in the ball equator half shell 116.
- the running members 124, 126 run in a formed in the housing 12 as a groove cam 136, wherein the control cam 136 is associated with both Laufgliedern 124 and 126 together.
- the cam 136 is a closed curve having concave and convex portions, which are designed so that when running along the running members 124, 126 on the control cam 136, the pistons 34 and 40 and via their fixed connection with the piston plates 70 and 72, with which also the pistons 36 and 38 are connected, the pistons 36 and 38 perform around the pivot axis 44 reciprocating pivotal movements.
- the running members 124, 126 each have two in the radial direction with respect to the pivot axis 44 adjacent ball-shaped rollers 138, 140 and 142, 144 on.
- two further chambers 150 and 152 are provided in the housing 12, more precisely within the Koibenka ⁇ gs 120, namely on the two working chambers 54 and 56 facing away from the end faces of the adjacent pistons 34 and 40 on the one hand and the adjacent Pistons 36 and 38 on the other.
- the chambers 150 and 152 are sealed against the working chambers 54, 56 and shrink in opposite directions to the working chambers 54, 56 when the pistons 34 to 40 pivot about the pivot axis.
- the piston 36 is shown in Figure 7, all pistons 34 to 40 on their chambers 150, 152 limited rear end faces cavernous depressions 154 in order to increase the volume of the chambers 150 and 152 through this cavernous depression 154.
- the Kugeläquator vomschalen 116 and 118 of the Kolbenkafigs 120 have in extension of the shafts 20 and 22 tabs 156, 158 which circumferentially about the pivot axis 44 directed extensions 160, the pivoting of the pistons 34 to 40 to the rotation axis 42 in the cavernous depressions 154 submerge and thus almost completely displaced the air therein.
- the chambers 150 and 152 serve as pre-pressure chambers into which fresh air is introduced from outside through the housing 12 (fresh air intake sections 24, 26) and the piston carcass 120 (openings 122, 123) into both chambers 150 and 152 at the same time, which is then maximally compressed in the UT position of the pistons 34 to 40 according to FIG.
- fresh air ducts 172, 173 are visible, which extend around the die axis 42 in the circumferential direction in the inner wall 32 of the housing 12, starting from the fresh air intake cross sections 24 and 26, respectively.
- the F ⁇ schiuftkanale 172, 173 may also have a greater width.
- the fresh air passes through openings 174 and 175 ( Figure 6) in the piston plate 70 and corresponding openings 176, 177 in the piston plate 72 then into the chambers 150 and 152, respectively, to flood them with fresh air.
- This compressed air in the chambers 150 and 152 is then injected into one of the two working chambers 54 and 56, into that of the working chambers 54 and 56, in which the working stroke of the fuel inlet and the subsequent sealing of the fuel and air Mixture takes place.
- valves 34 to 40 are integrated in the pistons, namely a valve 162 in the piston 34, a valve 164 in the piston 36, a valve 166 in the piston 38 and a valve 168 in the piston 40.
- the chambers 150 and 152 not only serve exclusively as admission pressure chambers, but also assume the function of cooling the oscillating piston engine 10.
- lubricant channels 180 and 182 are provided, for example in the shaft 20 (see FIG the lubricant in the oscillating piston engine 10 on and is discharged again.
- the piston plates 70 and 72 also each have lubricant channels 188, 190, and in the end caps 112, 114 are corresponding , not shown in the drawing, channels present.
Landscapes
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Abstract
An oscillating piston engine is described, having a housing (12) which has an at least approximately spherical inner wall (32), and having at least two pistons (34, 36) which can jointly revolve in the housing (12) about a fixed rotation axis (42) and, when revolving about the rotation axis (42), perform back-and-forth swivelling movements about at least one swivel axis (44) perpendicular to the rotation axis (42), wherein the swivelling movements of the two pistons (34, 36) are in opposition to one another, and wherein the two pistons (34, 36) each have an end face (46, 48), said end faces (46, 48) facing one another and each defining a front end of a working chamber (54) which is arranged completely outside the rotation axis (42) and is defined at the circumference by a working chamber wall (58). The working chamber (54), formed by the two end faces (46, 48) of the two pistons (34, 36) and the working chamber wall (58), and the pistons (34, 36) have the shape of a toroid section at least in the region of their ends facing the working chamber (54).
Description
Schwenkkolbenmaschine Oscillating piston engine
Die Erfindung betrifft eine Schwenkkolbenmaschine, mit einem Gehäuse, das eine zumindest näherungsweise kugelförmige Innenwand aufweist, und mit zumindest zwei Kolben, die gemeinsam mit dem Gehäuse um eine gehäusefeste Drehachse umlaufen können, und beim Umlaufen um die Drehachse hin- und hergehende Schwenkbewegungen um zumindest eine zur Drehachse senkrechte Schwenkachse ausführen, wobei die Schwenkbewegungen der beiden Kolben gegensinnig zueinander gerichtet sind, und wobei die beiden Kolben jeweils eine Endfläche aufweisen, die einander zugewandt sind und jeweils ein stirnseitiges Ende einer Arbeitskammer definieren, die vollständig außerhalb der Drehachse angeordnet ist und umfänglich durch eine Arbeitskammerwand begrenzt ist.
The invention relates to a rotary piston machine, comprising a housing which has an at least approximately spherical inner wall, and having at least two pistons, which can rotate together with the housing about a rotational axis fixed to the housing, and during pivoting around the rotational axis reciprocating pivotal movements about at least one Run to the axis of rotation perpendicular pivot axis, wherein the pivoting movements of the two pistons are directed in opposite directions, and wherein the two pistons each having an end surface which face each other and each define an end face of a working chamber, which is disposed completely outside the axis of rotation and circumferentially by a working chamber wall is limited.
Ein solche Schwenkkolbenmaschine ist aus dem Dokument WO 03/067033 Al bekanntSuch a reciprocating engine is known from the document WO 03/067033 Al
Eine Schwenkkolbenmaschine dieser Art kann insbesondere als Brennkraftmaschine verwendet werden, im Fall der Verwendung der Schwenkkolbenmaschine als Brennkraftmaschine werden die einzelnen Arbeitstakte des Einlassens, Verdichtens, Zün- dens, Expandierens und Ausstoßens des Verbrennungsgemisches durch hin- und hergehende Schwenkbewegungen der zumindest zwei Kolben zwischen zwei Endstellungen vermittelt.A rotary piston engine of this type can be used in particular as an internal combustion engine, in the case of using the oscillating piston engine as an internal combustion engine, the individual cycles of intake, compression, ignition, expansion and expulsion of the combustion mixture by reciprocating pivotal movements of the at least two pistons between two end positions taught.
Die Schwenkkolben laufen dabei in dem Gehäuse um eine gemeinsame gehäusefeste Drehachse um, wobei die Umlaufbewegung der Kolben als Drehbewegung einer Abtriebswelle abgegriffen werden kann. Beim Umlaufen der Schwenkkolben in dem Gehäuse fuhren die Schwenkkolben die erwähnten hin- und hergehenden Schwenkbewegungen aus.The oscillating pistons thereby run around in the housing about a common axis of rotation fixed to the housing, wherein the rotational movement of the pistons can be tapped off as a rotational movement of an output shaft. When circulating the pivot piston in the housing, the pivotal piston drove the mentioned reciprocating pivoting movements.
Die bekannte Schwenkkolbenmaschine weist ein Gehäuse auf, das innenseitig kugelförmig ausgebildet ist, wobei die jeweilige Schwenkachse der Kolben durch eine gemeinsame Schwenkachse gebildet ist, die durch die Gehäusemitte senkrecht zur Drehachse verlauft.The known oscillating piston engine has a housing, which is formed on the inside spherical, wherein the respective pivot axis of the piston is formed by a common pivot axis which extends through the housing center perpendicular to the axis of rotation.
Die bekannte Schwenkkolbenmaschine weist insgesamt vier Kolben auf, von denen jeweils zwei bezüglich der Schwenkachse diametral gegenüberliegend zu einem Doppelkolben starr miteinander verbunden sind, wobei zwischen den beiden Kolben eines Kolbenpaares ein Lagerabschnitt vorhanden ist, der durch einen schmalen Lagerring gebildet ist. Beide Kolbenpaare sind über ihren jeweiligen Lagerring auf einem Achszapten, der die Schwenkachse bildet, über Kreuz bezuglich der Schwenkachse verschwenkbar gelagert. Die Lagerringe der Kolbenpaare sitzen voneinander beabstandet etwa an Enden des Achszapfens, wobei zwischen den beiden Lagerringen ein weiterer Ring aut dem Achszapfen sitzt, an dem die Abtπebswelle befestigt ist. Des weiteren ist an jedem Kolbenpaar dem jeweiligen Lagerabschnitt gegenüberliegend
ein Seitenwandabschnitt für beide Kolben des Paares zur seitlichen Begrenzung der zwei Arbeitskammern der Schwenkkolbenmaschine angeordnet, wobei der Seitenwandabschnitt eine der Arbeitskammer zugewandte gerade Flache aufweist, die vollständig senkrecht zur Schwenkachse steht.The known oscillating piston engine has a total of four pistons, two of which are rigidly connected to each other with respect to the pivot axis diametrically opposite to a double piston, wherein between the two pistons of a pair of pistons a bearing portion is present, which is formed by a narrow bearing ring. Both pairs of pistons are mounted pivotably about their respective bearing ring on a Achszapten, which forms the pivot axis, with respect to the pivot axis. The bearing rings of the pairs of pistons sit spaced from each other approximately at the ends of the axle journal, wherein between the two bearing rings another ring sits aut the journal on which the Abtπebswelle is attached. Furthermore, opposite to each pair of pistons the respective bearing section a side wall portion arranged for both pistons of the pair for laterally limiting the two working chambers of the oscillating piston engine, wherein the side wall portion has a working surface facing straight flat which is completely perpendicular to the pivot axis.
Die beiden Arbeitskammern der bekannten Schwenkkolbenmaschine weisen jeweils die Form eines Kugelkeils auf. Die Kolben selbst weisen ebenfalls die Form von Kugelkeilen auf Obwohl die bekannte Schwenkkolbenmaschine im Falle der Verwendung als Brennkraftmaschine gute Laufeigenschaften zeigt, besteht eine Schwierigkeit dann, die Arbeitskammern, in denen im Fall der Verwendung der Schwenkkolbenmaschine ein Brennstoff-Luft-Gemisch unter hohem Druck gezündet und expandiert wird, zuverlässig abzudichten. Aufgrund der kugelkeilformigen Ausgestaltung der Kolben müssen speziell an diese Form angepasste Dichtungen verwendet werden, deren Dichtungseigenschaften jedoch nicht einfach zu beherrschen sind. Des Weiteren ist auch die Zündung und Expansion eines Brennstoff-Luft-Gemischs in einer kugelkeilformigen Arbeitskammer nicht optimal, was den Wirkungsgrad der Schwenkkolbenmaschine beeinträchtigt.The two working chambers of the known oscillating piston engine each have the shape of a ball wedge. The pistons themselves are also in the form of ball splines. Although the known oscillating piston engine has good running characteristics when used as an internal combustion engine, there is a difficulty in igniting the working chambers in which, in the case of using the oscillating piston engine, a fuel-air mixture ignites under high pressure and is expanded to seal reliably. Due to the kugelkeilformigen design of the piston specially adapted to this form seals must be used, but their sealing properties are not easy to control. Furthermore, the ignition and expansion of a fuel-air mixture in a kugelkeilformigen working chamber is not optimal, which affects the efficiency of the oscillating piston engine.
Eine weitere mit der zuvor beschriebenen bekannten Schwenkkolbenmaschine vergleichbare Schwenkkolbenmaschine ist aus dem Dokument WO 2005/064119 Al bekannt. Auch bei dieser Schwenkkolbenmaschine sind die Arbeitskammern und die Kolben kugelkeilformig ausgebildet, wobei bei dieser Schwenkkolbenmaschine die einander zugewandten Endflachen der Kolben eines Kolbenpaares auf ihrer der Schwenkachse zugewandten Seite konkav abgerundet sind, wodurch das zuvor beschriebene Problem zwar abgemildert, jedoch nicht vollständig beseitigt ist.A further comparable with the previously described known oscillating piston engine oscillating piston engine is known from document WO 2005/064119 Al. Also in this oscillating piston engine, the working chambers and the piston are formed kugelkeilformig, wherein the facing end surfaces of the piston of a pair of pistons are concavely rounded on its side facing the pivot axis in this oscillating piston engine, whereby the above-described problem is indeed mitigated, but not completely eliminated.
Eine weitere Schwenkkolbenmaschine der eingangs genannten Art ist aus dem Dokument US-A-3 075 506 bekannt, die derjenigen aus WO 03/067033 ähnlich ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schwenkkolbenmaschine der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die vorstehend genannten Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll die Schwenkkolbenmaschine so aufgebaut sein, dass mit konstruktiv einfachen Maßnahmen eine zuverlässige Abdichtung der zumindest einen Arbeitskammer ermöglicht wird und dass der Wirkungsgrad im Fall der Verwendung als Brennkraftmaschine verbessert wird.Another oscillating piston machine of the type mentioned in the introduction is known from document US Pat. No. 3,075,506, which is similar to that of WO 03/067033. The invention is therefore the object of developing a rotary piston engine of the type mentioned in such a way that the above-mentioned disadvantages are avoided. In particular, the oscillating piston engine should be constructed so that a structurally simple measures a reliable sealing of the at least one working chamber is made possible and that the efficiency is improved in the case of use as an internal combustion engine.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich der eingangs genannten Schwenkkolbenmaschine dadurch gelöst, dass die durch die beiden Endflächen der beiden Kolben und die Arbeitskammerwand gebildete Arbeitskammer und die Kolben zumindest im Bereich ihres der Arbeitskammer zugewandten Endes die Form eines Ringwulstabschnitts aufweisen.According to the invention, this object is achieved with respect to the initially mentioned oscillating piston engine in that the working chamber formed by the two end surfaces of the two pistons and the working chamber wall and the pistons have the shape of an annular bead portion at least in the region of their end facing the working chamber.
Die erfindungsgemäße Schwenkkolbenmaschine löst sich somit von dem bisherigen Konzept derartiger Schwenkkolbenmaschinen, die zumindest eine Arbeitskammer kugelkeilförmig zu gestalten, indem bei der erfindungsgemäßen Schwenkkolbenmaschine die zumindest eine Arbeitskammer die Form eines Abschnitts einer Ringwulst aufweist.The oscillating-piston engine according to the invention thus dissolves from the previous concept of such oscillating-piston engines which make at least one working chamber spherical-wedge-shaped in that the at least one working chamber has the shape of a section of an annular bead in the oscillating piston engine according to the invention.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist unter einer Ringwulstabschnittform auch eine Rohrbogenform oder eine Torusabschnittform zu verstehen, wobei jedoch im Unterschied zur mathematischen Definition eines Torus auch ein nicht-kreisförmiger Querschnitt der Arbeitskammer möglich ist.For the purposes of the present invention, an annular bead segment shape is also understood to mean a tubular arc shape or a torus segmental shape, although, in contrast to the mathematical definition of a torus, a non-circular cross section of the working chamber is also possible.
Die Ausgestaltung der zumindest einen Arbeitskammer in Form eines Ringwulstabschnitts hat gegenüber den bekannten Schwenkkolbenmaschinen den Vorteil, dass die zumindest eine Arbeitskammer der Form eines Zylinders eines klassischen Hubkolbenmotors angenähert ist, so dass bezüglich der Dichtungsproblematik auf bewährte Konzepte aus dem Bereich der Hubkolbenmotoren zurückgegriffen werden kann.
Die Ringwulsttoim ist gegenüber der Kugelkeilform auch besser für den Verbrennungsvorgang, der in der Arbeitskammer stattfindet, geeignet, weil auch diesbezüglich die erhndungsgemaße Schwenkkolbenmaschine einem klassischen Hubkolbenmotor eher angenähert ist als die bekannten Schwenkkolbenmaschinen.The design of the at least one working chamber in the form of an annular bead section has the advantage over the known oscillating piston machines that the at least one working chamber is approximated to the shape of a cylinder of a classic reciprocating engine, so that with regard to the sealing problem, proven concepts from the field of reciprocating piston engines can be used. The Ringwulsttoim is compared to the ball wedge shape also better for the combustion process that takes place in the working chamber, suitable, because in this regard, the erhndungsgemaße oscillating piston engine is closer to a classic reciprocating engine rather than the known oscillating piston engines.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Krümmung der Arbeitskammer und/oder der Kolben konzentrisch zur Schwenkachse.In a preferred embodiment, the curvature of the working chamber and / or the piston is concentric with the pivot axis.
Dei Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, dass eine konzentrische Krümmung der Arbeitskammer und/oder der Kolben optimal an die Kugelgeometrie des Gehäuses der Schwenkkolbenmaschine angepasst ist. Somit wird bei kompakter Bauweise der erfindungsgemaßen Schwenkkolbenmaschine der innerhalb des Gehäuses zur Verfugung stehende Raum optimal für die zumindest eine Arbeitskammer ausgenutzt.The advantage of this measure is that a concentric curvature of the working chamber and / or the piston is optimally adapted to the ball geometry of the housing of the oscillating piston engine. Thus, in a compact design of the inventive oscillating piston engine, the space available within the housing is optimally utilized for the at least one working chamber.
In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung ist/sind die Arbeitskammer und/oder die Kolben zumindest im Bereich ihrer der Arbeitskammer zugewandten Endflache im Querschnitt senkrecht zur Richtung der Schwenkbewegung der Kolben kreisförmig.In a further preferred embodiment, the working chamber and / or the pistons are / are circular in cross-section perpendicular to the direction of the pivoting movement of the pistons, at least in the area of their end surface facing the working chamber.
Diese besonders bevorzugte Ausgestaltung hat nun den Vorteil, dass die Kolben mit kreisförmigen Dichtungen versehen werden können, so dass bei dieser Ausgestaltung auf die langjährigen Erfahrungen aus dem Bereich der Hubkolbenmotoren zurückgegriffen werden kann. In dieser Ausgestaltung ist die zumindest eine Arbeitskammer mit einem Zylinder eines klassischen Hubkolbenmotors bis auf die Krümmung der Arbeitskammer um die Schwenkachse identisch.This particularly preferred embodiment now has the advantage that the pistons can be provided with circular seals, so that in this embodiment can be made of the many years of experience in the field of reciprocating engines. In this embodiment, the at least one working chamber is identical to a cylinder of a classic reciprocating engine except for the curvature of the working chamber about the pivot axis.
Alternativ zur im Querschnitt kreisförmigen Ausgestaltung der zumindest einen Arbeitskammer und/oder der Kolben kann jedoch auch vorgesehen sein, die Arbeitskammer und/oder die Kolben im Querschnitt senkrecht zur Richtung der Schwenkbewegung der Kolben elhpsenformig auszugestalten.
Ein Vorteil dieser Maßnahme kann darin gesehen werden, dass die Arbeitskammer in Richtung um die Drehachse größer dimensioniert werden kann als bei einer kreisförmigen Ausgestaltung. Es sind auch andere Geometrien als kreisförmig oder ellip- senförmig denkbar, beispielsweise kann die Arbeitskammer und/oder können die Kolben im Querschnitt an einer Seite eine konvexe und auf der gegenüberliegenden Seite eine konkave Form aufweisen.As an alternative to the embodiment of the at least one working chamber and / or the piston which is circular in cross-section, however, it may also be provided that the working chamber and / or the pistons are designed to be ellipse-shaped in cross-section perpendicular to the direction of the pivoting movement of the pistons. An advantage of this measure can be seen in the fact that the working chamber can be dimensioned larger in the direction of the axis of rotation than in a circular configuration. Other geometries than circular or elliptical are conceivable, for example, the working chamber and / or the pistons may have a convex shape in cross-section on one side and a concave shape on the opposite side.
In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung sind die beiden Kolben um dieselbe Schwenkachse verschwenkbar.In a further preferred embodiment, the two pistons are pivotable about the same pivot axis.
Diese Ausgestaltung hat den Vorteil eines konstruktiv einfachen Aufbaus, da für die beiden Kolben nur eine Lagerachse für die Schwenkbewegungen um die Schwenkachse vorgesehen werden muss.This embodiment has the advantage of a structurally simple construction, since only one bearing axis for the pivoting movements about the pivot axis has to be provided for the two pistons.
In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung ist der eine Kolben mit einem ersten um die Schwenkachse drehbaren Kolbenteller und der andere Kolben mit einem zweiten um die Schwenkachse drehbaren Kolbenteller verbunden, wobei der erste und der zweite Kolbenteller bezüglich der Schwenkachse relativ zueinander beweglich sind.In a further preferred embodiment, the piston is connected to a first piston plate rotatable about the pivot axis and the other piston is connected to a second piston plate rotatable about the pivot axis, wherein the first and the second piston plate are movable relative to each other with respect to the pivot axis.
Die beiden Kolben sind mit den ihnen jeweils zugeordneten Kolbentellern vorzugsweise verschraubt und/oder verklebt, so dass die Anordnung aus Kolbenteller und Kolben eine einstückige Einheit bildet. Ein durch die Gehäusemitte verlaufender Achszapfen wie bei den bekannten Schwenkkolbenmaschinen zur schwenkbaren Lagerung der Kolben wird auf diese Weise eingespart, was den Vorteil hat, dass die durch die beiden Kolben definierte Arbeitskammer näher zur Gehäusemitte reichen kann als bei den bekannten Schwenkkolbenmaschinen.The two pistons are preferably screwed and / or adhesively bonded to the respectively associated piston plates, so that the arrangement of piston plate and piston forms an integral unit. A through the middle of the housing extending journal as in the known oscillating piston machines for pivotal mounting of the piston is saved in this way, which has the advantage that the working chamber defined by the two pistons can extend closer to the center of the housing than in the known oscillating piston engines.
Dabei ist es insbesondere bevorzugt, wenn der erste und der zweite Kolbenteller zusammen einen Teil der Arbeitskammerwand bilden.
Entsprechend sind also der erste und der zweite Teller so geformt, dass sie einen Teil der Ringwulstabschnittform bilden. Die beiden Teller übernehmen somit nicht nur die Funktion der verschwenkbaren Lagerung der Kolben um die Schwenkachse, sondern gleichzeitig die Funktion der Ausbildung der Arbeitskammerwand, was den Vorteil einer weiteren Vereinfachung des Aufbaus der erfindungsgemäßen Schwenkkolbenmaschine hat.It is particularly preferred if the first and the second piston plate together form a part of the working chamber wall. Accordingly, therefore, the first and the second plates are formed so as to form part of the annular bead portion shape. The two plates thus not only take over the function of the pivotable mounting of the piston about the pivot axis, but at the same time the function of forming the working chamber wall, which has the advantage of further simplifying the structure of the oscillating piston engine according to the invention.
In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung sind in dem Gehäuse zwei weitere Kolben angeordnet und laufen mit den beiden anderen Kolben gemeinsam um die Drehachse um, wobei zwischen zwei einander gegenüberliegenden Endflächen der beiden weiteren Kolben eine zweite Arbeitskammer gebildet ist, die der anderen Arbeitskammer bezüglich der Drehachse bzw. der Schwenkachse diametral gegenüberliegt.In a further preferred embodiment, two further pistons are arranged in the housing and run together with the two other pistons together about the axis of rotation, wherein between two opposite end surfaces of the two further pistons, a second working chamber is formed, the other working chamber with respect to the axis of rotation or ., The diametrically opposite the pivot axis.
In dieser Ausgestaltung besitzt die erfindungsgemäße Schwenkkolbenmaschine ebenfalls vier Kolben wie die bekannten Schwenkkolbenmaschinen, jedoch mit dem Unterschied, dass die beiden Arbeitskammern der erfindungsgemäßen Schwenkkolbenmaschine jeweils die Form eines Ringwulstabschnitts oder Rohrbogens aufweisen.In this embodiment, the oscillating piston engine according to the invention also has four pistons as the known oscillating piston engines, but with the difference that the two working chambers of the oscillating piston engine according to the invention each have the shape of an annular bead or pipe bend.
Insbesondere ist es in diesem Zusammenhang bevorzugt, wenn die vier Kolben um dieselbe Schwenkachse verschwenkbar sind.In particular, it is preferred in this context if the four pistons are pivotable about the same pivot axis.
Insgesamt wird der konstruktive Aufbau der erfindungsgemäßen Schwenkkolbenmaschine in dieser Ausgestaltung mit vier Kolben gegenüber einer Ausgestaltung mit zwei Kolben nicht erhöht, wobei jedoch im Unterschied zu einer Ausgestaltung mit zwei Kolben die Massenausgeglichenheit und das Gesamtarbeitskammervolumen vergrößert ist.Overall, the structural design of the oscillating piston engine according to the invention is not increased in this embodiment with four pistons over a design with two pistons, but in contrast to a design with two pistons, the mass balance and the total working chamber volume is increased.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die vier Kolben so angeordnet, dass sich die beiden Arbeitskammern aufgrund der Schwenkbewegungen der Kolben gleichsinnig vergrößern und verkleinern.
Der Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, dass bei jeder vollen Umdrehung der Kolben um die Drehachse zwei Arbeitstakte des Expandierens (Arbeitens) stattfinden, so dass die erfindungsgemäße Schwenkkolbenmaschine bereits in der Ausgestaltung mit vier Kolben selbstlaufend ist, und nicht mit einer zweiten entsprechenden Schwenkkolbenmaschine gekoppelt werden muss. Letzteres kann jedoch ebenfalls vorgesehen sein, um beispielsweise einen Motor mit mehr als zwei Arbeitskammern zu realisieren.In a further preferred embodiment, the four pistons are arranged so that the two working chambers increase and decrease in the same direction in the same direction due to the pivoting movements of the piston. The advantage of this measure is that take place at each full revolution of the piston about the axis of rotation two working cycles of expanding (working), so that the oscillating piston engine according to the invention is self-running in the embodiment with four pistons, and not coupled with a second corresponding oscillating piston engine got to. However, the latter can also be provided, for example, to realize a motor with more than two working chambers.
Im Zusammenhang mit der zuvor genannten Ausgestaltung, wonach den beiden ersten Kolben ein erster und ein zweiter Kolbenteller zur Lagerung um die Schwenkachse zugeordnet ist, ist es weiter bevorzugt, wenn einer der beiden weiteren Kolben mit dem ersten Kolbenteller verbunden ist und dem mit dem ersten Kolbenteller ebenfalls verbundenen Kolben bezüglich der Schwenkachse diametral gegenüberliegt, und wenn der andere der beiden weiteren Kolben mit dem zweiten Kolbenteller verbunden ist und dem mit dem zweiten Kolbenteller ebenfalls verbundenen Kolben bezüglich der Schwenkachse diametral gegenüberliegt.In connection with the aforementioned embodiment, according to which the first two pistons are assigned a first and a second piston plate for mounting about the pivot axis, it is further preferred if one of the two further pistons is connected to the first piston plate and the one with the first piston plate also connected piston diametrically opposite to the pivot axis, and when the other of the two further pistons is connected to the second piston plate and diametrically opposite to the second piston plate also connected to the piston with respect to the pivot axis.
Bei dieser Ausgestaltung sind mit dem ersten Kolbenteller und dem zweiten Kolbenteller somit jeweils zwei Kolben verbunden, insbesondere starr verbunden, wodurch für die Lagerung der vier Kolben und zur Herbeiführung der Schwenkbewegungen um die Schwenkachse insgesamt nur zwei Kolbenteller benötigt werden, was den konstruktiven Aufwand der erfindungsgemäßen Schwenkkolbenmaschine gering hält.In this embodiment, two pistons are thus connected to the first piston plate and the second piston plate, in particular rigidly connected, whereby only two piston plates are required for the storage of the four pistons and to bring about the pivoting movements about the pivot axis, which is the design effort of the invention Holding the oscillating piston machine low.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist an den beiden Arbeitskammern abgewandten Stirnseiten jeweils benachbarter Kolben jeweils eine weitere Kammer ausgebildet, die gegen die Arbeitskammern abgedichtet sind und sich gegensinnig zu den Arbeitskammern aufgrund der Schwenkbewegung der Kolben verkleinern und vergrößern und als Vordruckkammern dienen.
Diese an sich bekannte Maßnahme hat den Vorteil, dass auch die erfindungsgemäße Schwenkkolbenmaschine mit einem Selbstaufladungseffekt ausgebildet werden kann, so dass keine externe Aufladung erforderlich ist. Die in den beiden Kammern eingeführte Frischluft wird aufgrund der Schwenkbewegung der Kolben, während sich die beiden Arbeitskammern vergrößern, komprimiert, und wird dann auf geeignete Weise in eine der Arbeitskammern geleitet.In a further preferred embodiment, a further chamber is formed on the two working chambers facing away from each end adjacent pistons each, which are sealed against the working chambers and shrink in opposite directions to the working chambers due to the pivotal movement of the piston and enlarge and serve as pre-pressure chambers. This measure, which is known per se, has the advantage that the oscillating-piston machine according to the invention can also be designed with a self-charging effect, so that no external charging is required. The introduced in the two chambers fresh air is due to the pivotal movement of the piston, while the two working chambers increase in size, compressed, and is then passed in a suitable manner in one of the working chambers.
Hierzu ist es bevorzugt, wenn die Kammern mit jeweils einer der beiden Arbeitskammern über in den Kolben angeordneten Ventilen kommunizieren können, um in den Kammern vorkomprimierte Luft in die jeweilige Arbeitskammer zu injizieren.For this purpose, it is preferred if the chambers can each communicate with one of the two working chambers via valves arranged in the piston in order to inject precompressed air into the chambers into the respective working chamber.
Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Kommunikation zwischen den beiden Kammern und jeweils einer der beiden Arbeitskammern ohne außenseitig am Gehäuse vorgesehene Leitungen erfolgt, wodurch eine kompakte Bauweise der erfindungsgemäßen Schwenkkolbenmaschine gewährleistet ist.This embodiment has the advantage that the communication between the two chambers and in each case one of the two working chambers takes place without lines provided on the outside of the housing, as a result of which a compact construction of the oscillating-piston machine according to the invention is ensured.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die Kolben in einem Kolbenkäfig aufgenommen, dessen der Innenwand des Gehäuses zugewandte Außenseite im Wesentlichen geschlossen und kugelförmig ausgebildet ist, wobei die Kolben bezüglich der Drehachse relativ zum Kolbenkäfig unbeweglich und bezüglich der Schwenkachse relativ zum Kolbenkäfig beweglich sind.In a further preferred embodiment, the pistons are accommodated in a piston cage whose outer side facing the inner wall of the housing is substantially closed and spherical, wherein the pistons are immovable relative to the axis of rotation relative to the piston cage and movable relative to the pivot axis relative to the piston cage.
Diese Ausgestaltung unterscheidet sich grundsätzlich von der Ausgestaltung der bekannten Schwenkkolbenmaschine dadurch, dass hier der Kolbenkäfig die eigentliche Einhäusung der Kolben übernimmt, so dass die Rotationsbewegung um die Drehachse lediglich zwischen der Außenseite des Kolbenkäfigs und der Innenwand des Gehäuses erfolgt. Dem gegenüber finden die hin- und hergehenden Schwenkbewegungen der Kolben um die Schwenkachse lediglich an der Innenwandung des kugelförmigen Kolbenkäfigs statt. Somit sind auch die Arbeitskammern und ggf. die beiden zusätzlich vorgesehenen Kammern auf den Kolbenrückseiten vollständig innerhalb des Kolbenkäfigs angeordnet.
Damit eröffnet sich im Zusammenhang mit einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung, wonach in einer Wand des Kolbenkäfigs Öffnungen vorhanden sind, die beim Umlaufen des Kolbenkäfigs um die Drehachse Öffnungen im Gehäuse wechselweise freigeben und verschließen, der weitere Vorteil, dass auf extern gesteuerte Ventile in der Gehäusewand verzichtet werden kann, um beispielsweise Frischluft in die Arbeitskammern zuzuführen, oder um eine Öffnung für den Zündfunken einer oder mehrerer Zündkerzen freizugeben und wieder zu verschließen. Anstatt mit aufwändigen extern gesteuerten Ventilen kann durch diese Ausgestaltung vorteilhafterweise mit einfachen Radialdichtungen gearbeitet werden, die in den Öffnungen des Kolbenkäfigs angeordnet sind und ggf. federunterstützt sind. Des Weiteren kann auf diese Weise auch das Ausstoßen verbrannten Brennstoff-Luft-Gemisches über die Rotationsbewegung des Kolbenkäfigs gesteuert werden.This embodiment differs fundamentally from the configuration of the known oscillating piston engine in that here the piston cage takes over the actual housing of the pistons, so that the rotational movement takes place about the axis of rotation only between the outside of the piston cage and the inner wall of the housing. In contrast, the reciprocating pivotal movements of the pistons about the pivot axis take place only on the inner wall of the spherical piston cage. Thus, the working chambers and possibly the two additionally provided chambers are arranged on the piston rear sides completely within the piston cage. This opens up in connection with a further preferred embodiment, according to which there are openings in a wall of the piston cage which alternately release and close openings in the housing when the piston cage revolves around the axis of rotation, the further advantage that dispenses with externally controlled valves in the housing wall can be, for example, to supply fresh air into the working chambers, or to release and re-close an opening for the spark of one or more spark plugs. Instead of elaborate externally controlled valves can be advantageously used by this configuration with simple radial seals, which are arranged in the openings of the piston cage and possibly spring-assisted. Furthermore, in this way, the ejection of combusted fuel-air mixture can be controlled via the rotational movement of the piston cage.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung bildet ein Teil einer dem Kolben zugewandten Innenseite des Kolbenkäfigs einen Teil der Arbeitskammerwand der zumindest einen Arbeitskammer.In a further preferred embodiment, part of an inner side of the piston cage facing the piston forms part of the working chamber wall of the at least one working chamber.
Diese Maßnahme hat wiederum den Vorteil, dass die erfindungsgemäße Schwenkkolbenmaschine mit wenigen Teilen und einfach aufgebaut werden kann, indem der Kolbenkäfig gleichzeitig die Funktion der Ausbildung eines Teils der Arbeitskammerwand der zumindest einen Arbeitskammer bzw. im Fall von vier Kolben der beiden Arbeitskammern übernimmt. Vorzugsweise bildet ein Innenwandbereich des Kolbenkäfigs zusammen mit den Kolbentellern die Arbeitskammerwand.This measure in turn has the advantage that the oscillating piston engine according to the invention can be constructed with few parts and simple by the piston cage simultaneously assumes the function of forming a part of the working chamber wall of at least one working chamber or in the case of four pistons of the two working chambers. Preferably, an inner wall portion of the piston cage forms the working chamber wall together with the piston plates.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Kolbenkäfig zumindest eine Welle auf, die konzentrisch zur Drehachse angeordnet ist und sich von der Außenseite des Kolbenkäfigs aus dem Gehäuse heraus erstreckt.In a further preferred embodiment, the piston cage has at least one shaft which is arranged concentrically to the axis of rotation and extends out of the housing from the outside of the piston cage.
Über die Welle kann dann auf konstruktiv vorteilhaft einfache Weise die Rotationsbewegung des Kolbenkäfigs als Drehbewegung zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges beispielsweise abgegriffen werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist zur Ableitung der Schwenkbewegung der Kolben aus deren Umlaufbewegung um die Drehachse ein Steuermechanismus vorhanden, der zumindest ein kolbenfestes Laufglied aufweist, das in einer gehäusefesten Steuerkurve geführt ist.About the shaft can then be tapped in a structurally advantageous simple manner, the rotational movement of the piston cage as a rotary motion for driving a motor vehicle, for example. In a further preferred embodiment, a control mechanism is provided for deriving the pivoting movement of the piston from the circulating movement about the axis of rotation, which has at least one piston-fixed running member which is guided in a housing-fixed control cam.
Ein solcher Steuermechanismus ist bei den bekannten Schwenkkolbenmaschinen bereits vorgesehen, der sich auch bei der erfindungsgemäßen Schwenkkolbenmaschine in Verbindung mit der Ausgestaltung ringwulstförmiger bzw. rohrbogenför- migεr Arbeitskammern vorteilhaft einsetzen lässt.Such a control mechanism is already provided in the known oscillating piston machines, which can also be used advantageously in the oscillating piston engine according to the invention in conjunction with the embodiment of annular-wall-shaped or tubular-arc-shaped working chambers.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das gehäusefeste Laufglied mit einem der Kolben über einen Achszapfen verbunden, der durch eine langlochförmige Öffnung im Kolbenkäfig hindurchragt.In a further preferred embodiment, the housing-fixed running member is connected to one of the pistons via a journal, which protrudes through a slot-shaped opening in the piston cage.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das Laufglied zwei in radialer Richtung bezüglich der Drehachse benachbarte kugelschichtförmige Laufrollen auf, die unterschiedliche maximale Durchmesser aufweisen, wobei die Steuerkurve entsprechend zwei zu den Laufrollen komplementäre in radialer Richtung benachbarte Steuerkurvenabschnitte aufweist.In a further preferred refinement, the running member has two ball-layer-shaped rollers which are adjacent in the radial direction with respect to the axis of rotation and have different maximum diameters, the control cam correspondingly having two cam sections adjacent to the rollers which are adjacent in the radial direction.
Die bekannten Schwenkkolbenmaschinen weisen dem gegenüber Laufrollen auf, die zylindrisch oder konisch ausgebildet sind. Die kugelschichtförmige und somit außenseitig runde Ausgestaltung der Laufrollen der erfindungsgemäßen Schwenkkolbenmaschine hat jedoch den Vorteil, dass die beim Arbeiten der Schwenkkolbenmaschine auftretenden Explosionskräfte besser über die Laufrollen auf die Steuerkurve übertragen und von dieser aufgenommen werden können, weil die runde Form der Laufrollen besser an die Kugelgeometrie der Maschine angepasst ist.The known oscillating piston machines have compared with rollers, which are cylindrical or conical. However, the spherical-layer-shaped and thus externally round configuration of the rollers of the oscillating piston engine according to the invention has the advantage that the explosion forces occurring during operation of the oscillating piston engine can be better transmitted to the control cam via the rollers and absorbed by the latter, because the round shape of the rollers better to the ball geometry the machine is adapted.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.Further advantages and features will become apparent from the following description and the accompanying drawings. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird mit Bezug auf diese hiernach näher beschrieben. Es zeigen:A preferred embodiment is shown in the drawing and will be described in more detail with reference to this. Show it:
Figur 1 eine Schwenkkolbenmaschine in einer perspektivischen Gesamtdarstellung mit geschlossenem Gehäuse;Figure 1 shows a swing piston engine in a perspective overall view with closed housing;
Figur 2 die Schwenkkolbenmaschine in Figur 1 in perspektivischer Darstellung, wobei das Gehäuse in teilweiser Schnittdarstellung in zwei Schnitten entlang zweier zueinander senkrecht stehenden Ebenen dargestellt ist;Figure 2 shows the oscillating piston engine in Figure 1 in a perspective view, wherein the housing is shown in partial sectional view in two sections along two mutually perpendicular planes.
Figur 3 eine im Wesentlichen ebene Schnittdarstellung der Schwenkkolbenmaschine in Figur 1 in einer ersten Endstellung (OT- Stellung) der Kolben der Schwenkkolbenmaschine;Figure 3 is a substantially planar sectional view of the oscillating piston engine in Figure 1 in a first end position (TDC position) of the piston of the oscillating piston engine.
Figur 4 die Schwenkkolbenmaschine in einer Schnittdarstellung ähnlich zuFigure 4, the oscillating piston engine in a sectional view similar to
Figur 3, jedoch in einer zweiten Endstellung (UT-Stellung) der Kolben der Schwenkkolbenmaschine;Figure 3, but in a second end position (UT position) of the piston of the oscillating piston engine;
Figur 5 eine weitere perspektivische und teilweise geschnittene Darstellung derFigure 5 is another perspective and partially sectioned view of
Schwenkkolbenmaschine in Figur 1, wobei die Kolben in ihrer UT- Stellung dargestellt sind;Oscillating piston engine in Figure 1, wherein the pistons are shown in their UT position;
Figur 6a und b) zwei Kolben und ein den beiden Kolben zugeordneter Kolbenteller, wobei Figur 6a) die Kolben und den Kolbenteller in Explosionsdarstel-
lung und Figur 6b) dieselbe Anordnung im fertig montierten Zustand zeigt;6a and b) shows two pistons and a piston plate assigned to the two pistons, FIG. 6a) showing the pistons and the piston plate in an exploded view. ment and Figure 6b) shows the same arrangement in the assembled state;
Figur 7 eine Darstellung der Anordnung aus vier Kolben mit zwei Kolbentellern in einer Explosionsdarsteliung;Figure 7 is an illustration of the arrangement of four pistons with two piston plates in an exploded view;
Figur 8 eine weitere Schnittdarstellung der Schwenkkolbenmaschine in Figur 1 mit einer abgenommenen Gehäusehälfte;Figure 8 is a further sectional view of the oscillating piston engine in Figure 1 with a removed housing half;
Figur 9 die Anordnung aus Kolben, Kolbentellern und Teilen des Kolbenkäfigs in perspektivischer Darstellung;Figure 9 shows the arrangement of pistons, piston plates and parts of the piston cage in perspective view;
Figur 10 die Anordnung in Figur 9 in einer um etwa 90° gedrehten Darstellung und zusätzlich mit einer Gehäusehälfte;FIG. 10 shows the arrangement in FIG. 9 in a representation rotated through approximately 90 ° and additionally with a housing half;
Figur 11 eine Explosionsdarstellung der gesamten Schwenkkolbenmaschine inFigure 11 is an exploded view of the entire oscillating piston engine in
Figur 1; undFIG. 1; and
Figur 12 eine perspektivische Gesamtdarstellung des Kolbenkäfigs mit den darin aufgenommenen Kolben.Figure 12 is an overall perspective view of the piston cage with the piston received therein.
In Figuren 1 bis 5, 8, 10 und 11 ist eine mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 versehene Schwenkkolbenmaschine jeweils in einer Gesamtdarstellung gezeigt. Weitere Einzelheiten bzw. Einzelteile der Schwenkkolbenmaschine 10 sind in den Figuren 6 und 7 sowie 9 und 12 dargestellt.In Figures 1 to 5, 8, 10 and 11, a provided with the general reference numeral 10 oscillating piston engine is shown in an overall representation. Further details or individual parts of the oscillating piston engine 10 are shown in FIGS. 6 and 7 as well as 9 and 12.
Die Schwenkkolbenmaschine 10 ist in dem gezeigten Ausfuhrungsbeispiel als Brennkraftmaschine ausgestaltet. Neben einer Verwendung der Schwenkkolbenmaschine 10 als Brennkraftmaschine ist jedoch auch mit geringfügigen Modifikationen eine Verwendung der Schwenkkolbenmaschine 10 als Kompressor, Pumpe oder dergleichen denkbar.
Gemäß Figur 1 weist die Schwenkkolbenmaschine 10 ein Gehäuse 12 auf, das im Wesentlichen Kugelsymmetrie besitzt Das Gehäuse 12 ist aus einer Gehausehalfte 14 und einei Gehausehalfte 16 zusammengesetzt, die über Gehauseflansche 18a und 18b durch eine Verschraubung losbar miteinander verbunden sindThe oscillating piston engine 10 is configured in the exemplary embodiment shown as an internal combustion engine. In addition to a use of the oscillating piston engine 10 as an internal combustion engine, however, a use of the oscillating piston engine 10 as a compressor, pump or the like is also conceivable with slight modifications. According to FIG. 1, the oscillating-piston engine 10 has a housing 12 which has essentially spherical symmetry. The housing 12 is composed of a housing half 14 and a housing half 16, which are detachably connected to one another via housing flanges 18a and 18b by means of a screw connection
Die Schwenkkolbenmaschine 10 weist eine Welle 20 sowie eine Welle 22 auf, die aus dem Gehäuse 12 beidseitig herausragen Anstelle zweier Wellen 20 und 22 kann jedoch auch nur eine der Wellen 20 oder 22 vorgesehen sein. Die Wellen 20 und 22 dienen als Abtriebs- oder Antriebswellen, je nach der Verwendung der Schwenk- kolbenmdschme 10The oscillating piston engine 10 has a shaft 20 and a shaft 22 which protrude from the housing 12 on both sides Instead of two shafts 20 and 22, however, only one of the shafts 20 or 22 may be provided. The shafts 20 and 22 serve as output shafts or drive shafts, depending on the use of the swivel piston dies 10
Im Gehäuse 12 sind ferner mehrere Offnungsquerschnitte vorgesehen, und zwar zwei Fπschluft-Ansaugquerschmtte 24 und 26, über die Frischluft in das Innere des Gehäuses 12 für den Verbrennungsvorgang eingelassen werden kann. Des Weiteren ist ein Ausstoßquerschnitt 28 vorgesehen, über den verbranntes Brennstoff-Luft- Gemisch wieder ausgestoßen werden kann.In the housing 12 a plurality of opening cross sections are further provided, namely two Fπschluft-Ansaugquerschmtte 24 and 26, can be admitted via the fresh air into the interior of the housing 12 for the combustion process. Furthermore, an ejection cross-section 28 is provided, can be ejected again through the combusted fuel-air mixture.
Das Gehäuse 12 weist ferner einen erhabenen Bereich 30 auf, der einstuckig an dem Gehäuse 12 ausgebildet ist, und in dessen Inneren eine Steuerkurve in Form einer Nut ausgespart ist, die Bestandteil eines Steuermechanismus der Schwenkkolbenmaschine 10 ist, und der spater noch naher beschrieben wird.The housing 12 further comprises a raised portion 30 which is einstuckig formed on the housing 12, and in the interior of a control cam is recessed in the form of a groove which is part of a control mechanism of the oscillating piston engine 10, and which will be described later.
In Figuren 2 bis 5 ist das Gehäuse 12 geschnitten dargestellt, so dass der Innenraum des Gehäuses 12 zu sehen ist. In Figuren 8 und 10 ist eine Gehausehalfte abgenommen.In Figures 2 to 5, the housing 12 is shown in section, so that the interior of the housing 12 can be seen. In Figs. 8 and 10, a housing half is removed.
Eine Innenwand 32 des Gehäuses 12 ist kugelförmig ausgebildet.An inner wall 32 of the housing 12 is spherical.
In dem Gehäuse 12 sind zumindest zwei, in dem vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel vier Kolben angeordnet, und zwar ein erster Kolben 34, ein zweiter Kolben 36, ein dritter Kolben 38 und ein vierter Kolben 40
Die Kolben 34 bis 40 können in dem Gehäuse 12 um eine gehäusefeste Drehachse 42 umlaufen, die als geometrische Achse zu verstehen ist. Die Wellen 20 und 22 sind konzentrisch zu der Drehachse 42 angeordnet. Die vier Kolben 34 bis 40 laufen um die Drehachse 42 gemeinsam um, das heißt verändern ihre Relativposition zueinander bezüglich der Drehachse 42 beim Umlaufen nicht.In the housing 12 at least two, in the present exemplary embodiment, four pistons are arranged, namely a first piston 34, a second piston 36, a third piston 38 and a fourth piston 40th The pistons 34 to 40 can rotate in the housing 12 about a housing-fixed axis of rotation 42, which is to be understood as a geometric axis. The shafts 20 and 22 are arranged concentrically with the axis of rotation 42. The four pistons 34 to 40 run around the rotation axis 42 together, that is, do not change their relative position to each other with respect to the rotation axis 42 during rotation.
Beim Umlaufen um die Drehachse 42 führen die Kolben 34 bis 40 hin- und hergehende Schwenkbewegungen um wiederum eine allen Kolben 34 bis 40 gemeinsame Schwenkachse 44 aus, die senkrecht zur Drehachse 42 verläuft. Die Schwenkachse 44 und die Drehachse 42 schneiden sich im Kugelmittelpunkt des Gehäuses 12. Die Schwenkachse 44, die ebenfalls als geometrische Achse zu verstehen ist, rotiert mit den Kolben 34 bis 40 um die Drehachse 42 herum mit, ändert also ihre räumliche Lage im Betrieb der Schwenkkolbenmaschine 10.When revolving around the axis of rotation 42, the pistons 34 to 40 perform reciprocating pivoting movements about a common pivot axis 44 common to all pistons 34 to 40, which extends perpendicular to the axis of rotation 42. The pivot axis 44 and the axis of rotation 42 intersect at the ball center of the housing 12. The pivot axis 44, which is also to be understood as a geometric axis rotates with the pistons 34 to 40 around the rotation axis 42 around, so changes their spatial position during operation of the Oscillating piston machine 10.
Von den vier Kolben 34 bis 40 bilden jeweils zwei Kolben ein Kolbenpaar, und zwar sind dies die Kolben 34 und 36 einerseits und die Kolben 38 und 40 andererseits.Of the four pistons 34 to 40, two pistons each form a pair of pistons, and these are the pistons 34 and 36 on the one hand and the pistons 38 and 40 on the other hand.
Die Kolben 34 und 36, die das erste Kolbenpaar bilden, führen beim Umlaufen um die Drehachse 42 gegensinnig zueinander gerichtete Schwenkbewegungen aus, das heißt wenn der Kolben 34 um die Schwenkachse 44 im Uhrzeigersinn verschwenkt, verschwenkt der Kolben 36 im Gegenuhrzeigersinn. Das Gleiche gilt für die Kolben 38 und 40, die das zweite Kolbenpaar bilden.The pistons 34 and 36, which form the first pair of pistons, when rotating about the rotation axis 42 in opposite directions directed pivoting movements, that is, when the piston 34 is pivoted about the pivot axis 44 in a clockwise direction, the piston 36 pivots counterclockwise. The same applies to the pistons 38 and 40, which form the second pair of pistons.
Jeder der Kolben 34 bis 40 weist eine Endfläche auf, und zwar der Kolben 34 eine Endfläche 46, der Kolben 36 eine Endfläche 48, der Kolben 38 eine Endfläche 50 und der Kolben 40 eine Endfläche 52.Each of the pistons 34 to 40 has an end surface, namely, the piston 34 has an end surface 46, the piston 36 has an end surface 48, the piston 38 has an end surface 50, and the piston 40 has an end surface 52.
Jeweils einander zugewandte Endflächen, das sind die Endflächen 46 und 48 der Kolben 34 und 36 einerseits und die Endflächen 50 und 52 der Kolben 38 und 40 andererseits, definieren jeweils eine Arbeitskammer 54 bzw. 56, die bezüglich der Schwenkachse 44 bzw. der Drehachse 42 diametral gegenüberliegend angeordnet
sind Die Arbeitskammern 54 und 56, die voneinander vollständig getrennt und abgedichtet sind, dienen als Räume für einen Carnot-Kreisprozess eines Verbren- nungsvoigangs In den Arbeitskammern 54 und 56 wird entsprechend em Brenn- stoff-Luft-Gemisch eingelassen, verdichtet, gezündet und expandiert und wieder ausgestoßen, wobei die zuvor genannten einzelnen Takte in den Arbeitskdiniiiern 54 und 56 um 180° versetzt zueinander ablaufen, das heißt, wenn beispielsweise in der Arbeitskammer 54 eingelassenes Brennstoff-Luft-Gemisch verdichtet wird, wird in der Arbeitskammer 56 verbranntes Brennstoff-Luft-Gemisch ausgestoßen.Respectively facing end surfaces, that is, the end surfaces 46 and 48 of the pistons 34 and 36 on the one hand and the end surfaces 50 and 52 of the pistons 38 and 40 on the other hand define respectively a working chamber 54 and 56, with respect to the pivot axis 44 and the rotation axis 42nd arranged diametrically opposite The working chambers 54 and 56, which are completely separated and sealed from each other, serve as spaces for a Carnot cycle of a combustion cycle. In the working chambers 54 and 56, a fuel-air mixture is admitted, compressed, ignited and expanded and ejected again, wherein the above-mentioned individual clocks in the Arbeitskdiniiiern 54 and 56 offset by 180 ° to each other, that is, for example, when in the working chamber 54 embedded fuel-air mixture is compressed, in the working chamber 56 burned fuel-air Expelled mixture.
Die Arbeitskammern 54 und 56 sind vollständig außerhalb der Drehachse 42 angeordnet, und zwar verlauft eine gedachte Linie, die durch die Mitte der Arbeitskammern 54 und 56 sowie durch den Gehausemittelpunkt hindurchlauft, senkrecht zur Drehachse 42The working chambers 54 and 56 are arranged entirely outside the axis of rotation 42, namely runs an imaginary line passing through the center of the working chambers 54 and 56 and through the Gehausemittelpunkt, perpendicular to the axis of rotation 42nd
Die Arbeitskammer 54 ist stirnseitig durch die Endflachen 46 und 48 der Kolben 34 und 36 begrenzt, und die Arbeitskammer 56 ist stirnseitig durch die Endflachen 50 und 52 der Kolben 38 und 40 begrenzt.The working chamber 54 is frontally limited by the end faces 46 and 48 of the pistons 34 and 36, and the working chamber 56 is frontally bounded by the end faces 50 and 52 of the pistons 38 and 40.
Umfänglich wird die Arbeitskammer 54 durch eine Arbeitskammerwand 58 begrenzt, wahrend die Arbeitskammer 56 in Umfangsπchtung durch eine Arbeitskammerwand 60 begrenzt wird Die Arbeitskammerwande 58 und 60 sind in Umfangsπchtung beispielsweise in Figur 4 nur hälftig dargestellt.The working chamber 54 is peripherally bounded by a working chamber wall 58, while the working chamber 56 is delimited by a working chamber wall 60 in circumferential direction. The working chamber walls 58 and 60 are only half shown in the circumferential direction, for example in FIG.
Die Geometrie der Endflachen 46 und 48 der Kolben 34 und 36 und die Geometrie der Aibeitskammerwand 58 ist so gewählt, dass die Arbeitskammer 54 die Form eines Ringwulstabschnitts autweist, das heißt rohrbogenartig ausgebildet ist. Entsprechend sind auch die Kolben 34 und 36 im Bereich ihrer der Arbeitskammer 54 zugewandten Enden in Form eines Ringwulstabschnitts bzw. rohrbogenartig ausgebildet. Im Querschnitt senkrecht zur Richtung der Schwenkbewegung der Kolben 34 und 36 ist die Arbeitskammer 54 und sind die Kolben 34 und 36 kreisförmig ausgebildet, ebenso wie die Endflachen 46 und 48, wie beispielsweise aus Figur 2 oder Figur 5 hervorgeht.
Die zuvoi mit Bezug auf die Arbeitskammer 54 beschriebene Geometrie gilt ebenso für die Geometne der Arbeitskammer 56, die insoweit identisch zur Arbeitskammer 54 ausgebildet ist. Ebenso gilt die zuvor mit Bezug auf die Kolben 34 und 36 beschriebene Geometrie auch für die Kolben 38 und 40. Entsprechend der im Querschnitt kreisförmigen Ausgestaltung der Kolben 34 und 36 und entsprechend der Arbeitskammer 54 sind die Kolben 34 und 36 mit kreisförmigen Kolbenringen 62 und 64 (Kolben 34) und kreisförmigen Kolbenringen 66 und 68 (Kolben 36) versehen, um die Arbeitskammer 54 abzudichten. Entsprechende Kolbenringe sind für die Kolben 38 und 40 vorgesehen.The geometry of the end surfaces 46 and 48 of the pistons 34 and 36 and the geometry of the Aibeitskammerwand 58 is selected so that the working chamber 54 exhibits the shape of an annular bead portion, that is tubular arc-like. Accordingly, the pistons 34 and 36 in the region of the working chamber 54 facing ends in the form of an annular bead section or pipe arc-like design. In cross-section perpendicular to the direction of pivotal movement of the pistons 34 and 36, the working chamber 54 and the pistons 34 and 36 are circular, as well as the end surfaces 46 and 48, as is apparent from Figure 2 or Figure 5. The geometry described too far with respect to the working chamber 54 also applies to the geometry of the working chamber 56, which to this extent is identical to the working chamber 54. Similarly, the geometry described above with respect to the pistons 34 and 36 also applies to the pistons 38 and 40. According to the circular cross-sectional configuration of the pistons 34 and 36 and corresponding to the working chamber 54, the pistons 34 and 36 with circular piston rings 62 and 64th (Piston 34) and circular piston rings 66 and 68 (piston 36) provided to seal the working chamber 54. Corresponding piston rings are provided for the pistons 38 and 40.
Die Krümmung der Arbeitskammern 54 und 56 um die Schwenkachse 44 entsprechend ihrer nngwulstformigen bzw. rohrbogenartigen Ausgestaltung ist konzentrisch zur Schwenkachse 44.The curvature of the working chambers 54 and 56 about the pivot axis 44 according to their nngwulstformigen or pipe-like configuration is concentric with the pivot axis 44th
Anstelle einer im Querschnitt kreisförmigen Ausgestaltung der Arbeitskammer 54 und 56 und der Kolben 34 bis 40 im Bereich ihrer den Arbeitskammern 54 und 56 zugewandten Enden kann auch eine ellipsenformige Ausgestaltung in Betracht kommen.Instead of a circular cross-sectional configuration of the working chamber 54 and 56 and the piston 34 to 40 in the region of the working chambers 54 and 56 facing ends may also be an ellipsenformige design into consideration.
Figur 3 zeigt die Kolben 34 bis 40 in einer Endstellung, in der die Arbeitskammern 54, 56 ihr minimales Volumen einnehmen. Dies ist die sogenannte OT-Stellung der Kolben 34 bis 40.FIG. 3 shows the pistons 34 to 40 in an end position in which the working chambers 54, 56 occupy their minimum volume. This is the so-called TDC position of the pistons 34 to 40.
Figur 4 zeigt demgegenüber eine Endstellung der Kolben 34 bis 40, in der die Volumina der Arbeitskammern 54 und 56 maximal sind. Diese Endstellung der Kolben 34 bis 40 ist die sogenannte UT-Stellung. Beim Umlaufen der Kolben 34 bis 40 um die Drehachse 42 um 360° nehmen die Kolben 34 bis 40 zweimal die OT-Stellung und zweimal die UT-Stellung ein. In jeder der Arbeitskammern 54 und 56 findet somit bei einem vollen Umlaut der Kolben 34 bis 40 um die Drehachse 42 ein voller Carnot- Kreisprozess statt.
Mit Bezug auf die Figuren 6 und 7 wird nachfolgend die Lagerung der Kolben 34 bis 40 um die Schwenkachse 44 näher beschrieben.In contrast, FIG. 4 shows an end position of the pistons 34 to 40, in which the volumes of the working chambers 54 and 56 are maximum. This end position of the pistons 34 to 40 is the so-called UT position. When rotating the pistons 34 to 40 about the rotation axis 42 by 360 °, the pistons 34 to 40 occupy twice the TDC position and twice the UT position. In each of the working chambers 54 and 56 thus takes place at a full umlaut of the pistons 34 to 40 about the rotation axis 42, a full Carnot cycle instead. With reference to FIGS. 6 and 7, the mounting of the pistons 34 to 40 about the pivot axis 44 will be described in more detail below.
Den Kolben 34 und 38 ist ein Kolbenteller 70 zugeordnet, an dem die Kolben 34 und 38 befestigt bind. Die Befestigung der Kolben 34 und 38 an dem Kolbenteller 70 wird mittels Verschraubungen in Bohrungen 71 bzw. 73 und/oder durch Verklebung der Kolben 34 und 38 mit dem Kolbenteller 70 bewerkstelligt. Gemäß Figur 7 ist den Kolben 36 und 40 ein weiterer Kolbenteller 72 zugeordnet, der identisch mit dem Kolbenteller 70 ausgebildet ist.The piston 34 and 38 is associated with a piston plate 70 to which the pistons 34 and 38 attached bind. The attachment of the pistons 34 and 38 to the piston plate 70 is accomplished by means of screwing in bores 71 and 73 and / or by gluing the piston 34 and 38 with the piston plate 70. According to FIG. 7, the pistons 36 and 40 are assigned a further piston plate 72, which is formed identically to the piston plate 70.
Die Kolben 34 und 38 sind an dem Kolbenteller 70 bezüglich der Schwenkachse 44 um 180° zueinander versetzt angeordnet, wobei die Endfläche 46 des Kolbens 34 und die Endfläche 50 des Kolbens 38 in Bezug auf die Schwenkachse 44 in dieselbe Richtung zeigen. Dieselbe Anordnung ist für die Endflächen 48 und 52 der Kolben 36 und 40 an dem Kolbenteller 72 getroffen, jedoch entgegengesetzt zu den Kolben 34 und 38.The pistons 34 and 38 are offset from each other on the piston plate 70 by 180 ° with respect to the pivot axis 44, with the end surface 46 of the piston 34 and the end surface 50 of the piston 38 pointing in the same direction with respect to the pivot axis 44. The same arrangement is encountered for the end surfaces 48 and 52 of the pistons 36 and 40 on the piston plate 72, but opposite to the pistons 34 and 38.
Die den Kolben 34 und 38 bzw. 36 und 40 zugewandte Fläche 76 (Kolbenteller 70) und 78 (Kolbenteller 72) ist im Querschnitt jeweils in Form etwa eines Viertelkreises ausgebildet, so dass die Flächen 76 und 78 gemäß Figur 9 zusammen im Querschnitt etwa einen Halbkreis bilden. Die Flächen 76 und 78 bilden zusammen einen Teil der Arbeitskammerwand 58 bzw. der Arbeitskammerwand 60 der Arbeitskammern 54 und 56.The pistons 34 and 38 and 36 and 40 facing surface 76 (piston plate 70) and 78 (piston plate 72) is formed in cross section in each case in the form of about a quarter circle, so that the surfaces 76 and 78 of Figure 9 together in cross section approximately one Form a semicircle. The surfaces 76 and 78 together form part of the working chamber wall 58 and the working chamber wall 60 of the working chambers 54 and 56, respectively.
Die Kolbenteller 70 und 72 sind um die Schwenkachse 44 im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn drehbar gelagert, wobei die beiden Kolbenteller 70 und 72 bezüglich der Schwenkachse 44 relativ zueinander gegensinnig drehend sind.The piston plates 70 and 72 are rotatably mounted about the pivot axis 44 in a clockwise and counterclockwise direction, wherein the two piston plates 70 and 72 with respect to the pivot axis 44 relative to each other in opposite directions rotation.
Um die beiden Kolbenteller 70 und 72 gehäusemittig gegeneinander abzudichten, ist ein jeweiliges dem Gehäusemittelpunkt zugewandtes Ende 80 des Kolbentellers 70 und ein dem Ende 80 zugewandtes Ende 82 des Kolbentellers 72 mit einer konkaven
Ausnehmung versehen, wobei in die konkaven Ausnehmungen gemäß Figur 7 eine Kugel 84 eingesetzt ist, die einen Äquatorring 86 aufweist, der als Dichtung zwischen den beiden Kolbentellern 70 und 72 dient.In order to seal the two piston plates 70 and 72 against each other on the housing, a respective end 80 of the piston plate 70 facing the center of the housing and an end 82 of the piston plate 72 facing the end 80 are concave Recess provided, wherein in the concave recesses of Figure 7, a ball 84 is inserted, which has an equatorial ring 86 which serves as a seal between the two piston plates 70 and 72.
Die Kolbenteller 70 und 72 sind relativ zu der Kugel 84 um die Schwenkachse 44 gegensinnig drehbar.The piston plates 70 and 72 are rotatable relative to the ball 84 about the pivot axis 44 in opposite directions.
Die Kolbenteller 70 und 72 weisen jeweils einen Lagerzapfen 88 bzw. 90 auf, über die die Kolbenteller 70 und 72 zur Bildung der Schwenkachsε 44 gelagert sind, und zwar in einer jeweiligen Lagerhülse 92 bzw. 94 (Figur 5), wobei ein jeweiliger Lagerspannring 96 bzw. 98 die Kolbenteller 70 und 72 zur Gehäusemitte hin verspannt. Wie aus Figur 5 hervorgeht, stützen sich die Lagerspannringe 96 und 98 über eine Mehrzahl von umfänglich an Ringflanschen 100 bzw. 102 der Kolbenteller 70, 72 verteilten Druckfedern 104 bzw. 106. ab. Die Ringflansche 100 bzw. 102 sind im Querschnitt konisch geformt und bilden Dichtungsringkörper zur Abdichtung der Arbeitskammern 54 bzw. 56.The piston plates 70 and 72 each have a bearing pin 88 and 90, via which the piston plates 70 and 72 are mounted to form the Schwenkachsε 44, in a respective bearing sleeve 92 and 94 (Figure 5), wherein a respective bearing clamping ring 96th or 98, the piston plate 70 and 72 clamped towards the middle of the housing. As is apparent from FIG. 5, the bearing clamping rings 96 and 98 are supported by a plurality of compression springs 104 and 106 distributed circumferentially on annular flanges 100 and 102, respectively, of the piston plates 70, 72. The annular flanges 100 and 102 are conically shaped in cross section and form sealing ring body for sealing the working chambers 54 and 56, respectively.
Die Lagerzapfen 88 und 90 der Kolbenteller 70 und 72 sind über Kugellager 108 bzw. 110 um die Schwenkachse 44 drehbar gelagert (Figur 8).The bearing pins 88 and 90 of the piston plates 70 and 72 are rotatably mounted about ball bearings 108 and 110 about the pivot axis 44 (Figure 8).
Die Lagerspannringe 96 und 98 sind in Form eines Kugelringsegments ausgebildet. Den äußeren Enden der Lagerzapfen 88 und 90 zugewandt ist auf den Lagerspannringen 96 und 98 jeweils eine kugelkappenförmige Endkappe 112 bzw. 114 angeordnet, deren Außenkontur sich übergangslos an die teilkugelförmige Außenkontur der Lagerspannringe 96 und 98 anpasst.The bearing clamping rings 96 and 98 are formed in the form of a ball ring segment. Facing the outer ends of the bearing journals 88 and 90, a spherical cap-shaped end cap 112 or 114 is respectively arranged on the bearing clamping rings 96 and 98, whose outer contour adapts without any transition to the part-spherical outer contour of the bearing clamping rings 96 and 98.
Die Endkappen 112, 114, die Lagerspannringe 96, 98 bilden zusammen mit zwei Kugeläquatorhalbschalen 116, 118 einen Kolbenkäfig 120, der in Figur 12 in Alleinstellung dargestellt ist. Der Kolbenkäfig 120 weist, wie aus Figur 12 hervorgeht, eine im Wesentlichen geschlossene und insgesamt kugelförmige Außenseite auf, die im in
das Gehäuse 12 eingebauten Zustand der Innenwand 32 des Gehäuses 12 unmittelbar benachbart ist.The end caps 112, 114, the bearing clamping rings 96, 98 together with two Kugeläquatorhalbschalen 116, 118 a piston cage 120, which is shown in Figure 12 alone. The piston cage 120 has, as is apparent from Figure 12, a substantially closed and overall spherical outer side, which in the in the housing 12 is in the installed state of the inner wall 32 of the housing 12 immediately adjacent.
Im Wesentlichen geschlossen bedeutet hier, dass der Kolbenkäfig 120 nur wenige Offnungen aufweist, beispielsweise eine Öffnung 122, die beim Umlaufen des Kolbenkäfigs 120 um die Drehachse 42 die Öffnungen des Ausstoßquerschnitts 28 und einer entsprechenden Öffnung für die Zündkerze abwechselnd freigibt oder verschließt. Die Öffnung 122 kann beispielsweise mit einer radial wirkenden und ggf. federunterstützten Dichtung versehen sein. Um 180° um die Drehachse 32 versetzt ist eine entsprechende Öffnung 123 (Figur 3) im Koibenkäfig vorhanden.Substantially closed here means that the piston cage 120 has only a few openings, for example an opening 122 which alternately releases or closes the openings of the discharge cross section 28 and a corresponding opening for the spark plug when the piston cage 120 revolves around the rotation axis 42. The opening 122 may be provided, for example, with a radially acting and possibly spring-assisted seal. Offset by 180 ° about the axis of rotation 32 is a corresponding opening 123 (Figure 3) in the Koibenkäfig available.
Die Kugeläquatorhalbschalen 116, 118 bilden auf ihrer Innenseite zusammen einen Teil der Arbeitskammerwände 58 und 60 aus. Insgesamt werden die Arbeitskammerwände 58 und 60 somit durch die Kolbenteller 70, 72 und die Kugeläquatorhalbschalen 116 und 118 gebildet.The Kugeläquatorhalbschalen 116, 118 together form a part of the working chamber walls 58 and 60 on its inside. Overall, the working chamber walls 58 and 60 are thus formed by the piston plates 70, 72 and the Kugeläquatorhalbschalen 116 and 118.
Der Kolbenkäfig 120 rotiert als Ganzes in dem Gehäuse 12 um die Drehachse 42. Die Kugeläquatorhalbschalen 116, 118 tragen außerdem die beiden Wellen 20 und 22, das heißt letztere sind mit dem Kolbenkäfig 120 fest verbunden.The piston cage 120 rotates as a whole in the housing 12 about the rotation axis 42. The Kugeläquatorhalbschalen 116, 118 also carry the two shafts 20 and 22, that is, the latter are firmly connected to the piston cage 120.
Auf der Außenseite des Kolbenkäfigs 120 sind vorzugsweise Kühlrippen ausgebildet (nicht dargestellt), um die Oberfläche des Kolbenkäfigs 120 für eine verbesserte Kühlung zu vergrößern. Solche Kühlrippen können durch Materialaussparungen gebildet sein, um den Außendurchmesser des Kolbenkäfigs nicht zu erhöhen. Vorzugsweise ist die Ausrichtung der Kühlrippen in Längsrichtung der Drehachse 32, so dass die zwischen dem Gehäuse 12 und dem Kolbenkäfig 120 eingebrachte Kühlluft durch die um die Drehachse 32 rotierenden Kühlrippen verwirbelt wird, wodurch die Wärmeaufnahme der Luft verbessert wird.
Nachfolgend wird beschrieben, wie die Schwenkbewegung der Kolben 34 bis 40 um die Schwenkachse 44 aus der Umlaufbewegung der Kolben 34 bis 40 um die Drehachse 42 abgeleitet wird.Cooling fins (not shown) are preferably formed on the outside of the piston cage 120 to increase the surface area of the piston cage 120 for improved cooling. Such cooling ribs may be formed by material recesses in order not to increase the outer diameter of the piston cage. Preferably, the orientation of the cooling fins in the longitudinal direction of the rotation axis 32, so that the introduced between the housing 12 and the piston cage 120 cooling air is swirled by the rotating around the rotation axis 32 cooling fins, whereby the heat absorption of the air is improved. The following describes how the pivotal movement of the pistons 34 to 40 about the pivot axis 44 is derived from the orbital motion of the pistons 34 to 40 about the axis of rotation 42.
Dazu ist ein Sleueπnechanismus vorgesehen, der zumindest ein, im vorliegenden Ausfύhrungsbeispiel zwei, Laufglieder 124, 126 umfasst. Die Laufglieder 124 und 126 sind beispielsweise in Figuren 3 und 4 dargestellt. Das Laufglied 124 ist mit dem Kolben 34 fest verbunden, und zwar über einen Achszapfen 128. der durch ein Langloch 130 in der Kugeläquatorhalbschale 116 aus dem Kolbenkäfig 120 herausragt. Das weitere Laufglied 126 ist mit dem Kolben 40 fest verbunden, und zwar über einen Achszapfen 132, der durch ein Langloch 134, das ebenfalls in der Kugeläquatorhalbschale 116 ausgebildet ist, aus dem Kolbenkäfig 120 herausragt.For this purpose, a Sleueπnechanismus is provided which comprises at least one, in the present Ausf zweihrungsbeispiel two, running members 124, 126. The running members 124 and 126 are shown for example in Figures 3 and 4. The running member 124 is fixedly connected to the piston 34, via a spindle 128. The protrudes through a slot 130 in the Kugeläquatorhalbschale 116 from the piston cage 120. The further running member 126 is fixedly connected to the piston 40, via an axle journal 132, which projects out of the piston cage 120 through a slot 134 which is also formed in the ball equator half shell 116.
Die Laufglieder 124, 126 laufen in einer in dem Gehäuse 12 als Nut ausgebildeten Steuerkurve 136, wobei die Steuerkurve 136 beiden Laufgliedern 124 und 126 gemeinsam zugeordnet ist. Die Steuerkurve 136 ist eine geschlossene Kurve, die konkave und konvexe Bereiche aufweist, die so ausgestaltet sind, dass beim Entlanglaufen der Laufglieder 124, 126 an der Steuerkurve 136 die Kolben 34 und 40 und über deren feste Verbindung mit den Kolbentellern 70 und 72, mit denen auch die Kolben 36 und 38 verbunden sind, die Kolben 36 und 38 um die Schwenkachse 44 hin- und hergehende Schwenkbewegungen ausführen.The running members 124, 126 run in a formed in the housing 12 as a groove cam 136, wherein the control cam 136 is associated with both Laufgliedern 124 and 126 together. The cam 136 is a closed curve having concave and convex portions, which are designed so that when running along the running members 124, 126 on the control cam 136, the pistons 34 and 40 and via their fixed connection with the piston plates 70 and 72, with which also the pistons 36 and 38 are connected, the pistons 36 and 38 perform around the pivot axis 44 reciprocating pivotal movements.
Die Laufglieder 124, 126 weisen jeweils zwei in radialer Richtung bezüglich der Schwenkachse 44 benachbarte kugelschichtförmige Laufrollen 138, 140 bzw. 142, 144 auf. Die Laufrollen 138 und 140, und dasselbe gilt für die Laufrollen 142, 144, weisen unterschiedliche maximale Durchmesser auf, wobei die Steuerkurve 136 entsprechend zwei zu den Laufrollen 138, 140 bzw. 142, 144 komplementäre, in radialer Richtung benachbarte Steuerkurvenabschnitte 146, 148 aufweist, wie in Figur 2 zu sehen ist.
Es vei steht sich, dass auch die Kolben 36, 38 mit entsprechenden Laufghedern versehen sein konnen; die m einer zweiten Steuerkurve laufen.The running members 124, 126 each have two in the radial direction with respect to the pivot axis 44 adjacent ball-shaped rollers 138, 140 and 142, 144 on. The rollers 138 and 140, and the same applies to the rollers 142, 144, have different maximum diameter, wherein the control cam 136 corresponding to two to the rollers 138, 140 and 142, 144 complementary, radially adjacent cam sections 146, 148 has as can be seen in FIG. It is evident that the pistons 36, 38 can also be provided with corresponding runners ; the m run a second cam.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Schwenkkolbenmaschine IO sind in dem Gehäuse 12, genauer gesagt innerhalb des Koibenkaήgs 120, zwei weitere Kammern 150 und 152 vorhanden, und zwar an den den beiden Arbeitskammern 54 und 56 abgewandten Stirnseiten der benachbarten Kolben 34 und 40 einerseits und der benachbarten Kolben 36 und 38 andererseits. Die Kammern 150 und 152 sind gegen die Arbeitskammern 54, 56 abgedichtet und verkleinern sich gegensinnig zu den Arbeitskammern 54, 56, wenn die Kolben 34 bis 40 um die Schwenkachse verschwenken. Wie tur den Kolben 36 in Figur 7 dargestellt ist, weisen alle Kolben 34 bis 40 auf ihren die Kammern 150, 152 begrenzten rückwärtigen Stirnflachen kavernenartige Vertiefungen 154 auf, um das Volumen der Kammern 150 und 152 durch diese kavernenartige Vertiefung 154 zu vergrößern. Des Weiteren sind die zuvor erwähnten rückwärtigen Stirnseiten der Kolben 34 bis 40 abgeschrägt. Die Kugeläquatorhalbschalen 116 und 118 des Kolbenkafigs 120 weisen in Verlängerung der Wellen 20 und 22 Fortsatze 156, 158 auf, die in Umfangsrichtung um die Schwenkachse 44 gerichtete Fortsatze 160 aufweisen, die beim Verschwenken der Kolben 34 bis 40 zur Drehachse 42 hin in die kavernenartigen Vertiefungen 154 eintauchen und somit die darin befindliche Luft nahezu vollständig verdrangen.According to a further aspect of the oscillating piston engine IO, two further chambers 150 and 152 are provided in the housing 12, more precisely within the Koibenkaήgs 120, namely on the two working chambers 54 and 56 facing away from the end faces of the adjacent pistons 34 and 40 on the one hand and the adjacent Pistons 36 and 38 on the other. The chambers 150 and 152 are sealed against the working chambers 54, 56 and shrink in opposite directions to the working chambers 54, 56 when the pistons 34 to 40 pivot about the pivot axis. As tur the piston 36 is shown in Figure 7, all pistons 34 to 40 on their chambers 150, 152 limited rear end faces cavernous depressions 154 in order to increase the volume of the chambers 150 and 152 through this cavernous depression 154. Furthermore, the aforementioned rear end faces of the pistons 34 to 40 are chamfered. The Kugeläquatorhalbschalen 116 and 118 of the Kolbenkafigs 120 have in extension of the shafts 20 and 22 tabs 156, 158 which circumferentially about the pivot axis 44 directed extensions 160, the pivoting of the pistons 34 to 40 to the rotation axis 42 in the cavernous depressions 154 submerge and thus almost completely displaced the air therein.
Wie bereits zuvor erwähnt, dienen die Kammern 150 und 152 als Vordruckkammern, in die von außen durch das Gehäuse 12 (Frischluft-Ansaugquerschnitte 24, 26) und den Kolbenkarig 120 (Offnungen 122, 123) Frischluft eingeführt wird, und zwar in beide Kammern 150 und 152 gleichzeitig, die dann in der UT-Stellung der Kolben 34 bis 40 gemäß Figur 4 maximal komprimiert ist. In Figuren 2 und 3 sind Frischluft- kanale 172, 173 zu sehen, die sich ausgehend von den Frischluft-Ansaugquerschnitten 24 bzw. 26 in der Innenwand 32 des Gehäuses 12 in Umfangsrichtung um die Diehachse 42 erstrecken. Entgegen der Darstellung in Figuren 2 und 3 können die Fπschiuftkanale 172, 173 auch eine größere Breite aufweisen. Von den Fπschluftkanalen gelangt die Frischluft über Offnungen 174 und 175 (Figur 6) in dem Kolbenteller 70 und entsprechende Offnungen 176, 177 in dem Kolbenteller 72 dann
in die Kammern 150 bzw. 152, um diese mit Frischluft zu befluten. Diese in den Kammern 150 und 152 gleichzeitig komprimierte Luft wird dann in eine der beiden Arbeitskammern 54 und 56 injiziert, und zwar in diejenige der Arbeitskammern 54 und 56, in der gerade der Arbeitstakt des Einlassens des Brennstoffes und des anschließenden Vεrdichtens des Brennstoff-Luft-Gemisches stattfindet. Damit die in den Kammern 150, 152 vorkomprimierte Frischluft in die jeweilige Arbeitskammer 54 bzw. 56 injiziert werden kann, sind in die Kolben 34 bis 40 Ventile integriert, und zwar ein Ventil 162 in dem Kolben 34, ein Ventil 164 in dem Kolben 36, ein Ventil 166 in dem Kolben 38 und ein Ventil 168 in dem Kolben 40.As previously mentioned, the chambers 150 and 152 serve as pre-pressure chambers into which fresh air is introduced from outside through the housing 12 (fresh air intake sections 24, 26) and the piston carcass 120 (openings 122, 123) into both chambers 150 and 152 at the same time, which is then maximally compressed in the UT position of the pistons 34 to 40 according to FIG. In FIGS. 2 and 3, fresh air ducts 172, 173 are visible, which extend around the die axis 42 in the circumferential direction in the inner wall 32 of the housing 12, starting from the fresh air intake cross sections 24 and 26, respectively. Contrary to the illustration in Figures 2 and 3, the Fπschiuftkanale 172, 173 may also have a greater width. Of the Fπschluftkanalen the fresh air passes through openings 174 and 175 (Figure 6) in the piston plate 70 and corresponding openings 176, 177 in the piston plate 72 then into the chambers 150 and 152, respectively, to flood them with fresh air. This compressed air in the chambers 150 and 152 is then injected into one of the two working chambers 54 and 56, into that of the working chambers 54 and 56, in which the working stroke of the fuel inlet and the subsequent sealing of the fuel and air Mixture takes place. In order that the fresh air precompressed in the chambers 150, 152 can be injected into the respective working chamber 54 or 56, valves 34 to 40 are integrated in the pistons, namely a valve 162 in the piston 34, a valve 164 in the piston 36, a valve 166 in the piston 38 and a valve 168 in the piston 40.
Die Kammern 150 und 152 dienen jedoch nicht nur ausschließlich als Vordruckkammern, sondern übernehmen auch die Funktion einer Kühlung der Schwenkkolbenmaschine 10.The chambers 150 and 152, however, not only serve exclusively as admission pressure chambers, but also assume the function of cooling the oscillating piston engine 10.
Zur Schmiermittel-, insbesondere Ölzuführung zu den beweglichen Elementen, beispielsweise den Kolben 34 bis 40 (insbesondere deren Kolbenringen), den Kugellagern 108, 110 usw. sind Schmiermittelkanäle 180 und 182 beispielsweise in der Welle 20 (vgl. Figur 5) vorgesehen, durch die das Schmiermittel in die Schwenkkolbenmaschine 10 ein- und wieder ausgeleitet wird. Um das Schmiermittel in das Zentrum der Schwenkkolbenmaschine leiten zu können, insbesondere um die Kugel 84 zwischen den Kolbentellern 70 und 72 leiten zu können, weisen die Kolbenteller 70 und 72 jeweils ebenfalls Schmiermittelkanäle 188, 190 auf, und in den Endkappen 112, 114 sind entsprechende, in der Zeichnung nicht dargestellte, Kanäle vorhanden.
For lubricant, in particular oil supply to the movable elements, for example the pistons 34 to 40 (in particular their piston rings), the ball bearings 108, 110, etc., lubricant channels 180 and 182 are provided, for example in the shaft 20 (see FIG the lubricant in the oscillating piston engine 10 on and is discharged again. In order to be able to direct the lubricant into the center of the oscillating piston engine, in particular to be able to guide the ball 84 between the piston plates 70 and 72, the piston plates 70 and 72 also each have lubricant channels 188, 190, and in the end caps 112, 114 are corresponding , not shown in the drawing, channels present.
Claims
Schwenkkolbenmaschine, mit einem Gehäuse (12), das eine zumindest naherungsweise kugelförmige Innenwand (32) aufweist, und mit zumindest zwei Kolben (34, 36), die gemeinsam m dem Gehaust; (12) um eine gehause- teste Drehachse (42) umlaufen können, und beim Umlaufen um die Drehachse (42) hin- und hergehende Schwenkbewegungen um zumindest eine zur Drehachse (42) senkrechte Schwenkachse (44) ausfuhren, wobei die Schwenkbewegungen der beiden Kolben (34, 36) gegensinnig zueinander gerichtet sind, und wobei die beiden Kolben (34, 36) jeweils eine Endflache (46, 48) aurweisen, die einander zugewandt sind und jeweils ein stirnseitiges Ende einer Arbeitskammer (54) definieren, die vollständig außerhalb der Drehachse (42) angeordnet ist und umfänglich durch eine Arbeitskammerwand (58) begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die beiden Endflachen (46, 48) der beiden Kolben (34, 36) und die Arbeitskammerwand (58) gebildete Arbeitskammer (54) und die Kolben (34, 36) zumindest im Bereich ihrer der Arbeitskammer (54) zugewandten Enden die Form eines Ringwulstabschnitts aufweisenAn oscillating piston engine comprising a housing (12) having an at least approximately spherical inner wall (32) and at least two pistons (34, 36) common to the housing; (12) can rotate around a housing-most rotational axis (42), and during pivoting around the rotation axis (42) reciprocating pivotal movements about at least one pivot axis (42) perpendicular pivot axis (44) ausfuhren, wherein the pivotal movements of the two pistons (34, 36) are directed in opposite directions to each other, and wherein the two pistons (34, 36) aurweisen an end face (46, 48) which face each other and each define a frontal end of a working chamber (54) which completely outside Is arranged rotation axis (42) and circumferentially by a working chamber wall (58) is limited, characterized in that the by the two end faces (46, 48) of the two pistons (34, 36) and the working chamber wall (58) formed working chamber (54) and the pistons (34, 36) have the shape of an annular bead section at least in the region of their ends facing the working chamber (54)
Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung der Arbeitskammer (54) und/oder der Kolben (34, 36) konzentrisch zur Schwenkachse (44) ist.Oscillating piston machine according to claim 1, characterized in that the curvature of the working chamber (54) and / or the piston (34, 36) concentric with the pivot axis (44).
Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskammer (54) und/oder die Kolben (34, 36) zumindest im Bereich ihrer Endflache im Querschnitt senkrecht zur Richtung der Schwenkbewegung der Kolben (34, 36) kreisförmig ist/sind.Oscillating piston machine according to claim 1 or 2, characterized in that the working chamber (54) and / or the pistons (34, 36) at least in the region of its end face in cross section perpendicular to the direction of pivotal movement of the pistons (34, 36) is circular / are.
Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskammer (54) und/oder die Kolben (34, 36) im Querschnitt senkrecht zur Richtung der Schwenkbewegung der Kolben (34, 36) ellipsen- formig ist/sind.Oscillating piston machine according to claim 1 or 2, characterized in that the working chamber (54) and / or the pistons (34, 36) in cross section perpendicular to the direction of pivotal movement of the pistons (34, 36) ellipsoidal is / are.
5. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Koiben (34, 36) um dieselbe Schwenkachse (44) verschwenkbar sind.5. oscillating piston engine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the Koiben (34, 36) about the same pivot axis (44) are pivotable.
6. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, dass der eine Kolben (34) mit einem ersten um die Schwenkachse (44) drehbaren Kolbenteller (70) und der andere Kolben (36) mit einem zweiten um die Schwenkachse (44) drehbaren Kolbenteller (72) verbunden ist, wobei der erste und der zweite Kolbenteller (70, 72) bezüglich der Schwenkachse (44) relativ zueinander beweglich sind.6. oscillating piston engine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the one piston (34) with a first about the pivot axis (44) rotatable piston plate (70) and the other piston (36) with a second about the pivot axis (44 ) rotatable piston plate (72) is connected, wherein the first and the second piston plate (70, 72) with respect to the pivot axis (44) are movable relative to each other.
7. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Kolbenteller (70, 72) zusammen einen Teil der Arbeitskammerwand (58) bilden.7. oscillating piston engine according to claim 6, characterized in that the first and the second piston plate (70, 72) together form a part of the working chamber wall (58).
8. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (12) zwei weitere Kolben (38, 40) angeordnet sind und mit den beiden anderen Kolben (34, 36) gemeinsam um die Drehachse (42) umlaufen und zwischen zwei einander gegenüberliegenden Endflächen (50, 52) eine zweite Arbeitskammer (56) bilden, die der anderen Arbeitskammer (54) bezüglich der Drehachse (42) bzw. der Schwenkachse (44) diametral gegenüberliegt.8. oscillating piston engine according to one of claims 1 to 7, characterized in that in the housing (12) two further pistons (38, 40) are arranged and with the other two pistons (34, 36) rotate together about the axis of rotation (42) and between two opposite end surfaces (50, 52) form a second working chamber (56) which is diametrically opposed to the other working chamber (54) with respect to the axis of rotation (42) and the pivot axis (44), respectively.
9. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Kolben (34, 36, 38, 40) um dieselbe Schwenkachse (44) verschwenkbar sind. 9. oscillating piston engine according to claim 8, characterized in that the four pistons (34, 36, 38, 40) about the same pivot axis (44) are pivotable.
10. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Kolben (34, 36, 38, 40) so angeordnet sind, dass sich die beiden Arbeitskammern (54, 56) aufgrund der Schwenkbewegungen der Kolben (34, 36, 38, 40) gleichsinnig vergrößern und verkleinern.10. oscillating piston engine according to claim 8 or 9, characterized in that the four pistons (34, 36, 38, 40) are arranged so that the two working chambers (54, 56) due to the pivotal movements of the piston (34, 36, 38 , 40) in the same direction enlarge and reduce.
11. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 10 und einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass einer der beiden weiteren Kolben (38, 40) mit dem ersten Kolbenteller (70) verbunden ist und dem mit dem ersten Kolbenteller (70) ebenfalls verbundenen Kolben (34) bezüglich der Schwenkachse (44) diametral gegenüberliegt, und dass der andere der beiden weiteren Kolben (38, 40) mit dem zweiten Kolbenteller (72) verbunden ist und dem mit dem zweiten Kolbenteller (72) ebenfalls verbundenen Kolben (36) bezüglich der Schwenkachse (44) diametral gegenüberliegt.11. Oscillating piston machine according to one of claims 8 to 10 and one of claims 6 or 7, characterized in that one of the two further pistons (38, 40) is connected to the first piston plate (70) and with the first piston plate (70) likewise connected piston (34) with respect to the pivot axis (44) diametrically opposite, and that the other of the two further pistons (38, 40) is connected to the second piston plate (72) and to the second piston plate (72) also connected piston ( 36) diametrically opposite to the pivot axis (44).
12. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass an den den beiden Arbeitskammern (54, 56) abgewandten Stirnseiten jeweils benachbarter Kolben (34, 40; 36, 38) jeweils eine weitere Kammer (150, 152) ausgebildet ist, die gegen die Arbeitskammern (54, 56) abgedichtet sind und sich gegensinnig zu den Arbeitskammern (54, 56) aufgrund der Schwenkbewegungen der Kolben (34, 36, 38, 40) verkleinern und vergrößern und als Vordruckkammern dienen.12. Oscillating piston machine according to one of claims 8 to 11, characterized in that on the two working chambers (54, 56) facing away from each end adjacent piston (34, 40, 36, 38) each have a further chamber (150, 152) is formed , which are sealed against the working chambers (54, 56) and in opposite directions to the working chambers (54, 56) due to the pivotal movements of the pistons (34, 36, 38, 40) decrease and enlarge and serve as pre-pressure chambers.
13. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Kammern (150, 152) mit jeweils einer der beiden Arbeitskammern (54, 56) über in den Kolben (34, 36, 38, 40) angeordnete Ventile (162, 164, 166, 168) kommunizieren können, um in den Kammern (150, 152) vorkomprimierte Luft in die jeweilige Arbeitskammer (54, 56) zu injizieren.13. oscillating piston engine according to claim 12, characterized in that the further chambers (150, 152) with in each case one of the two working chambers (54, 56) in the piston (34, 36, 38, 40) arranged valves (162, 164, 166, 168) for injecting precompressed air into the respective working chamber (54, 56) in the chambers (150, 152).
14. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (34, 36, 38, 40) in einem Kolbenkäfig (120) aufgenommen sind, dessen der Innenwand (32) des Gehäuses (12) zugewandte Außenseite im Wesentlichen geschlossen und kugelförmig ausgebildet ist, wobei die Kolben (34, 36, 38, 40) bezüglich der Drehachse (42) relativ zum KoI- benkafig (120) unbeweglich und bezüglich der Schwenkachse (44) relativ zum Kolbenkäfig (120) beweglich sind.14. Oscillating piston engine according to one of claims 1 to 13, characterized in that the pistons (34, 36, 38, 40) are received in a piston cage (120), of which the inner wall (32) of the housing (12) facing Outer side is substantially closed and spherical, wherein the pistons (34, 36, 38, 40) with respect to the rotation axis (42) relative to benko benig (120) immovable and with respect to the pivot axis (44) relative to the piston cage (120) movable are.
15. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil einer den Kolben (34, 36, 38, 40) zugewandten Innenseite des Kolbenkäfigs (120) einen Teil der Arbeitskammerwand (58, 60) der zumindest einen Arbeitskammer (54, 56) bildet.15. oscillating piston engine according to claim 14, characterized in that a part of the piston (34, 36, 38, 40) facing inside of the piston cage (120) has a part of the working chamber wall (58, 60) of the at least one working chamber (54, 56) forms.
16. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Wand des Kolbenkäfigs (120) Öffnungen (122, 123) vorhanden sind, die beim Umlaufen des Kolbenkäfigs (120) um die Drehachse (42) Öffnungen im Gehäuse (12) wechselweise freigeben und verschließen.16 oscillating piston engine according to claim 14 or 15, characterized in that in a wall of the piston cage (120) openings (122, 123) are provided, which in the circulation of the piston cage (120) about the axis of rotation (42) openings in the housing (12). alternately release and close.
17. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenkäfig (120) zumindest eine Welle (20, 22) aufweist, die konzentrisch zur Drehachse (42) angeordnet ist und sich von der Außenseite des Kolbenkäfigs (120) aus dem Gehäuse (12) heraus erstreckt.17. oscillating piston engine according to one of claims 14 to 16, characterized in that the piston cage (120) has at least one shaft (20, 22) which is arranged concentrically to the rotation axis (42) and from the outside of the piston cage (120) the housing (12) extends out.
18. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ableitung der Schwenkbewegung der Kolben (34, 36, 38, 40) aus deren Umlaufbewegung um die Drehachse (42) ein Steuermechanismus vorhanden ist, der zumindest ein kolbenfestes Laufglied (124, 126) aufweist, das in einer gehäusefesten Steuerkurve (136) geführt ist.18 oscillating piston engine according to one of claims 1 to 17, characterized in that for deriving the pivotal movement of the piston (34, 36, 38, 40) from the orbital movement about the axis of rotation (42) a control mechanism is present, the at least one piston-fixed Laufglied ( 124, 126) which is guided in a housing-fixed control cam (136).
19. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 18 und einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das gehäusefeste Laufglied (124, 126) mit einem der Kolben (34, 40) über einen Achszapfen (128, 132) verbunden ist, der durch eine langlochförmige Öffnung (130, 134) im Kolbenkäfig hindurchragt. 19. Oscillating piston engine according to claim 18 and one of claims 14 to 17, characterized in that the housing-fixed running member (124, 126) with one of the pistons (34, 40) via a journal (128, 132) is connected by a slot-shaped Opening (130, 134) protrudes in the piston cage.
20. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufglied (124, 126) zwei in radialer Richtung bezüglich der Schwenkachse (44) benachbarte kugelschichtförmige Laufrollen (138, 140, 142, 144) aufweist, die unterschiedliche maximale Durchmesser aufweisen, wobei die Steuerkurvc (136) entsprechend zwei zu den Laufrollen (138, 140, 142, 144) komplementäre in radialer Richtung benachbarte Steuerkurvenabschnitte (146, 148) aufweist. 20 oscillating piston engine according to claim 18 or 19, characterized in that the running member (124, 126) has two in the radial direction with respect to the pivot axis (44) adjacent spherical layer-shaped rollers (138, 140, 142, 144) having different maximum diameters, wherein the control cam (136) corresponding to two to the rollers (138, 140, 142, 144) complementary in the radial direction adjacent cam sections (146, 148).
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