DE4243255A1 - Internal combustion engine with two pistons per work area, especially a two-stroke engine with DC flushing - Google Patents
Internal combustion engine with two pistons per work area, especially a two-stroke engine with DC flushingInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor mit zwei Kolben pro Arbeitsraum, insbesondere auf einen Zweitaktverbrennungsmotor mit Gleichstromspülung.The invention relates to an internal combustion engine with two Pistons per work area, especially on a two-stroke internal combustion engine with DC flushing.
Zweitakt-Motoren mit Gleichstromspülung weisen das optimale Spülverfahren für den Zweitakt-Prozeß auf und können bei unsymmetrischen Steuerzeiten sogar aufgeladen werden. Es sind verschiedene Bauarten für Zweitaktmotoren mit Gleichstromspülung bekannt und teilweise auch realisiert worden (z. B. Doxford, Junkers usw.). (vgl. List, H.; Die Verbrennungskraftmaschine; Springer Wien, 12Bd.; Hütten, H.; Motoren; Motorbuchverlag Stuttgart 1982).Two-stroke motors with DC flushing show the optimal flushing method for the two-stroke process and can be unsymmetrical Tax times can even be charged. There are different designs for two-stroke engines with DC flushing known and partly also realized (e.g. Doxford, Junkers, etc.). (see List, H .; Die Brennkraftmaschine; Springer Wien, 12Bd .; Hütten, H .; Engines; Motorbuchverlag Stuttgart 1982).
Motoren mit mehreren Arbeitskolben (meist zwei) pro Arbeitsraum nennt man Mehrkolben-Arbeitseinheiten. Mehrkolbeneinheiten als U-Motoren wurden als Motorradantriebe in Serie gebaut. Ein wesentlicher Nachteil dieser Motoren war, daß das Oberflächen/Volumen-Verhältnis des Arbeitsraumes ungünstig ist und so zuviel Wärme über die Arbeitsraumwand verloren geht.Motors with several working pistons (usually two) per working area are called multi-piston work units. Multi-piston units as underground engines were used as motorcycle drives Series built. A major disadvantage of these engines was that the surface / volume ratio of the work area is unfavorable is and so much heat is lost through the wall of the work area.
Mehrkolbeneinheiten als Gegenkolbenmotoren können ein besonders günstiges, den Einkolben-Motoren deutlich überlegenes Oberflächen/Volumen-Verhältnis aufweisen. Durch Verkleinerung der wärmeabführenden Oberfläche des Arbeitsraumes werden die Wärmeverluste verringert. Weiterhin können derartige Gegenkolbenmotoren im Zweitaktprozeß durch assymmetrische Steuerzeiten aufgeladen werden.Multi-piston units as counter-piston engines can be a special one inexpensive, clearly superior to single-piston engines Have surface / volume ratio. By reducing the heat-dissipating surface of the work area the heat losses are reduced. Furthermore, such Counter-piston engines in the two-stroke process through asymmetrical Tax times can be charged.
Ein wesentlicher Nachteil bisher bekannter Gegenkolbenmotoren ist ihr sehr hoher Bauaufwand. Entweder eine zweite Kurbelwelle oder ein am Zylinder außen vorbeiführendes, sehr aufwendiges Gestänge oder eine Mechanik werden notwendig, mit deren Hilfe der zweite, den Arbeitsraum begrenzenden Kolben bewegt wird.A major disadvantage of previously known counter-piston engines is their very high construction costs. Either a second crankshaft or a very complex linkage that leads past the outside of the cylinder or mechanics become necessary, with the help of which the second, the piston delimiting the working space is moved.
Dieser hohe Bauaufwand macht einen großen Bauraum und ein hohes Gewicht notwendig und ergibt hohe Reibungsverluste mit einem großen Schleppmoment.This high construction effort makes a large installation space and a high one Weight necessary and results in high friction losses with a large Drag torque.
Im Europamix benötigen aber Fahrzeuge der oberen Mittelklasse ca. 58% ihres Leistungsverbrauchs allein zur Überwindung des Schleppmoments. Eine weitere Erhöhung des Schleppmoments, des Bauraums und des Gewichtes von Fahrzeugmotoren sind aber heute untragbar (vgl. Kuhn, W.; Richter, K. H.; Praktische Methoden zur Bestimmung der Fahrwiderstände von Pkw; Automobil-Industrie 5/85; Vogel Verlag Würzburg;).In the Europamix, however, vehicles of the upper middle class are required 58% of their power consumption alone to overcome the Drag torque. A further increase in the drag torque, the Space and the weight of vehicle engines are today intolerable (cf.Kuhn, W .; Richter, K. H .; practical methods of determination the driving resistance of cars; Automotive industry 5/85; Vogel Verlag Würzburg;).
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung wie sie gekennzeichnet ist, ermöglicht GegenkolbenmotorenThe invention seeks to remedy this. The invention like it is marked, enables counter-piston engines
- mit geringem Bauraum und Gewicht
- mit geringem Schleppmoment
- mit günstigem O/V-Verhältnis
- mit sehr vorteilhafter Verwendung von Keramik
- mit Verringerung der Wärmeverluste- With little space and weight
- with low drag torque
- With a favorable O / V ratio
- With very advantageous use of ceramics
- with a reduction in heat loss
zu bauen.to build.
Dies wird dadurch erreicht, daß eine Kurbelwelle eine Kurbelmechanik der Kolben so treibt, daß der Kolben auf einer Stange sitzt, die geradlinig in Richtung ihrer Achse bzw. in axialer Richtung des Zylinders hin- und herbewegt wird. Die Kolbenstange des äußeren (kurbelwellenferneren) Kolbens führt dabei durch eine gasdicht abgedichtete Öffnung des inneren (kurbelwellennäheren) Kolbens und bewegt sich hin und her.This is achieved in that a crankshaft has a crank mechanism the piston drives so that the piston is on a rod sits, which is rectilinear in the direction of its axis or in the axial Direction of the cylinder is reciprocated. The piston rod of the outer (crankshaft distant) piston leads through a gas-tight sealed opening of the inner one (closer to the crankshaft) Piston and moves back and forth.
Dadurch wird:This will:
- der Bauraum und das Gewicht gering
- das Schleppmoment mit Verringerung der Kolbenreibung klein
- das O/V-Verhältnis des Arbeitsraums gering.- The installation space and the weight are low
- The drag torque is small with a reduction in piston friction
- The O / V ratio of the work area is low.
Anhand der Fig. 1-3 sei ein erfindungsgemäßer Verbrennungsmotor mit zwei Kolben pro Arbeitsraum beschrieben.Referring to Figs. 1-3, an inventive combustion engine with two pistons will be described per working chamber.
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Einzylinder- Verbrennungsmotor mit zwei Kolben pro Arbeitsraum in perspektivischer Sicht. Fig. 2 zeigt zwei Schnitte durch einen erfindungsgemäßen Zweizylinder-Verbrennungsmotor mit zwei Kolben pro Arbeitsraum. Bei diesen Motoren ist ein Hypozykloidengetriebe aus Geradschubkurbelgetriebe verwendet. Fig. 1 shows a single-cylinder internal combustion engine according to the invention with two pistons per working space in a perspective view. Fig. 2 shows two sections through a two-cylinder internal combustion engine according to the invention with two pistons per working space. A hypocycloid gear from straight thrust crank gear is used in these engines.
Die Kurbelwelle 1 hat drei nebeneinanderliegende Kurbelzapfen, von denen die Kurbelachsen der beiden äußeren Kurbeln die gleiche Excentrität εauß=r/2 zur Wellenachse haben und die Kurbelachse der inneren Kurbel der Excentrität εinn=r/2 zur Wellenachse um 180°±µ, 0<=µ<=60° zur Excentrität εauß um die Wellenachse verdreht aufweisen.The crankshaft 1 has three adjacent crank pins, of which the crank axes of the two outer cranks have the same eccentricity εauß = r / 2 to the shaft axis and the crank axis of the inner crank has the eccentricity εinn = r / 2 to the shaft axis by 180 ° ± µ, 0 < = µ <= 60 ° to the eccentricity εau rotated around the shaft axis.
Um die Kurbeln sind Excenter 2 (8) angeordnet, die in Ringlagern der Kolbenführung drehbar sind. Die Achse der Kurbel hat zur Drehachse des zugehörigen Excenters 2 die Excentrität r/2. Bei geradliniger Führung der Ringlager mit ihren Führungsflächen 6, 7 im Gehäuse, machen bei Drehung der Kurbelwelle die Ringlager geradlinige Oszillationsbewegungen.Eccentrics 2 ( 8 ) are arranged around the cranks and can be rotated in the ring bearings of the piston guide. The axis of the crank is the axis of rotation of the associated eccentric member 2, the Excentrität r / 2. When the ring bearings are guided in a straight line with their guide surfaces 6 , 7 in the housing, the ring bearings make linear oscillating movements when the crankshaft rotates.
An den Kurbelwangen 2 sind Zähne 4, die auf Teilabschnitten des Drehkreises der Kurbelwelle in Nuten 5 an den Ringlagern der Kolbenführung eingreifen und eine Führung in den (unbestimmten) 90°-Stellungen garantieren.On the crank webs 2 there are teeth 4 which engage on sections of the turning circle of the crankshaft in grooves 5 on the ring bearings of the piston guide and guarantee guidance in the (indefinite) 90 ° positions.
An den äußeren Ringlagern sind Kolbenstangen 13 des inneren Kolbens 11 fest. An dem inneren Ringlager ist die Kolbenstange 15 des äußeren Kolbens 10 fest, die durch die Kolbenfläche des inneren Kolbens 11 führt und durch diese hin- und herfährt. Beim Drehen der Kurbelwelle bewegen sich innerer Kolben 11 und äußerer Kolben 10 aufeinander zu und voneinander weg. Piston rods 13 of the inner piston 11 are fixed to the outer ring bearings. On the inner ring bearing, the piston rod 15 of the outer piston 10 is fixed, which leads through the piston surface of the inner piston 11 and moves back and forth through it. When the crankshaft rotates, the inner piston 11 and outer piston 10 move towards and away from one another.
Bei extremer Entfernung der beiden Kolben gibt der innere Kolben 11 die Einlaßschlitze 12 und der äußere Kolben 10 die Auslaßschlitze frei.When the two pistons are extremely distant, the inner piston 11 exposes the inlet slots 12 and the outer piston 10 the outlet slots.
Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Zweizylindermotor mit zwei Kolben pro Arbeitsraum im Schnitt. Fig. 2 shows an inventive two-cylinder engine with two pistons per working area in section.
Dabei sind die Excenter 2 (8, 9) mit Wälzlagern 20, 21 in den Ringlagern der Kolbenführung drehbar. Die Führungsflächen 7 der Ringlager stützen sich über lineare Wälzlager 24, 25 am Gehäuse ab.The eccentrics 2 ( 8 , 9 ) with roller bearings 20 , 21 can be rotated in the ring bearings of the piston guide. The guide surfaces 7 of the ring bearings are supported on the housing via linear roller bearings 24 , 25 .
Fig. 3 zeigt einen erfindungsgemäßen Zweizylindermotor mit zwei Kolben pro Arbeitsraum und Kurbelschleifenmechanik als Hubmechanik im Schnitt. Fig. 3 shows a two-cylinder engine according to the invention with two pistons per work area and crank loop mechanism as a lifting mechanism in section.
Anstelle der bei den in Fig. 1 und 2 gezeigten Motoren mit Hypozykloidengetriebe ist hier eine Kurbelschleifenmechanik vorgesehen, bei der, wie bei dem Hypozykloidengetriebe, keine schwingenden Pleuel, sondern geradlinig axial bewegte Stangen durch die Kolbenfläche hin- und herbewegt werden können.Instead of the motors with hypocycloid gear shown in FIGS. 1 and 2, a crank-loop mechanism is provided here, in which, as with the hypocycloid gear, no oscillating connecting rods but straight axially moving rods can be moved back and forth through the piston surface.
Zur Verringerung der Wärmeverluste über die Arbeitsraumwandungen wird in jüngster Zeit der Einsatz von Keramik vorgeschlagen, die nicht oder kaum gekühlt werden muß. Untersuchungen aber haben gezeigt, daß bei derartigen Motoren bereits die einströmende Luft sich derartig stark aufheizt, daß ihre Dichte verringert wird und damit das Leistungsvermögen des Motors auf das Leistungevermögen eines wesentlich hubraumschwächeren und damit sparsameren, gekühlten Motors sinkt.To reduce heat loss through the work area walls The use of ceramics has recently been proposed does not need to be cooled or hardly needs to be cooled However, studies have shown that such engines already the inflowing air heats up so much that its Density is reduced and thus the performance of the engine on the performance of a much smaller capacity and thus more economical, cooled engine sinks.
Bei dem erfindungsgemäßen Zweitaktmotor mit Gleichstromspülung wird nur der den Frischlufteinlaß öffnende (innere) Kolben 11 gekühlt und der den Abgasauslaß öffnende (äußere) Kolben 10 wird aus Keramik hergestellt. Die in den Zylinder einströmende Frischluft wird damit nur an relativ kühlen Flächen vorbeigeführt (und behält damit ihre Dichte) und erreicht erst bei Abschließen des Arbeitsraumes die heiße Fläche des Abgaskolbens. Diese durch das abströmende Abgas aufgeheizte Kolbenfläche wirkt während der Verdichtung wie ein Wärmetauscher und heizt die eingeschlossene Frischluft während der Verdichtung auf. Dies verbessert den Motorwirkungsgrad.In the two-stroke engine with DC purge according to the invention, only the (inner) piston 11 opening the fresh air inlet is cooled and the (outer) piston 10 opening the exhaust gas outlet is made of ceramic. The fresh air flowing into the cylinder is thus only led past relatively cool surfaces (and thus maintains its density) and only reaches the hot surface of the exhaust gas piston when the work area is closed. This piston surface, heated by the exhaust gas flowing out, acts like a heat exchanger during compression and heats up the enclosed fresh air during compression. This improves engine efficiency.
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