DE2652228A1

DE2652228A1 - Free floating piston IC engine - has spiral linkage between piston and cylinder to produce rotary output

Info

Publication number: DE2652228A1
Application number: DE19762652228
Authority: DE
Inventors: Ralph E Schreiber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-11-16
Filing date: 1976-11-16
Publication date: 1978-05-24

Abstract

The engine has a cylinder (12) with valves and sparking plugs at both ends to make it double acting. A cylindrical piston (22) reciprocates in it. The cylinder has a spiral groove (30) which has a stepped rectangular profile. The piston carries a lug with two rollers (40, 42) which run in the spiral groove. The rollers are of different diameters and press on different axial faces of the stepped cylinder groove. This linkage between the piston and cylinder causes the piston to revolve as it reciprocates. The base (50) of the piston has a square hole in it. A square block (48) on the output shaft fits in this hole so that the rotary motion is transmitted to the shaft.

Description

Rotationsmotor Rotary motor

Die Erfindung betrifft einen Brennkraftmotor mit einem Freikolben, der auf einer Abtriebwelle zwischen gegenüberliegenden Arbeitskammern hin- und hergeht. Bekannte Motoren dieser Art, beispielsweise der in der US-PS 1 389 463 beschriebene, haben einen Kolben mit einer quadratischen Bohrung, die auf einen quadratischen Teil der Abtriebwelle paßt, um die Drehbewegung des Kolbens auf die Abtriebwelle zu übertragen. Bei Konstruktionen dieses Typs macht das Abdichten der quadratischen Abtriebwelle in der quadrz.tischen Kolbenbohrung und auch eine brauchbare Anordnung von Rollen, die auf der Nutenoberfläche laufen, Schwierigkeiten. Die Nutenkurve ist bisher allgemein auf eine sinusartige Form beschränkt.The invention relates to an internal combustion engine with a free piston, which goes back and forth on an output shaft between opposite working chambers. Known engines of this type, for example that described in US-PS 1,389,463, have a piston with a square bore that is on a square one Part of the output shaft adapts to the rotational movement of the piston on the output shaft transferred to. In constructions of this type, the sealing makes the square Output shaft in the square piston bore and also a useful arrangement from rollers running on the groove surface, difficulties. The groove curve has so far been generally limited to a sinusoidal shape.

Die Erfindung sieht einen Motor mit gegenüberliegenden Arbeitskammern vor, bei dem die Abdichtungsprobleme des Kolbens der erwähnten PS durch eine Anordnung gelöst sind, die einen Laufblock mit quadratischem Querschnitt verwendet, der auf der zylindrischn Abtriebwelle fixiert ist und in eine quadratisuche Bohrung des Kolbens eingepaßt ist. Der Laufblock hat eine geringere Länge als der Kolben und die zylindrischen Teile der Abtriebwelle neben dem Laufblook erstrecken sich durch zylindrische Öffnungen in den Endwänden des Kolbens, um so übliche ringförmige Dichtungen zwischen der Abtriebwelle und dem Kolben verwenden zu können.The invention provides an engine with opposing working chambers before, in which the sealing problems of the piston of the mentioned PS by an arrangement are solved, which uses a barrel block with a square cross-section, which on the cylindrical output shaft is fixed and in a quadratisuche bore of the Piston is fitted. The barrel block has a shorter length than the piston and the cylindrical parts of the output shaft next to the Laufblook extend through cylindrical openings in the end walls of the piston, as well as conventional annular seals to be able to use between the output shaft and the piston.

Die geradlinige Bewegung des Kolbens wird von zwei Rollen oder Lagern in eine Drehbewegung umgewandelt, die sich auf derselben Achse auf einem an der Kolbenoberfläche angebrachten Bolzen drehen. Die Rollen werden in einer elliptischen oder ovalen Kurve an der Innenwand des Zylinders geführt. Die Kurve liegt in einer Ebene, die sowohl zur Längsachse als auch zur Radialachse des Zylinders schräg verläuft) daher hat die Kurve in Form einer Nut eine Steuerfunktion im Zusammenwirken mit den Rollen des Kolbens, durch die eine Drehbewegung des Kolbens zustande kommt, wenn der Kolben als Folge der ZUndimpulse in den gegenüberliegenden Arbeitskammern des Zylinders hin- und hergeht. Durch die Verwendung zweier Rollen mit unterschiedlichem Durchmesser, die auf einer einzigen Achse drehbar gelagert sind, ist eine glatte gesteuerte Bewegung des Kolbens relativ zu der ringförmigen Kurve erreicht. Die Rolle mit dem größeren Durchmesser hat mit einer äußeren Wand der Kurvennut Kontakt und die Rolle mit dem kleinen Durohmesser liegt an einer nach innen versetzten Stufe an der gegenUberliegenden Wand der Kurvennut an. Die beiden Rollen auf ihrer gemeinsamen Achse sorgen für eine konstante Anlage Jeder Rolle an einer gegenüberliegenden Wandfläche, wodurch das Spiel, das bei früheren Konstruktionen mit nur einer Rolle auftrat, weitgehend beseitigt ist.The rectilinear movement of the piston is controlled by two rollers or bearings converted into a rotary motion that is on the same axis on one of the Turn the bolt attached to the piston surface. The rollers are in an elliptical shape or oval curve on the inner wall of the cylinder. The curve lies in one Plane that runs obliquely to both the longitudinal axis and the radial axis of the cylinder) therefore, the curve in the form of a groove has a control function in cooperation with the roles of the piston, which cause the piston to rotate, when the piston as a result of the ZUndimpulse in the opposite working chambers of the cylinder goes back and forth. By using two roles with different Diameters that are rotatably mounted on a single axis is a smooth one controlled movement of the piston relative to the annular curve achieved. the The roller with the larger diameter is in contact with an outer wall of the cam groove and the roll with the small durometer is on an inwardly offset step on the opposite wall of the curved groove. The two roles on their common Axis ensure constant contact of each roller on an opposite wall surface, whereby the game that occurred in earlier designs with only one role, is largely eliminated.

Weitere Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines jusführungebeispiele anhand der beigefügten Zeichnungen. Darin zeigen: Fig.1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Motors; Fig.2 eine auseinandergezogene Darstellung des Zylinders, des Kolbens und der Abtriebwellenanordnung des in Fig.1 gezeigten Motors; Fig.3 eine vergrößerte fragmentarische Schnittansicht der gezeigten Kurve und Kurvenrollenanordnung.Further details and advantages of the invention emerge from the The following description of a jusführungebebeispiele based on the accompanying drawings. 1 shows a sectional view of a motor according to the invention; Fig.2 a exploded view of the cylinder, piston and output shaft assembly of the engine shown in Figure 1; Fig. 3 is an enlarged fragmentary sectional view the curve and cam follower arrangement shown.

Ein Rotationsmotor 10 weist einen Zylinder 12 mit entgegengesetzten Zylinderköpfen 14, 16 und gegenüberstehende Arbeitekammern 18, 20 auf, die zu beiden Seiten eines Kolbens 22 angeordnet sind.A rotary engine 10 has a cylinder 12 with opposite Cylinder heads 14, 16 and opposing working chambers 18 20, which are arranged on both sides of a piston 22.

Die geradlinige Bewegung des Kolbens 22 kann durch die Verbrennung von Kraftstoff in den Arbeitskammern, verursacht durch Zündkerzen, oder durch Einspritzung komprimierten Eraftstoffs oder andere nicht gezeigte Zündeinrichtungen bewirkt werden. Alternativ können komprimierte Gase verwendet werden, um den Kolben zu bewegen. Die Welle kann von einer äußeren Quelle (z.E. einem Elektromotor) angetrieben werden, womit die Vorrichtung in eine Pumpe verwandelt ist.The rectilinear movement of the piston 22 can be caused by the combustion of fuel in the working chambers, caused by spark plugs or by injection Compressed fuel or other ignition devices, not shown, are effected. Alternatively, compressed gases can be used to move the piston. The shaft can be driven by an external source (e.g. an electric motor), transforming the device into a pump.

Gemäß der Erfindung sind Mittel vorgesehen, um dem Kolben bei seiner geradlinigen Bewegung eine Drehbewegung zu erteilen.According to the invention means are provided to the piston at his to impart a rotary motion to rectilinear motion.

In der hierin offenbarten Konstruktion bestehen diese Mittel aus einer Kurve 30 in Form einer Nut mit einem Boden 32, gegenüberliegenden Wänden 34, 36 und mit einer Stufe mit einer Fläche 38, die gegenüber der Fläche 36 nach innen versetzt ist.In the construction disclosed herein, these means consist of one Curve 30 in the form of a groove with a bottom 32, opposite walls 34, 36 and with a step with a surface 38 opposite the surface 36 inward is offset.

Die Kurve 30 ist im wesentlichen in ihrer Form oval oder elliptisch und liegt in einer Ebene, die auf der Achse der linearen Bewegung des Kolbens 22 nicht senkrecht steht. Zu den erwähnten Mitteln gehören auch noch zwei Rollen 40, 42, die auf einem Bolzen 44 um die gleiche Achse drehbar angebracht sind, und diese Wachse verläuft radial oder senkrecht zur Achee der Längsbewegung des Kolbens. Die Rolle 40 liegt an der Fläche 38 an und die Rolle 42 mit dem größeren Durohmeseer an der Fläche 34. Auf diese Weise ist für einen fortwährenden Kontakt der Rollen mit der Kurve während des gesamten Umlaufs der Rollen in der Kurvenbahn gesorgt. Die Verwendung einer einzigen Rolle ist nicht durchführbar, weil ein gewisser Spielraum vorhanden sein muß, um ein Festfressen der Rolle in der Kurvennut zu verhindern. Dieser Spielraum kann aber im Betrieb des Motors Vibrationen verursachen, die die Lebensdauer der Teile wesentlioh herabsetzen. Die Verwendung zweier Rollen in der gezeigten Weise beseitigt das Spiel und damit die Vibration.The curve 30 is essentially oval or elliptical in shape and lies in a plane which is on the axis of linear movement of the piston 22 is not vertical. The means mentioned also include two rollers 40, 42, which are rotatably mounted on a bolt 44 about the same axis, and this Wax runs radially or perpendicular to the axis of longitudinal movement of the piston. the Roller 40 rests on surface 38 and roller 42 with the larger Durohmeseer on surface 34. This way there is a constant contact between the rollers taken care of with the curve during the entire rotation of the rollers in the cam track. Using a single role is not feasible because of some leeway must be present in order to prevent the role from seizing in the cam groove. However, this margin can cause vibrations during operation of the engine, which the Significantly reduce the service life of the parts. The use of two roles in the way shown eliminates the game and therefore the vibration.

Gemäß der Erfindung sind Mittel vorgesehen, um die Drehbewegung des Kolbens 22 auf die Abtriebwelle 46 zu übertragen.According to the invention, means are provided for the rotary movement of Piston 22 to be transferred to the output shaft 46.

In der dargestellten Konstruktion ist die Abtriebwelle 46 mit einem Laufblook 48 versehen, der auf der Welle fixiert ist und dessen Länge kleiner ist als die des Kolbens. Der Laufblock 48 hat, wie aus Fig.2 ersichtlich, einen quadratischen Querschnitt und paßt in eine quadratische Bohrung 50 im Kolben. Es können auch andere komplementäre Formen für die Querschnitte des Laufblockes 48 und der Bohrung verwendet werden, falls sie einen die Drehbewegung übermittelnden Kontakt zwischen dem Kolben und der Abtriebwelle 46. herstellen. Der Laufblock 48 ist in der Bohrung 50 durch Kolbenendwände 52, 54 abgedichtet, die Jeweils eine zylindrische Öffnung 51 mit Kompressions- und Öldichtringen 58 haben, die die Bohrung 50 der Abtriebwelle 46 sowohl für die Gleitbewegung als auch für die Drehbewegung abdichten. Weiter können die Endwände 52 und 54 noch mit Kompressions- und Ölringen 56 versehen sein, um den Kolben gegen die Zylinderwand abzudichten. Der Kolben 22 hat einen etwas kleineren Durchmesser als die Kolbenendwände 52, 54, damit sich die Luft und das Öl bewegen können. Lediglich die Ringe 56 haben Jedoch mit dem Zylinder 12 Kontakt.In the illustrated construction, the output shaft 46 is with a Laufblook 48 provided, which is fixed on the shaft and whose length is smaller than that of the piston. As can be seen from FIG. 2, the barrel block 48 has a square shape Cross-section and fits into a square bore 50 in the piston. Others can too complementary shapes are used for the cross sections of the barrel block 48 and the bore if they have a rotational movement transmitting contact between the piston and the output shaft 46. produce. The barrel block 48 is in the bore 50 through Piston end walls 52, 54 sealed, each with a cylindrical opening 51 Compression and oil seals 58 that define the bore 50 of the output shaft 46 Seal for both the sliding movement and the rotary movement. Can continue the end walls 52 and 54 may still be provided with compression and oil rings 56 to to seal the piston against the cylinder wall. The piston 22 has a slightly smaller one Diameter than the piston end walls 52, 54 to allow the air and oil to move can. However, only the rings 56 are in contact with the cylinder 12.

Die Abtriebwelle 46 kann nächst Jedem Ende mit einer konischen Fläche 60 versehen sein, mit der Lager 62 in den Zylinderköpfen in Berührung sind, um die Welle 46 in die richtige Lage zum Zylinder 12 zu bringen. Eine Kompressionsplatte 67 oder Dichtungsringe können auf der Welle angebracht sein, um den Bereich der Lager abzudichten, zusätzlich zu üblichen Öllagerdichtungen.The output shaft 46 can have a conical surface next to either end 60 be provided with the bearings 62 in the cylinder heads are in contact to the Bring shaft 46 into the correct position relative to cylinder 12. A compression plate 67 or sealing rings can be fitted on the shaft to protect the area of the To seal bearings, in addition to usual oil bearing seals.

Für Jede Arbeitskammer ist ein Einlaßventil 64 und ein Auslaßventil 66 dargestellt, das jedoch nicht im einzelnen beschrieben wird, da es nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist. Es kann Jede geeignete Ventilanordnung und -steuerung verwendet werden, um die Maschine im Zweitakt oder Viertaktb.trieb arbeiten zu lassen.For each working chamber there is an inlet valve 64 and an outlet valve 66, which, however, is not described in detail as it is not the subject matter of the present invention. Any suitable valve arrangement and control can be used can be used to make the machine work in two-stroke or four-stroke mode.

Brennkraft-Rotationsmotoren mit gegenüberliegenden Brennkammern oder Zylindern sind zwar bereits bekannt, doch waren Motoren dieses Typs bisher nicht erfolgreich wegen der Schwierigkeiten beim Abdichten und der Probleme mit der Kontrolle über die gesteuerte Drehbewegung des Kolbens. Die vorliegende Erfindung behebt die Schwierigkeiten der bisherigen Motoren dieses Typs dadurch, daß herkömmliche zylindrische Kolbenringe und übliche zylindrische Dichtungen zum Abdichten der Arbeitskammern rund um den Kolben, sowie zwei Lager verwendet werden, die sich über eine einzige Achse an versetzten Wänden in den Kurvennuten des Zylinders bewegen.Internal combustion rotary engines with opposing combustion chambers or Cylinders are already known, but engines of this type were not previously successful because of sealing difficulties and control problems via the controlled rotary movement of the piston. The present invention overcomes the Difficulties with the previous motors of this type in that conventional cylindrical Piston rings and conventional cylindrical seals for sealing the working chambers around the piston, as well as two bearings are used that extend over a single one Move the axis on offset walls in the cam grooves of the cylinder.

Es kann eine übliche Kühlung für den Zylinderkopf und Zylinder -verwendet werden. Die Öleirkulation ist im wesentlichen von üblicher Art, wobei alternative Möglichkeiten des Leitungeweges und der Ableitung verfügbar sind. Das Öl kann in die Lager 62 eintreten und durch eine hohle Welle 46 strömen, um an Jeder Oberfläche des Laufblockes 48 auszutreten und durch Auslaßkanäle 89 in Kolben zur Zylinderwand und zur Oberflächen der Kurvennut zu fließen, um die beiden Lager 40, 42 zu schmieren und dann durch die Nut fläche 32 in einen kleinen nicht gezeigten Sumpf gelangen. Dio Zentrifugalbewegung und die relative Bewegung zwischen dem Laufblock und dem Kolben liefert eine Pumpwirkung, die das Öl durch die Kanäle 89 drückt.Usual cooling for the cylinder head and cylinder can be used will. The oil circulation is essentially of the usual type, with alternative ones Possibilities of conduction route and derivation are available. The oil can be in the bearings 62 enter and flow through a hollow shaft 46 to each surface of the barrel block 48 and exit through outlet channels 89 in pistons to the cylinder wall and to flow to the surfaces of the cam groove to lubricate the two bearings 40,42 and then get through the groove surface 32 in a small sump, not shown. The centrifugal motion and the relative motion between the barrel block and the Piston provides a pumping action that pushes the oil through channels 89.

Es können mehrere Motoren dieser Bauart in Reihe geschaltet werden, wobei die Abtriebwellen koaxial verbunden werden. Diese Konitruktion gestattet die Verwendung versohiedener Abmesungen für den Kolbendurohmesser, den Kolbenhub und die Kurve.Several motors of this type can be connected in series, the output shafts being connected coaxially. This construction allows Use of different dimensions for the piston diameter, the piston stroke and the curve.

Eine solche Plexibilität findet sich in keiner anderen Rotatlonezotorkonstruktion.Such flexibility is not found in any other Rotatlonzotor design.

Claims

Claims engine with two working chambers spaced apart from one another Cylinder wall are limited, with a piston that is controlled by the in the working chambers prevailing gas pressure and gas-tight sealed against the cylinder wall in the working chambers is linearly movable and has end walls with cylindric beech openings, and with a Output shaft that protrudes through the openings with cylindrical parts by guiding elements on the piston (22) and on the cylinder wall (12) such Way that they control the piston in its axial movement in a rotary motion, and through device parts (48, 50) on the output shaft (46) between the end walls (52, 54) of the piston (22), which the output shaft with the piston is displaceable and Drive-transmitting connect in such a way that upon rotation of the piston on the Output shaft a rotary movement is transmitted, and in that the guide elements an oval groove (30) in the inner surface of the cylinder wall facing towards the piston is open on the inside, in a plane inclined to the axis of the piston movement and limits the stroke of the piston between two opposite piston positions, as well as two pulleys (40, 42) which are arranged in the groove (30) and are free are rotatably mounted on the piston on a radial axis to the piston and the one have different diameters, the groove of a bottom (32) and three Side walls (38, 36s 34) is limited, of which the first and second side walls (38, 36) of the third side wall (34) opposite, and the first side wall (38) adjoins the bottom (32) and the third side wall (34) is closer than the second Side wall (36) so that a step is formed in the groove, and wherein the roller (40) rolls with the smaller diameter on the first side wall (38) and the Roller (42) with the larger diameter on the third side wall (34).

2. Motor according to claim 1, characterized by seals (56, 58) in the openings of the piston end walls (52, 54), which allow gas to pass through from a Prevent working chamber in the other and relative movement of the piston to Allow output shaft.

3. Motor according to claim 1 or 2, characterized in that the device parts, which cause the output shaft to rotate when the piston rotates, an opening (50) in the piston (22) and a body seated on the output shaft (48) that fits into the piston opening (50) by having one to the piston opening has complementary shape, so that there is a guided axial movement of the piston relative allowed to the output shaft and a rotation of the output shaft with a rotation of the Piston causes.

4. One piston engine with two spaced apart working chambers functionally cooperates, which are formed by a continuous cylinder wall, and which moves and rotates in the cylinder in the axial direction, characterized in, that to guide the axial and rotating movement of the piston a roller (40) with a small diameter and a roller (42) with a larger diameter are provided are attached to the piston (22) for rotation about a common, substantially radial axis (44) are rotatably supported, and an oval curve (50) in the wall of the cylinder, the two opposing faces and one offset to the outside Has surface, the rollers (40, 42) with the opposite surfaces and the offset surface are in contact and a scope for the role with the larger Diameter is provided, and wherein the combined radial extent of the two Rolls together is approximately equal to the maximum distance between the surfaces.