DE181419C

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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

KLASSE 46^. GRUPPECLASS 46 ^. GROUP

ROBERTHENRYRAMSEYROBERTHENRYRAMSEY

Der Gegenstand der Erfindung betrifft eine einfach wirkende Kraftmaschine mit geschränktem Schubkurbeltrieb und besteht darin, daß die Zylinderachse den Kurbelkreis berührt und gleichzeitig die Schubstange weniger als viermal, jedoch nicht weniger als dreimal so lang als der Halbmesser des Kurbelkreises ist.The object of the invention relates to a single-acting engine with restricted Slider crank drive and consists in the fact that the cylinder axis touches the crank circle and at the same time the push rod less than four times, but not less than three times as long as the radius of the Crank circle is.

Durch diese Anordnung wird erreicht, daßThis arrangement ensures that

ίο der Kolbenhub mehr als das Doppelte der Länge des Kurbelhalbmessers beträgt, wobei zur Zeit, wenn der Kolben mit der Höchstgeschwindigkeit läuft, die auf den Kolben ausgeübte Kraft am günstigsten ausgenutzt und die Zylinderreibung möglichst verringert wird. Weitere Vorteile ergeben sich noch in der Anordnung und Steuerung der Auspufföffnung und in den unter sonst gleichen Verhältnissen geringeren Abmessungen derίο the piston stroke more than double the Length of the crank radius is, at the time when the piston is at maximum speed runs, the force exerted on the piston is used most effectively and the cylinder friction is reduced as much as possible will. Further advantages arise in the arrangement and control of the exhaust port and in the smaller dimensions of the

ao Maschine.ao machine.

In der Zeichnung zeigt Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Viertakt-Explosionskraftmaschine mit geschränktem Schubkurbeltrieb, Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch eine ähnlich eingerichtete Zweitakt - Explosionskraftmaschine, Fig. 3 die schematische Darstellung einer Ausführungsform eines mit Kreuzkopf versehenen Kurbeltriebes. Die Diagramme der Fig. 4 bis 6 dienen zur Erklärung der Wirkungsweisen der zu vergleichenden Schubkurbelgetriebe, wobei in den Fig. 4 und 6 die übliche Anordnung dargestellt ist, bei der die Schubstange fünfmal so lang als der Kurbelkreishalbmesser ist und der Kurbelkreismittelpunkt in der Verlängerung der Zylinderachse liegt. Bei letzterer Anordnung sind die Verhältnisse noch günstiger als bei den übrigen bekannten Anordnungen, bei welchen die Zylinderachse den Kurbelkreis seitlich des Mittelpunktes schneidet und die Schubkurbel fünfmal oder weniger als dreimal so lang als der Kurbelkreishalbmesser ist.In the drawing, FIG. 1 shows a vertical section through a four-stroke explosion engine with a set slider crank drive, FIG. 2 shows a vertical section through a similarly set up two-stroke explosion engine, FIG. 3 shows the schematic representation an embodiment of a crank mechanism provided with a cross head. the The diagrams of FIGS. 4 to 6 serve to explain the modes of action of the ones to be compared Slider crank mechanism, the usual arrangement being shown in FIGS. 4 and 6, in which the push rod is five times as long as the crank circle radius and the crank circle center point in the Extension of the cylinder axis lies. In the latter arrangement, the conditions are even cheaper than with the other known arrangements in which the cylinder axis intersects the crank circle to the side of the center point and the slider crank five times or less than three times as long as the crank circle radius.

Das Maschinengestell 1 trägt die Lager 2 für die Kurbelwelle 3, auf welcher das Schwungrad 4 und eine Kurbel 5 sitzen. Diese ist mittels Zapfen 8 und Schubstange 9 mit dem Zapfen 10 des Kolbens 12 verbunden. Der mit einem Wassermantel 16 versehene Zylinder 13 trägt einen Flanschfortsatz 14, der in die durch einen Deckel 15 abgeschlossene Kurbelkammer 7 ragt. Der durch ein Ventil 19 gesteuerte Einlaßkanal 17 für Gas und Luft ist bei der Maschine nach Fig. ι im Zylinder und bei jener nach Fig. 2 im Kurbelgehäuse angeordnet. Der Zylinder ist ferner mit einem Auspuffkanal 18 versehen, der durch ein Ventil 20 (Fig. 1) gesteuert wird.The machine frame 1 carries the bearings 2 for the crankshaft 3 on which the Flywheel 4 and a crank 5 sit. This is done by means of a pin 8 and a push rod 9 connected to the pin 10 of the piston 12. The one provided with a water jacket 16 Cylinder 13 carries a flange extension 14, which is inserted into the by a cover 15 closed crank chamber 7 protrudes. The inlet channel 17 controlled by a valve 19 for gas and air is in the machine of Fig. ι in the cylinder and that of Fig. 2 arranged in the crankcase. The cylinder is also provided with an exhaust duct 18, which is controlled by a valve 20 (Fig. 1).

Bei der Maschine nach Fig. 1 besitzt der Zylinder 13 noch eine Hilfsauspufföffnung 22, die von dem Kolben während jenes Teiles seines Hubes geschlossen wird, welcher dem doppelten Kurbelhalbmesser entspricht 'und bloß während der erzielten Verlängerung des Kolbenhubes geöffnet ist·. Die Anordnung einer Hilfsauspufföffnung als solche ist bekannt. Während jedoch die AnordnungIn the machine according to FIG. 1, the cylinder 13 also has an auxiliary exhaust port 22, which is closed by the piston during that part of its stroke, which the double crank radius' and only during the achieved extension of the Piston stroke is open. The arrangement of an auxiliary exhaust port is known as such. However, while the arrangement

einer solchen Hilfsauspufföffnung gewöhnlich eine Verringerung des Arbeitshubes zur Folge hat, so daß dieser geringer als der doppelte Kurbelhalbmesser ist, kann bei dieser Maschine die Hilfsauspufföffnung derart angeordnet werden, daß der Kolben den vollen Arbeitshub, welcher dem doppelten Kurbelhalbmesser gleich ist, ausführt, bevor diese . Auspufföffnung freigegeben wird. Falls einesuch an auxiliary exhaust port usually a reduction in the working stroke for Consequence, so that this is less than twice the crank radius, can with this Machine the auxiliary exhaust port are arranged so that the piston is full Working stroke, which is equal to twice the crank radius, executes before this . Exhaust opening is released. If a

ίο Hilfsauspufföffnung 22 nicht benutzt wird, kann die erzielte Verlängerung des Kolbenhubes zur Verlängerung des Arbeitshubes ausgenutzt und damit die Leistung der Maschine erhöht werden.ίο Auxiliary exhaust port 22 is not used, the achieved extension of the piston stroke to the extension of the working stroke exploited and thus the performance of the machine can be increased.

In Fig. 2 bezeichnet 21 die Einströmöffnung, durch welche das Gasluftgemisch, das während des Kolbenrückganges (in Fig. 2 nach links) durch den Kanal 17 angesaugt wurde, aus dem Kurbelgehäuse 7 in den Zylinderraum 13 tritt.In Fig. 2, 21 denotes the inflow opening, through which the gas-air mixture sucked in through the channel 17 during the piston decline (to the left in FIG. 2) from the crankcase 7 into the cylinder chamber 13 occurs.

Die Erfindung eignet sich insbesondere für Zweitaktmaschinen, da bei dieser Anordnung die Auspufföffnung näher dem Ende des Arbeitshubes (wie die Entfernung zwischen der punktierten und vollen Linie bei der Auspuff Öffnung 18 in Fig. 2 erkennen läßt) angeordnet ist, so daß die Expansionskraft des Gases mehr ausgenutzt wird. Außerdem werden die Verbrennungsgase bei der Maschine nach Fig. 2 infolge der durch die besondere Kurbeleinrichtung verursachten langsamen Bewegung des Kolbens während der Auspuffperiode vollständiger entweichen und frische Gase vollständiger eingeführt werden. Dadurch kann die. Leistung der Maschine erhöht und diese mit einer größeren Geschwindigkeit als sonst betrieben werden. The invention is particularly suitable for two-stroke engines, because with this arrangement the exhaust port closer to the end of the working stroke (like the distance between the dotted and solid lines on the Exhaust opening 18 in Fig. 2 can be seen) is arranged so that the expansion force of the gas is used more. In addition, the combustion gases are in the machine according to Fig. 2 due to the caused by the special crank device slow movement of the piston during the exhaust period and fresh gases are introduced more fully. This allows the. Performance of the Machine increased and these are operated at a higher speed than usual.

Der Kolbenmantel besitzt einen Schlitz 23 (Fig. 1) zum Durchgang der Schubstange 9, welcher Schlitz aber entfallen kann, wenn der Schubstange 9 eine gekrümmte Form (Fig. 2) gegeben wird. In diesem Fall ist jeder Gefahr eines Steckenbleibens des KoI-bens, welches bei einem geschlitzten Kolben infolge der durch die Erhitzung hervorgerufenen Ausdehnungen desselben eintreten könnte, vorgebeugt. Die infolge der besonderen Einrichtung des Kurbeltriebes erzielte Verringerung in den Abmessungen der Maschine kann aus Fig. 1 ersehen werden, in der die punktierte Linie 25 die Länge des Maschinengestelles andeutet, welche erforderlich wäre, wenn das Kurbelgetriebe die übliehe Einrichtung hätte.The piston skirt has a slot 23 (Fig. 1) for the passage of the push rod 9, which slot can be omitted if the push rod 9 is given a curved shape (FIG. 2). In this case it is any risk of the piston getting stuck, which is the case with a slotted piston occur as a result of the expansion thereof caused by the heating could, prevented. The achieved as a result of the special device of the crank mechanism Reduction in the dimensions of the machine can be seen from Fig. 1 in which the dotted line 25 indicates the length of the machine frame which is required would be if the crank mechanism had the usual facility.

Bei den Maschinen nach den Fig. 1 und 2 sind die Kurbel 5 und der Kolben 12 unmittelbar miteinander durch die Schubstange 9 verbunden; die Erfindung ist jedoch ^auch anwendbar bei Maschinen nach Fig. 3, bei welchen die Kurbel 26 durch eine Pleuelstange . 27 mit einem Kreuzkopf 28 in Verbindung steht, der mit dem Kolben 30 durch die Kolbenstange 31 verbunden ist. Fig. 4 stellt die übliche Anordnung dar, bei weleher die den Kolben mit der Kurbel 33 verbindende Stange 34 fünfmal so lang als der Kurbelhalbmesser ist und der Kurbelmittelpunkt 36 in der Zylinderachse liegt. Zum Vergleich der gegenseitigen Lage der Schubstange und Kurbel 33 ist diese in dreizehn verschiedenen, um je 15⁰ voneinander abweichenden Stellungen gezeigt; diese sowie die zugehörigen Stellungen des einen Schubstangenendes sind mit 40 bis 52 bezeichnet. Fig. 5 stellt die geschränkte Anordnung einer Kurbel 54 von gleichem Halbmesser wie die Kurbel 33 dar, wobei die Länge der Schubstange 55 das . 3 ³/₈ fache des Kurbelhalb- : messers 54 beträgt. Zum Vergleich mit der in Fig. 4 dargestellten Anordnung ist die Kurbel 54 ebenfalls in einer Reihe von Stellungen gezeigt, die mit 60 bis 73 bezeichnet sind und denen die gleichbezeichneten Stellungen des einen Schubstangenendes entsprechen. Der Punkt 60 liegt senkrecht unter dem entsprechenden Punkt 40 der Fig. 4.In the machines according to FIGS. 1 and 2, the crank 5 and the piston 12 are directly connected to one another by the push rod 9; However, the invention is also applicable to machines according to FIG. 3, in which the crank 26 is actuated by a connecting rod. 27 communicates with a cross head 28 which is connected to the piston 30 through the piston rod 31. 4 shows the usual arrangement in which the rod 34 connecting the piston to the crank 33 is five times as long as the crank radius and the crank center 36 lies in the cylinder axis. For comparison, the mutual position of the push rod and crank 33 is shown in these thirteen different to each 15 ⁰ divergent positions; these and the associated positions of one end of the push rod are denoted by 40 to 52. Fig. 5 shows the crossed arrangement of a crank 54 of the same radius as the crank 33, the length of the push rod 55 being the. 3 ^_3/8 times the Kurbelhalb-: diameter is 54th For comparison with the arrangement shown in FIG. 4, the crank 54 is also shown in a series of positions, which are designated by 60 to 73 and to which the identically designated positions of the one end of the push rod correspond. The point 60 lies perpendicularly below the corresponding point 40 in FIG. 4.

Vergleicht man zunächst die beiden Kolbenhübe 60 bis 73 und 40 bis 52, so' ergibt sich, daß ersterer um etwa 5 Prozent größer als der zweifache Kurbelhalbmesser ' ist. Ferner erfordert der Rückgang des Kolbens von rechts nach links in Fig. 4 eine Drehung der Kurbel 33 durch einen Bogen von i8o° (punktiert angedeutet), während für den Rückgang des Kolbens bei dem um 5 Prozent größeren Kolbenhub nach Fig. 5 der Kurbelzapfen nur einen Bogen von 168Y₂ ⁰ (punktiert angedeutet) zu durchlaufen hat. Der Kolben überträgt demnach bei letzterer Anordnung die Kraft auf die Kurbel während eines größeren Drehungswinkels, wobei der Kurbelweg beim Kolbenrückgang vermindert ist.If one first compares the two piston strokes 60 to 73 and 40 to 52, it 'emerges that the former is about 5 percent larger than twice the crank radius'. Furthermore, the decrease in the piston from right to left in FIG. 4 requires a rotation of the crank 33 through an arc of 180 ° (indicated by dotted lines), while for the decrease in the piston in the 5 percent larger piston stroke according to FIG has to traverse an arc of 168Y ₂ ⁰ (indicated by dotted lines). In the latter arrangement, the piston accordingly transmits the force to the crank during a larger angle of rotation, the crank travel being reduced when the piston retracts.

Wenn bei der in Fig. 4 dargestellten An-Ordnung die Kurbel 33 die Stellung 45, d. i. die höchste Stellung der Schubstange einnimmt und der Kolben seine Höchstgeschwindigkeit unter dem Durchschnittsdruck besitzt, ist die Reibung des Kolbens im Zylinder am größten, so daß die auf die Kurbel zu übertragende Kraft vermindert wird. Bei der in ■Fig· S gezeigten Anordnung liegt jedoch, wenn die Kurbel 54 die Stellung 65, die Schubstange demnach die höchste Stellung einnimmt, der Kurbelzapfen in einer Linie mit der Kolbenachse, so daß die Zylinderreibung die geringste ist; dieses günstige Verhältnis bleibt auch während des Teiles des Kolbenhubes, in welchem er seine Höchstgeschwindigkeit unter mittlerem Druck erreicht, bestehen.In the arrangement shown in FIG. 4, when the crank 33 is in position 45, i. i. the highest position of the push rod and the piston its maximum speed below the average pressure, the friction of the piston in the cylinder is at largest, so that the force to be transmitted to the crank is reduced. At the in The arrangement shown in Fig. S is, however, when the crank 54 is in position 65, the push rod is accordingly in the highest position occupies the crank pin in line with the piston axis, so that the cylinder friction the least is; this favorable ratio remains during the part of the piston stroke in which it reaches its maximum speed reached under medium pressure.

Vergleicht man weiter die bekannte Anordnung (Fig. 4) mit der Anordnung nach Fig. 5, bei welcher der Kolbenhub um 5 Prozent größer ist, so ergibt sich, daß bei letz-If one compares further the known arrangement (Fig. 4) with the arrangement according to Fig. 5, in which the piston stroke is 5 percent greater, it follows that with the last

terer der Kolben nach Überschreiten jenes Punktes, der der Stellung 52 nach Fig. 4 entspricht, noch einen Hin- und Rückweg bis zu diesem Punkt zurücklegt, der einer Drehung des Kurbelzapfens von etwa 60 ° oder einem Sechstel des Kurbelkreisumfanges entspricht. An dieser Stelle erhält der Kolben eine etwas schleppende Bewegung. Der größere Kolbenweg beim Vorgang und der schleppende Gang des Kolbens in der äußeren Stellung 73 haben zur Folge, daß der Kolben mit größerer Geschwindigkeit als sonst zurückgeht, wobei er aber genügend Zeit läßt, um den Zylinder von den Verbrennungsrückständen zu reinigen und mit frischem Gasluftgemisch zu beschicken.The lower piston after passing the point corresponding to the position 52 according to FIG. 4 corresponds to one more way back and forth to this point, the one Rotation of the crank pin by about 60 ° or one sixth of the crank circle circumference is equivalent to. At this point the piston starts to move slightly. Of the greater piston travel during the process and the sluggish movement of the piston in the outer Position 73 have the consequence that the piston at a greater speed than otherwise it goes back, leaving enough time to remove the combustion residues from the cylinder to be cleaned and fed with a fresh gas-air mixture.

Ein wichtiges Ergebnis dieser schnellen Rückbewegung des Kolbens ist die rasche Verdichtung der inzwischen in den Zylinder eingetretenen Ladung von Luft und Gas, wodurch der Wärmeverlust durch Ausstrahlung geringer und der Nutzeffekt vergrößert wird.An important result of this rapid return movement of the piston is the rapid Compression of the charge of air and gas that has meanwhile entered the cylinder, whereby the heat loss through radiation is lower and the efficiency is increased will.

Diese Vorteile werden namentlich durch die Verkleinerung des Längenverhältnisses zwischen der Schubstange. und der Kurbel erzielt, was sich ohne weiteres aus Fig. 6 ergibt, in welcher eine Kurbel 75 und Schubstange 76 des gebräuchlichen, in Fig. 4 gezeigten Verhältnisses derart angeordnet sind, daß der Kurbelkreis jy, von der Zylinderachse berührt wird; der Kolbenhub reicht hierbei von der Linie 80 bis zur Linie 81. Werden nun die Kurbel 54 und Schubstange 55 wie in Fig. 5 mit der Kurbel 75 und der Schubstange j6 verglichen, so ergibt sich, daß, obgleich die Kurbeln 75 und 54 von gleichem Halbmesser sind, das Längenverhältnis der Stange 55 zur Kurbel 54 derart ist, daß -der Kolbenhub von der Linie 80 bis zur Linie 82 reicht; die Zunähme 81 bis 82 ergibt sich aus der Verkürzung der Stange 55.These advantages are due in particular to the reduction in the length ratio between the push rod. and the crank achieves, which is readily apparent from FIG. 6, in which a crank 75 and push rod 76 of the usual ratio shown in FIG. 4 are arranged in such a way that the crank circle jy is touched by the cylinder axis; the piston stroke extends from the line 80 to the line 81. If the crank 54 and push rod 55 are compared with the crank 75 and the push rod j6 as in FIG. 5, the result is that although the cranks 75 and 54 are identical The length ratio of the rod 55 to the crank 54 is such that the piston stroke extends from the line 80 to the line 82; the increase 81 to 82 results from the shortening of the rod 55.

Die in dem angegebenen Maße verkürzte Schubstange ist jedoch nur vorteilhaft in Verbindung mit einer Kurbel,, deren Bahn von der Zylinderachse berührt wird; bei einer Maschine der in Fig.' 4 gezeigten Art würde die Anordnung einer verkürzten Schubstange ungünstig wirken.However, the push rod shortened to the specified extent is only advantageous in Connection with a crank, the path of which is touched by the cylinder axis; at a machine in Fig. ' 4 would be the arrangement of a shortened push rod look unfavorable.

Claims

Patent claims:

1. Single-acting engine with a limited slider crank drive, thereby characterized in that the cylinder axis touches the crank circle and at the same time the Push rod less than four times, but more than three times as long as the radius of the crank circle.

2. Two-stroke explosion engine according to claim 1, characterized in that that the exhaust port (18) controlled by the piston in which the double Parts exceeding the crank length. of the piston stroke is arranged so that they while 60 ° of the crank track is released.

3. Four-stroke explosion engine according to claim I, characterized in that that the specified in claim 2, controlled by the piston and in which the double crank length exceeds Parts of the piston stroke arranged exhaust port an auxiliary exhaust port (22)

■ is, which is provided in addition to the usual exhaust port (18), which through an exhaust valve (20) regulated independently of the piston is opened and closed will. . . .

1 sheet of drawings.