CH705751A2 - Piston engine such as scotch yoke engine, comprises a pinion or ring gear which is connected to a crank pin, such that the crank pin performs complete movements with the epicyclic or hypocycloid construction - Google Patents
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Abstract
Description
Technisches Gebiet:Technical area:
[0001] Die Erfindung betrifft eine Kolbenmaschine mit einer speziellen Kraftübertragung der Kolbenkräfte auf die Kurbelwelle. Das Prinzip des radial kreisenden Kurbelzapfens wird durch ein Kurbelzapfensteuerungsprinzip aus einem Rollkreiszahnrad und einem abrollenden Zahnrad ersetzt. Der Kurbelzapfen bildet dabei eine Einheit mit dem abrollenden Zahnrad, sodass der Kurbelzapfen eine wiederkehrende geometrische Form abfährt, wie man sie mit Epizykloiden oder Hypozykloiden konstruieren kann. Ergänzt man ein solches Kurbelzapfensteuerungsprinzip durch die Möglichkeit, das Rollkreiszahnrad im Kolbenmaschinengehäuse vor- oder rückwärts zu drehen, kann mit dieser Verdrehung des Rollkreiszahnrades die Verdichtung in den Arbeitsräumen unter Last verändert werden, da sich die Bewegung, die der Kurbelzapfen abfährt, gegenüber den Arbeitsräumen verschiebt. The invention relates to a piston engine with a special power transmission of the piston forces on the crankshaft. The principle of the radially circular crankpin is replaced by a crankpin control principle of a pitch circle gear and a rolling gear. The crank pin forms a unit with the rolling gear, so that the crank pin moves off a recurring geometric shape, as you can construct with epicyclic or hypocycloids. Supplementing such a crankpin control principle by the ability to rotate the pitch circle gear in the piston engine housing forward or backward, with this rotation of the rolling circle gear, the compression in the work spaces can be changed under load, as the movement moves off the crank pin moves against the work spaces ,
Stand der Technik:State of the art:
[0002] Bekannte Kolbenmaschinen mit einer variablen Verdichtung haben im Vergleich zur vorliegenden Erfindung hauptsächlich folgende Nachteile: die beweglichen Massen und die Trägheitsmomente der Kolbenmaschine nehmen deutlich zu. Mit der vorliegenden Erfindung werden diese Nachteile sogar im Vergleich zu heute bekannten Kolbenmaschinen ohne variable Verdichtung deutlich verbessert. Known piston engines with a variable compression compared to the present invention mainly have the following disadvantages: the mobile masses and the moments of inertia of the piston engine increase significantly. With the present invention, these disadvantages are significantly improved even compared to today known piston engines without variable compression.
Darstellung der Erfindung:Presentation of the invention:
[0003] Die Erfindung verfolgt das Ziel, die Kolbenkräfte möglichst optimal auf die Kurbelwelle zu übertragen, eine variable Verdichtung unter Last zu erlauben, die Masse der bewegten Maschinenteile zu reduzieren und eine Drehmomentoptimierung über einen deutlich grösseren Drehzahlbereich zu gewährleisten. The invention aims to transfer the piston forces as optimally as possible to the crankshaft, to allow variable compression under load, to reduce the mass of the moving machine parts and to ensure torque optimization over a much larger speed range.
[0004] Um dies zu erreichen, muss im Gegensatz zu bekannten Kolbenmaschinen das Prinzip des radialkreisenden Kurbelzapfens durch ein Steuerungsprinzip ersetzt werden, bei dem die Kraftübertragung vom Kurbelzapfen auf die Kurbelwelle mittels Rollkreiszahnradkonstruktionen geschieht. Dazu wird ein Rollkreishohlrad oder Rollkreiszahnrad mit dem Gehäuse verbunden. Darin oder darauf dreht ein Ritzel oder Hohlrad ab, welches auf einer Kurbel oder in einer drehenden Scheibe gelagert wird. Mit dem abdrehenden Zahnrad wird der Kurbelzapfen verbunden. Dreht nun der mit dem Ritzel oder dem Hohlrad verbundene Kurbelzapfen im Rollkreishohlrad oder auf dem Rollkreiszahnrad ab, können am Kurbelzapfen sämtliche Bewegungsabläufe erreicht werden, wie sie mit Epizykloiden oder Hypozykloiden konstruierbar sind. Von all diesen möglichen Bewegungsabläufen am Kurbelzapfen sind vor allem einfache sich wiederholende geometrische Formen nutzbar wie beispielsweise lineare, elliptische, nierenförmige oder dreiecksförmige. Der exakte Bewegungsablauf am Kurbelzapfen wird durch das Verhältnis der Zahnräder zueinander, der Arides Rollkreiszahnrades und der Positionierung des Kurbelzapfens auf dem abdrehenden Zahnrad bestimmt. Das Verhältnis der unterschiedlichen Zahnräder zueinander muss in der Regel ganzzahlig sein. To achieve this, in contrast to known reciprocating engines, the principle of the radial-circle crank pin must be replaced by a control principle in which the power transmission from the crank pin to the crankshaft by means of rolling circle gear designs happens. For this purpose, a Rollkreishohlrad or Rollkreiszahnrad is connected to the housing. In or on it rotates a pinion or ring gear, which is mounted on a crank or in a rotating disk. With the spinning gear, the crank pin is connected. Rotates now connected to the pinion or the ring gear crank pin in the rolling circle hollow wheel or on the rolling circle gear, all movements can be achieved on the crank pin, as they are constructible with epicyclic or hypocycloids. Of all these possible movements on the crank pin, in particular simple repeating geometric shapes are usable, such as, for example, linear, elliptical, kidney-shaped or triangular. The exact movement of the crank pin is determined by the ratio of the gears to each other, the Arides Rollkreiszahnrades and the positioning of the crank pin on the rotating gear. The ratio of the different gears to each other must be integer in the rule.
[0005] Erreichen die Kolben der Kolbenmaschine die maximalen Totpunkte, sprechen wir im Weiteren von der Grundstellung. Will man eine variable Verdichtung unter Last, muss man diese Grundstellung verlassen können. Dazu wird das Rollkreiszahnrad drehbar im Gehäuse gelagert, sodass es sich Vor- oder Rückwärtsdrehen lässt. Wird nun das Rollkreiszahnrad vor- oder rückwärts gedreht, verschiebt sich die Lage des Bewegungsablaufes am Kurbelzapfen um den Winkel, den das Rollkreiszahnrad gegenüber dem Gehäuse gedreht wurde. Am einfachsten bewerkstelligt man dies, indem man als Rollkreiszahnrad ein drehbar gelagertes Hohlrad verwendet und auf diesem Hohlrad partiell eine Aussenverzahnung anbringt. Im Bereich dieser Aussenverzahnung wird ein Schneckengetriebe mit dem Gehäuse verbunden. Dreht sich das Schneckengetriebe vor- oder rückwärts, wird sich das Hohlrad mitdrehen. Man verlässt also die Grundstellung, und somit lässt sich die Verdichtung ändern, ohne dass man zusätzliche Maschinenteile in den Bewegungsablauf von Pleuelstange und Kolben einführen muss. Achieve the piston of the piston engine, the maximum dead centers, we speak below of the basic position. If you want a variable compression under load, you must be able to leave this basic position. For this purpose, the rolling-circle gear is rotatably mounted in the housing, so that it can be turned forward or backward. If now the rolling circle gear is rotated forward or backward, the position of the movement sequence on the crank pin shifts by the angle that the rolling circle gear has been rotated relative to the housing. The easiest way to accomplish this by using a rotatably mounted ring gear as a rolling circle gear and partially attaches an external toothing on this ring gear. In the area of this external toothing, a worm gear is connected to the housing. If the worm gear rotates forward or backward, the ring gear will rotate. So you leave the basic position, and thus you can change the compression, without having to introduce additional machine parts in the movement of the connecting rod and piston.
[0006] Mit diesem einfachen und effektiven Steuerungsprinzip lassen sich sämtliche bekannten Kolbenmaschinenanordnungen mit einer variablen Verdichtung unter Last bauen und gleichzeitig sinken bei geschickter Auslegung und Anordnung die Masse der bewegten Maschinenteile und das Trägheitsmoment. Natürlich kann man anstelle der variablen Verdichtung auch nur die gewünschte Verdichtung werkseitig fixieren und benötigt damit nur noch einen Kolbenmaschinentypen für die unterschiedlichen Kraftstoffarten. Allerdings bedeutet dies je nach Kolbenanordnung einen recht grossen Aufwand. Daher kann es sinnvoll sein, die Kolbenanordnung, die Kolbenanzahl und den gewählten Bewegungsablauf am Kurbelzapfen sorgfältig aufeinander abzustimmen. Unserer Meinung nach machen vor allem Kolbenmaschinen mit einem linearen oder leicht elliptischen Bewegungsablauf am Kurbelzapfen Sinn, wenn man Reihenmotoren oder Boxermotoren bauen will. Benötigt man V-Motoren, kommen eher dreiecksförmige Bewegungsabläufe am Kurbelzapfen infrage. With this simple and effective control principle, all known piston engine arrangements can be built with a variable compression under load and at the same time decrease with skillful design and arrangement, the mass of the moving machine parts and the moment of inertia. Of course, you can fix only the desired compression factory-installed instead of the variable compression and thus requires only one type of piston engine for the different types of fuel. However, this means depending on the piston arrangement a lot of effort. Therefore, it may be useful to carefully match the piston assembly, the number of pistons and the selected sequence of motions on the crank pin. In our opinion, especially piston machines with a linear or slightly elliptical movement on the crank pin make sense, if you want to build inline engines or boxer engines. If one needs V-engines, rather triangular movements on the crankpin come into question.
[0007] Betrachtet man die Variante V-Motor etwas genauer, so bringt ein dreiecksförmiger Bewegungsablauf am Kurbelzapfen einige Vorteile mit sich. Erreicht wird der Bewegungsablauf mit einem Hohlrad, das als Rollkreiszahnrad dient, und einem Ritzel, das sich im Hohlrad abdreht. Dabei muss der Durchmesser des Ritzels ein Drittel vom Hohlrad betragen. Der Kurbelzapfen wird auf dem Ritzel innerhalb des Teilkreisdurchmessers angebracht. Als Bankwinkel ergibt sich aus. der Kurbelzapfenbewegung 120°. Bringt man drei Kolben auf einem Kurbelzapfen unter, benötigt man nur eine Steuerungseinheit, um die Grundstellung zu verlassen, und kann einen einfachen Dreizylindermotor bauen mit variabler Verdichtung. Richtet man die Zylinder in der Grundstellung mehr oder weniger parallel zu den Mittelsenkrechten des am Kurbelzapfen abgefahrenen gleichseitigen Dreiecks aus, lässt sich ein Zweitaktmotor bauen, der so gesteuert werden kann, dass er beim Durchfahren der jeweils unteren Dreieckseite den Luftwechsel vornehmen kann. Man verliert also keine Hubarbeit mehr für den Luftwechsel, wie dies bei bekannten Zweitaktmaschinen der Fall ist, da beim Durchfahren der dem Kolben gegenüberliegenden Dreiecksseite keine Hubarbeit geleistet wird. Looking at the variant V-engine a little more detail, so brings a triangular motion on the crank pin some advantages. The movement is achieved with a ring gear, which serves as a rolling circle gear, and a pinion, which rotates in the ring gear. The diameter of the pinion must be one third of the ring gear. The crankpin is mounted on the pinion within the pitch circle diameter. As a bank angle results from. the crank pin movement 120 °. If you put three pistons on a crank pin, you only need one control unit to leave the home position and can build a simple three-cylinder engine with variable compression. If the cylinders in the basic position are aligned more or less parallel to the mid-perpendiculars of the equilateral triangle trailed on the crank pin, a two-stroke engine can be constructed which can be controlled so that it can carry out the air exchange when passing through the respectively lower side of the triangle. So you lose no more lifting work for the air exchange, as is the case with known two-stroke engines, since when driving through the opposite side of the piston piston no lifting work is done.
[0008] Als zweites Beispiel soll eine mögliche Boxeranordnung vorgestellt werden. Dazu kann ein Hohlrad als Rollkreiszahnrad Verwendung finden, in dem ein Ritzel abdreht. Das Verhältnis von Hohlrad zu Ritzel soll zwei zu eins betragen. Den Kurbelzapfen bringt man auf dem Ritzel so an, dass er auf den Teilkreisdurchmesser von Hohlrad und Ritzel oder in dessen Nähe zu liegen kommt. Liegt der Kurbelzapfen exakt auf dem Teilkreisdurchmesser, wird eine lineare Bewegung, die dem Teilkreisdurchmesser des Hohlrades und des Ritzels entspricht, abgefahren. Liegt der Kurbelzapfen in der Nähe des Teilkreisdurchmessers, wird ein elliptischer Bewegungsablauf am Kurbelzapfen erreicht. Verlaufen die Achsen der Kolbenbewegung und die Bewegung des Kurbelzapfens parallel, dann werden die maximalen Totpunkte erreicht: man befindet sich also in der Grundstellung der Kolbenmaschine. Dreht man nun das Hohlrad, welches hier als Rollkreis dient, aus der Grundstellung um 90° vor- oder rückwärts, wird der Kurbelzapfen eine zur Zylinderachse orthogonale Bewegung abfahren. Dadurch wird auf die Pleuelstange praktisch keine Hubarbeit mehr übertragen und die Verdichtung in den Arbeitsräumen sinkt gegen Null. Verwendet man statt dessen eine Kurbelschlaufenmaschine, die eine lineare Bewegung am Kurbelzapfen abfährt, erhält man am Kolben keinerlei Hubbewegung mehr, damit beträgt die Verdichtung gar 0%; oder anders gesagt der Kurbelzapfen fährt eine orthogonale Bewegung zu den Zylinderachsen ab, da normalerweise die Änderung des Verdichtungsverhältnisses mit einer relativ geringen Verdrehung des Rollkreiszahnrades erreicht wird. Kann bei einer Kurbelschlaufenmaschine die Grösse der Kurbelschleife massgeblich verringert werden, sodass die Kurbelschlaufe nur der gewünschten Variation der Verdichtung und dem gewünschten Bewegungsablauf des mit dem Ritzel verbundenen Kurbelzapfens angepasst werden muss. Mit dieser Verringerung der Kurbelschlaufengrösse, der generell möglichen Verringerung der Kolbenhöhe und den weiteren Gewichtseinsparungen durch die fehlenden Lager zwischen Kolben und Pleuelstange sinkt das Gewicht der linear zu beschleunigenden Maschinenteile einer Kurbelschlaufenmaschine gegenüber einer normalen Kolbenmaschinen drastisch. Weiter bietet sich bei solchen Kurbelschlaufenmaschinen die Nutzung der Kolbenunterseite als Arbeitsraum an, wie dies bei Kreuzkopfmaschinen im Schiffsmotorenbau heute gemacht wird. Werden beim Zweitakt verfahren diese zwei Arbeitsräume über kolben- und/oder kolbenstangeninterne Ventile direkt miteinander verbunden, können die Spülvorgänge zu einer internen Gleichstromspülung optimiert und die problematische hohe Abnutzung der Kolbenringe reduziert werden. As a second example, a possible boxer arrangement will be presented. For this purpose, a ring gear can be used as a rolling circle gear in which a pinion turns off. The ratio of ring gear to pinion should be two to one. The crank pin is placed on the pinion so that it comes to lie on the pitch diameter of the ring gear and pinion or in its vicinity. If the crank pin lies exactly on the pitch circle diameter, a linear movement, which corresponds to the pitch circle diameter of the ring gear and the pinion, is traversed. If the crank pin is close to the pitch circle diameter, an elliptical movement is achieved on the crank pin. If the axes of the piston movement and the movement of the crank pin parallel, then the maximum dead centers are reached: you are thus in the basic position of the piston engine. Turning now the ring gear, which serves here as a rolling circle, from the basic position by 90 ° forward or backward, the crank pin will move a perpendicular to the cylinder axis movement. As a result, virtually no lifting work is transmitted to the connecting rod and the compression in the workrooms drops to zero. If, instead, a crank loop machine is used, which moves off a linear movement on the crank pin, no further stroke movement is obtained on the piston, so that the compression is even 0%; or in other words, the crankpin makes an orthogonal movement to the cylinder axes, since normally the change of the compression ratio is achieved with a relatively small rotation of the rolling-circle gear. In the case of a crank loom machine, the size of the crank loop can be significantly reduced, so that the crank loop only has to be adapted to the desired variation of the compression and the desired movement sequence of the crank pin connected to the pinion. With this reduction in the size of the crank, the generally possible reduction in the piston height and the further weight savings due to the lack of bearings between the piston and the connecting rod, the weight of the machine parts of a crank-pulley machine to be linearly accelerated drops drastically compared to a normal piston machine. Next offers the use of the piston bottom as working space in such a crank loops machines, as is done today in the case of crosshead machines in marine engine construction. In the two-stroke process, when these two work spaces are directly connected to each other via piston and / or piston rod internal valves, the purging operations can be optimized to an internal DC purge and the problematic high wear of the piston rings can be reduced.
[0009] Interessanterweise erlaubt eine solche Kurbelschlaufenmaschine zwei einfache Zylinderanordnungen. Will man beispielsweise eine Vierzylindermaschine bauen, kann dies mit einer Kurbelzapfensteuerungseinheit geschehen indem auf dem abrollenden Ritzel beidseitig Kurbelzapfen angebracht werden. Liegen diese beiden Kurbelzapfen 180° auseinander, so müssen die beiden Kurbelschlaufeneinheiten in einem Winkel von 90° angeordnet werden. Es entsteht also quasi ein V-Motor mit 90° Bankwinkel. Verändert man die Anordnung der beiden Kurbelzapfen auf dem abrollenden Ritzel, so wird sich der Bankwinkel gegenüber dem gewählten Winkel der beiden Kurbelzapfen halbieren. Durch die lineare Bewegung einer Kurbelschlaufeneinheit können im Bereich der Kolbenstangen auch Zahnstangen montiert werden, die die Bewegung der Kurbelschlaufeneinheit mittels eines im Gehäuse fixierten Zahnrads an die nächste Kurbelschlaufeneinheit weitergeben. Mit diesem Prinzip können mit einer Kurbelzapfensteuerungseinheit Mehrzylinderanordnungen mit einem guten Massenausgleich und einem geringen Gewicht realisiert werden. Interestingly, such a crank loom machine allows two simple cylinder arrangements. If you want to build a four-cylinder engine, for example, this can be done with a crankpin control unit by both sides crankpins are mounted on the rolling pinion. If these two crankpins are 180 ° apart, the two crank-pulley units must be arranged at an angle of 90 °. So it is almost a V-engine with 90 ° bank angle. If you change the arrangement of the two crank pins on the rolling pinion, the bank angle will halve against the selected angle of the two crank pins. Due to the linear movement of a crank-belt unit, racks can also be mounted in the region of the piston rods, which transmit the movement of the crank-belt unit to the next crank-loop unit by means of a gear fixed in the housing. With this principle, multi-cylinder arrangements with good mass balance and light weight can be realized with a crankpin control unit.
[0010] Nimmt man anstelle der Kurbelschlaufeneinheit nur eine Einheit mit nur einem Kolben und einer rückseitigen Führung an der Kolbenstange, können grundsätzlich alle Vorteile, wie sie mit Kurbelschlaufenmaschinen erreicht werden können, auch auf Reihenmotorenanordnungen übertragen werden. Taking only one unit with only one piston and a rear guide on the piston rod instead of the crank loops unit, basically all the advantages, as can be achieved with crank loops, are also transferred to Reihenmotorenanordnungen.
Aufzählung der Zeichnungen:List of drawings:
[0011] Die Erfindung wird anhand einer Kurbelschlaufenmaschine mit variabler Verdichtung zeichnerisch dargestellt. The invention is illustrated by means of a crank loom machine with variable compression drawing.
[0012] Fig. 1 - 4 stellen eine Kurbelschlaufenmaschine in ihrer Grundstellung mit variabler Verdichtung unter Last dar, dabei zeigen die Figuren 1und 2die Vorderansicht und die Figuren 3und 4die Hinteransichten, wobei die beiden Kolben 5 mit der Kurbelschlaufe 1 und den Kolbenstangen 8 eine feste Einheit darstellen. Die beiden Zylinder 6 sind aufgeschnitten dargestellt, um die Kraftübertragung mittels Hohlrad 3 und Ritzel 2 zu verdeutlichen. Dreht das Ritzel 2 in der Lagerscheibe 9 mit dem darauf fixierten Kurbelzapfen 4 einmal im Hohlrad 3 ab, durchlaufen die beiden Kolben 5 ihre oberen und unteren Totpunkte und erreichen die maximale Hubhöhe h. Da nun das Hohlrad 3 im Gehäuse drehbar gelagert ist, kann es mittels dem Schneckengetriebe 7 gegenüber dem Gehäuse vor- oder rückwärts gedreht werden. Figures 1 - 4 show a crank loom machine in its basic position with variable compression under load, the figures 1 and 2 show the front view and Figures 3 and 4 are the rear views, the two pistons 5 with the crank loop 1 and the piston rods 8 a solid Represent unity. The two cylinders 6 are shown cut to illustrate the power transmission by means of ring gear 3 and pinion 2. If the pinion 2 rotates once in the ring gear 3 in the bearing disk 9 with the crank pin 4 fixed thereon, the two pistons 5 pass through their top and bottom dead centers and reach the maximum lifting height h. Since now the ring gear 3 is rotatably mounted in the housing, it can be rotated forward or backward by means of the worm gear 7 relative to the housing.
[0013] Fig. 5 bis 8 zeigen dasselbe Schema, wobei hier durch Drehen am Schneckengetriebe 7 das Hohlrad 3 aus seiner Grundstellung verschoben wurde, sodass nun die beiden Kolben 5 nur noch die Hubhöhe h’ durchfahren und sich damit die Verdichtung in den Arbeitsräumen gegenüber der Grundstellung verringert hat. Dank diesem Verdrehen des Hohlrades in beide Richtungen, kann der Zündzeitpunkt vor oder hinter den Kolbenhub gelegt werden. Fig. 5 to 8 show the same scheme, in which case by turning the worm gear 7, the ring gear 3 has been moved from its normal position, so now the two pistons 5 only the lifting height h 'drive through and thus the compression in the workrooms opposite the basic position has decreased. Thanks to this rotation of the ring gear in both directions, the ignition timing can be placed in front of or behind the piston stroke.
[0014] Fig. 9 zeigt dieselbe Maschinenanordnung von oben gesehen, die Steuerungseinheit bestehend aus Hohlrad 3 und Ritzel 2 wird nur einmal benötigt, denn die zweite Doppelkolbeneinheit wird mittels Zahnstangen 10, die auf den Kolbenstangen 8 angebracht sind und einem im Gehäuse fixierten Zahnrad 11 mechanisch mit der ersten Doppelkolbeneinheit verbunden, bewegt sich eine Doppelkolbeneinheit, wird die andere durch die Verbindung Zahnstangen 10 und Zahnrad 11 in die entgegengesetzte Richtung symmetrisch bewegt. Fig. 9 shows the same machine arrangement seen from above, the control unit consisting of ring gear 3 and pinion 2 is needed only once, because the second double-piston unit is mounted by means of racks 10 which are mounted on the piston rods 8 and a fixed gear in the housing 11th mechanically connected to the first double piston unit, moves a double piston unit, the other is moved symmetrically by the connection rack 10 and gear 11 in the opposite direction.
Ausführung der Erfindung:Embodiment of the invention:
[0015] Die variable Kraftübertragung auf die Kurbelwelle wird erreicht, indem die Kurbelwelle mit kreisendem Kurbelzapfen durch ein System aus Rollkreiszahnrad oder Rollkreishohlrad und darin oder darauf abdrehendem Ritzel oder Hohlrad ersetzt wird. Das abdrehende Hohlrad oder Ritzel wird dabei in einer Kurbel oder Lagerscheibe gelagert und der Kurbelzapfen wird mit dem abdrehenden Ritzel oder Hohlrad verbunden. Dreht nun der mit dem Ritzel oder dem Hohlrad verbundene Kurbelzapfen im oder auf dem Rollkreiszahnrad oder Rollkreishohlrad ab, können am Kurbelzapfen sämtliche Bewegungsabläufe erreicht werden, wie sie mit Epizykloiden oder Hypozykloiden konstruierbar sind. Der exakte Bewegungsablauf am Kurbelzapfen wird dabei durch das Verhältnis der Zahnräder zueinander, der Art des Rollkreiszahnrades, sei dies nun Hohlrad oder Ritzel, und der Positionierung des Kurbelzapfens, der mit dem abdrehenden Ritzel verbunden ist, bestimmt. Das Verhältnis der unterschiedlichen Zahnräder zueinander muss in der Regel ganzzahlig sein. So wird sich bei einer Zweitaktmaschine der gewünschte Bewegungsablauf nach jeder Umdrehung wiederholen, beim Viertaktverfahren kann auch ein Verhältnis der Zahnräder gewählt werden, bei dem sich der Bewegungsablauf erst nach zwei Umdrehungen wiederholt. Mit einem solchen System kann also am Kurbelzapfen eine beliebige geometrische sich wiederholende Form abgefahren werden, die den Rollkreis als Fixpunkt benutzt. The variable power transmission to the crankshaft is achieved by the crankshaft is replaced with a rotating crank pin by a system of rolling circle gear or Rollkreishohlrad and therein or on it spinning off pinion or ring gear. The spinning ring gear or pinion is stored in a crank or bearing disk and the crank pin is connected to the rotating pinion or ring gear. Rotates now connected to the pinion or the ring gear crank pin in or on the rolling-circle gear or Rollkreishohlrad from, all motion sequences can be achieved on the crank pin, as they are constructible with epicycloids or hypocycloids. The exact sequence of movements of the crank pin is determined by the ratio of the gears to each other, the type of rolling-pin gear, be it ring gear or pinion, and the positioning of the crank pin, which is connected to the rotating pinion determined. The ratio of the different gears to each other must be integer in the rule. Thus, in a two-stroke engine, the desired sequence of movements will repeat after each revolution, in the four-stroke process, a ratio of the gears can be selected in which the sequence of movements repeats after two revolutions. With such a system, therefore, any geometric repeating shape can be traced on the crank pin, which uses the rolling circle as a fixed point.
[0016] Wird nun der Rollkreis gegenüber den anderen Maschinenteilen so fixiert, dass die Kolben ihre maximalen oberen Totpunkte erreichen, sprechen wir von der Grundstellung der Kolbenmaschine. Da wir es bei dieser Erfindung nicht mehr mit kreisenden Bewegungen am Kurbelzapfen zu tun haben, sondern mit sich wiederholenden geometrischen Formen, wird es durch die Verschiebung dieser Formen möglich, die Lage, die der Kurbelzapfen abfährt in einem beliebigen Winkel um den Rollkreismittelpunkt zu drehen. Dreht man also den Rollkreis um seine Achse, wird sich die Lage des Bewegungsablaufes am Kurbelzapfen exakt um den Winkel verschieben, um den der Rollkreis gegenüber dem Gehäuse gedreht wurde. Damit kann in einer Kolbenmaschine dieses Vor- oder Rückwärtsdrehen des Rollkreises als variable Verdichtung genutzt werden. If now the rolling circle relative to the other machine parts fixed so that the pistons reach their maximum top dead centers, we speak of the basic position of the piston engine. Since in this invention we no longer have to deal with circular motions on the crankpin, but with repeating geometrical shapes, the displacement of these shapes makes it possible to turn the position which the crankpin leaves at any angle about the pitch circle center. So if you rotate the rolling circle about its axis, the position of the movement sequence on the crank pin will move exactly by the angle by which the rolling circle was rotated relative to the housing. This can be used as a variable compression in a piston engine this forward or backward rotation of the rolling circle.
[0017] Will man die Grundstellung verlassen, kann man beispielsweise das Rollkreiszahnrad oder Rollkreishohlrad über ein Schneckengetriebe mit dem Gehäuse verbinden und so den definierten Bewegungsablauf am Kurbelzapfen gegenüber der Grundstellung drehen, dadurch werden die maximalen Totpunkte nicht mehr erreicht, und die Verdichtung in den Zylindern sinkt. Je nach geometrischer Form, die der Kurbelzapfen abfährt, und der Anordnung der Zylinder, kann die Verdrehung des Rollkreiszahnrades oder Rollkreishohlrades mit einem positiven und/oder einem negativen Winkel geschehen. Ist also eine Verdrehung in beide Richtungen möglich, kann neben der Verdichtungsänderung auch eine Optimierung der Kraftübertragung entsprechend der gewünschten Drehzahl stattfinden. Natürlich lässt sich ein System mit einem Hohlrad als Rollkreis einfacher für die gewünschte Änderung der Verdichtung unter Last nutzen, da hier der Bewegungsablauf praktisch im Innern des Hohlrades stattfindet und man die Steuerung des Verdrehens ausserhalb anbringen kann. Die beiden Bewegungsabläufe behindern sich damit nicht. If you want to leave the basic position, you can connect, for example, the rolling-circle gear or Rollkreishohlrad via a worm gear with the housing and rotate the defined movement on the crank pin relative to the basic position, thereby the maximum dead centers are no longer achieved, and the compression in the cylinders sinks. Depending on the geometric shape that moves away from the crank pin, and the arrangement of the cylinder, the rotation of the rolling-circle gear or Rollkreishohlrades can be done with a positive and / or a negative angle. So if a rotation in both directions is possible, in addition to the compression change and optimization of the power transmission can take place according to the desired speed. Of course, a system with a ring gear as a pitch circle easier for the desired change of compression under load use, since the movement takes place practically inside the ring gear and you can attach the control of twisting outside. The two movements do not interfere with this.
[0018] Als mögliche Ausführungsvariante möchten wir eine Kurbelschlaufenmaschine mit der neuartigen Kurbelzapfensteuerung vorstellen. Natürlich könnte man eine solche Maschinenanordnung auch als Boxermaschine bauen. Die Boxermaschine hat in einigen Punkten deutliche Nachteile gegenüber der Kurbelschlaufenanordnung, denn dank der steifen Einheit von Kolben, Kolbenstange und Kurbelschlaufe, können die Kolbenhöhe, die Maschinengrösse und das Gewicht der beschleunigten Massen im Vergleich zur bekannten Boxeranordnung nochmals reduziert werden. Als Steuerungssystem für den Kurbelzapfen wählt man ein Hohlrad als Rollkreis und ein Ritzel, das im Hohlrad abdreht. Das Zahnradverhältnis von Hohlrad zu Ritzel beträgt 2:1. Der Kurbelzapfen wird auf dem Ritzel in der Nähe des Teilkreisdurchmessers angebracht. Damit durchfährt der Ritzelkurbelzapfen beim Abfahren im Hohlrad eine elliptische Bahn. Wird der Ritzelkurbelzapfen exakt auf dem Teilkreisdurchmesser der beiden Zahnräder angebracht, durchfährt er beim Abrollen eine lineare Bahn. Es spielt keine Rolle, ob der Ritzelkurbelzapfen direkt auf dem Ritzel oder auf der Lagerachse des Ritzels fixiert wird. Fällt die Wahl auf die Lagerachsenmontage, so hat man den Vorteil, dass die Lagerachse einen grösseren Durchmesser als das Ritzel haben kann. Damit gewinnt man mehr Freiheit bei der Platzierung des Ritzelkurbelzapfens, und man benötigt kein Zwischenstück zwischen Kurbelzapfen und Ritzel. Verlaufen die Achsen der Kolbenbewegung und die Bewegung, welche der Ritzelkurbelzapfen beschreibt, parallel, dann werden die maximalen Totpunkte oder anders gesagt die maximale Verdichtung in der Maschine erreicht. Wünscht man zusätzlich eine Verdichtungsänderung unter Last, muss man die Möglichkeit schaffen, das als Rollkreis dienende Hohlrad zusätzlich gegenüber dem Gehäuse vor- oder rückwärts zu drehen. Dies kann beispielsweise mit einem Schneckengetriebe erreicht werden. Dreht man das als Rollkreis dienende Hohlrad mittels des Schneckengetriebes vor- oder rückwärts, so werden sich die Totpunkte des Kolbens verschieben. Die Bewegung, die der Kurbelzapfen nun abfährt, verläuft nicht mehr parallel zu den Kolben, sondern kreuzt sich mit dem Kolbenhub im Zentrum des Hohlrades. Dies bewirkt, dass die Kolben ihre oberen Totpunkte nicht mehr erreichen und die Verdichtung in den Zylindern sinkt. Es wird also möglich, jeden Parameter entsprechend der Tourenzahl und dem verwendeten Kraftstoff auf Verbrauch und Leistung zu optimieren. As a possible embodiment, we would like to introduce a crank loom with the new crankpin control. Of course you could build such a machine arrangement as a boxer machine. The Boxer machine has in some points significant disadvantages compared to the crank assembly, because thanks to the rigid unit of piston, piston rod and crank, the piston height, the size of the machine and the weight of the accelerated masses can be further reduced compared to the known Boxer arrangement. As a control system for the crank pin to choose a ring gear as a pitch circle and a pinion which rotates in the ring gear. The gear ratio of ring gear to pinion is 2: 1. The crankpin is mounted on the pinion near the pitch circle diameter. Thus, the pinion crank pin passes through an elliptical path when traveling in the ring gear. If the pinion crank pin is mounted exactly on the pitch circle diameter of the two gears, it passes through a linear path when rolling. It does not matter if the pinion crank pin is fixed directly on the pinion or on the pinion shaft of the pinion. If the choice falls on the bearing axle assembly, it has the advantage that the bearing axis can have a larger diameter than the pinion. This gives you more freedom in the placement of the pinion crank pin, and you need no intermediate piece between the crank pin and pinion. If the axes of the piston movement and the movement described by the pinion crank pin are parallel, then the maximum dead centers, or in other words the maximum compression in the machine, are achieved. If you also want a change in compression under load, you have to create the possibility to turn the ring gear serving as a rolling circle in addition to the housing forward or backward. This can be achieved for example with a worm gear. Turning the ring gear serving as a pitch circle forward or backward by means of the worm gear, the dead points of the piston will move. The movement that now leaves the crank pin, no longer runs parallel to the piston, but intersects with the piston stroke in the center of the ring gear. This causes the pistons to no longer reach their top dead centers and the compression in the cylinders drops. It is thus possible to optimize each parameter according to the number of turns and the fuel used for consumption and performance.
[0019] Will man beispielsweise eine Vierzylindermaschine bauen, kann man auf beiden Seiten des Ritzels Kurbelzapfen anbringen. Es spielt dabei keine Rolle, in welcher Position die beiden Kurbelzapfen auf dem Ritzel zueinander stehen. Sie können zum Beispiel an derselben Stelle sein, dadurch vollführen beide Doppelzylindereinheiten einen synchronen Bewegungsablauf, oder sie liegen um 180° verschoben auf dem Ritzel, dann werden sich die beiden Doppelzylindereinheiten in einem rechten Winkel zueinander bewegen. Zwischen diesen beiden Extremen sind natürlich alle erdenklichen Anordnungen der Kurbelzapfen zueinander möglich. Eine weitere Möglichkeit der Mehrzylinderanordnung besteht darin, auf den Kolbenstangen Zahnstangen anzubringen. Zur Kraftübertragung von einer Kolbenstange mit Zahnstange zur nächsten kann dann einfach ein Zahnrad dienen. Diese Art der Kraftübertragung bringt bei Mehrzylinderanordnungen den Vorteil von gegenläufigen Kolbeneinheiten, gleichzeitig sinkt die bewegte Masse, und man benötigt nur eine Steuereinheit für die Verdichtungsänderung. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, wie beispielsweise bei grossen Schiffsmotoren mit Kolbenstangen, auch die Kolbenunterseiten als Arbeitsräume zu verwenden. Natürlich kann man die Maschine ohne die Möglichkeit der variablen Verdichtung bauen. So ist es in der Grundstellung des Hohlrades bei einer Anordnung des Kurbelzapfens auf dem Teilkreisdurchmesser möglich, die Kurbelschlaufe durch ein einfaches kreisförmiges Kurbelzapfenlager zu ersetzen. Will man allerdings die Kraftübertragung von der Kurbelschlaufe auf die Kurbelwelle optimieren, kann die Maschine auch mit einer verdrehten Grundstellung gebaut werden, somit kann die Maschine so ausgelegt werden, dass im Moment der Zündung ein gewünschter Hebelarm auf die Kurbelwelle wirkt. If you want to build a four-cylinder engine, for example, you can attach crank pin on both sides of the pinion. It does not matter in which position the two crank pins are on the pinion to each other. For example, they may be in the same location, thereby making both double-cylinder units perform a synchronous motion sequence, or they are 180 ° shifted on the pinion, then the two double-cylinder units will move at right angles to each other. Of course, all conceivable arrangements of the crankpins to each other are possible between these two extremes. Another possibility of the multi-cylinder arrangement is to install racks on the piston rods. For power transmission from a piston rod with rack to the next can then simply serve a gear. This type of power transmission brings in multi-cylinder arrangements the advantage of opposing piston units, at the same time decreases the moving mass, and you only need a control unit for the compression change. In addition, it is possible, for example, to use the piston bottoms as working spaces in large ship engines with piston rods. Of course you can build the machine without the possibility of variable compression. Thus, it is possible in the basic position of the ring gear with an arrangement of the crank pin on the pitch circle diameter to replace the crank loop with a simple circular crank pin bearing. However, if you want to optimize the power transmission from the crank to the crankshaft, the machine can also be built with a twisted home position, so the machine can be designed so that at the moment of ignition a desired lever arm acts on the crankshaft.
Claims (6)
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---|---|---|---|
CH01788/11A CH705751B1 (en) | 2011-11-07 | 2011-11-07 | Piston engine with an elliptical movement on the crank pin and variable compression. |
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CH01788/11A CH705751B1 (en) | 2011-11-07 | 2011-11-07 | Piston engine with an elliptical movement on the crank pin and variable compression. |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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CH705751A2 true CH705751A2 (en) | 2013-05-15 |
CH705751B1 CH705751B1 (en) | 2016-06-15 |
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ID=48279217
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CH01788/11A CH705751B1 (en) | 2011-11-07 | 2011-11-07 | Piston engine with an elliptical movement on the crank pin and variable compression. |
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CH (1) | CH705751B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106948938A (en) * | 2017-02-21 | 2017-07-14 | 浙江大学 | A kind of pancake engine structure |
-
2011
- 2011-11-07 CH CH01788/11A patent/CH705751B1/en unknown
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN106948938A (en) * | 2017-02-21 | 2017-07-14 | 浙江大学 | A kind of pancake engine structure |
CN106948938B (en) * | 2017-02-21 | 2019-07-30 | 浙江大学 | A kind of pancake engine structure |
Also Published As
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CH705751B1 (en) | 2016-06-15 |
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