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Title:
PISTON ENGINE WITH A HYPOCYCLOID PISTON STROKE GEAR WITH WATT GUIDE, ESPECIALLY WITH PISTONS IN OPPOSED CYLINDERS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1997/047860
Kind Code:
A1
Abstract:
For a piston engine with a hypocycloid piston stroke gear with Watt guide, especially with pistons in opposed cylinders, where the gear is fitted to rotate on the journal of a crankshaft and comprises a co-rotating stroke and guide eccentric, in order to minimise transverse deviations of the stroke and guide eccentric from the piston travel, it is proposed that a most comparable run (20) in relation to the transverse deviations 'DELTA'qH of the stroke eccentric be achieved by means of a run (21) of the guide eccentric obtained via parameters of the Watt guide with maximum transverse deviations 'DELTA'qF up to and including the reversal point of the guide eccentric or the Watt connecting rod guiding it.

Inventors:
FISCHER GERT (DE)
HOEHL JOHANNES (DE)
Application Number:
PCT/EP1997/002341
Publication Date:
December 18, 1997
Filing Date:
May 07, 1997
Export Citation:
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Assignee:
BAYERISCHE MOTOREN WERKE AG (DE)
FISCHER GERT (DE)
HOEHL JOHANNES (DE)
International Classes:
F02B75/32; F01B9/02; F16H21/36; F16H21/44; (IPC1-7): F01B9/02; F16H21/36; F16H21/44
Domestic Patent References:
WO1992017694A11992-10-15
Foreign References:
DE19504890A11996-08-22
DE3723950A11988-08-11
US4779472A1988-10-25
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Claims:
Patentansprüche
1. Hubkolbenmaschine mit einem HypozykloidenKolbenhubgetπebe mit Watt'scher Führung, insbesondere mit Kolben in gegenüberliegenden Zy¬ lindern, wobei auf dem Hubzapfen (6) einer Kurbelwelle (7) ein mit einer Schubstange (2) eines in einem Zylinder (4, 4') geführten Kolbens (3, 3') antπebsverbuπdener Hubexzenter (8) sowie ein mittels der Watt'schen Fuhrung (13) orthogonal zur Hubexzenter bzw Kolben¬ bahn (10) geführter Führungsexzenter (9) angeordnet sind, und der mit dem Hubexzenter (8) drehfest verbundene Führungsexzenter (9) in einer über am Maschinengehäuse (15) schwenkgelagerte Len¬ ker (16, 16) gesteuerten Watt'schen Koppel (14) drehgelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß Parameter der Watt'schen Fuhrung (13) derart gewählt sind, daß dem orthogonal zur Hubexzenter bzw Kolbenbahn (10) oszillie¬ renden Fuhrungsexzenter (9) über jeden seinem jeweiligen Umkehr¬ punkt (12, 12') nahen Bewegungsbereich mittels der Watt'schen Koppel (14) ein von der ideellen orthogonalen Fuhrungsbahn (11) derart progressiv abweichender Bahnverlauf (21) aufgezwungen ist, daß der Fuhrungsexzenter (9) bei jedem Durchgang des Hubexzenters (8) durch den Schnittpunkt (22) der Fuhrungsbahn (1 1) mit der Hubexzenter bzw Kolbeπbahn (10) von der ideellen Fuhrungsbahn (11) eine maximale Abweichung (ΔqF) aufweist Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß als ein wesentlicher Parameter die Lange (LL) der Lenker (16, 16') gewählt ist, die sich bei NullLage der Watt'schen Koppel (14) mit im Schnittpunkt (22) von Fuhruπgsbahn (11) und Hubexzenter bzw Kolbenbahn (10) befindlichem Mittelpunkt (MFE) des Fuhrungsexzenters (9) und zur Hubexzenterbahn (10) im wesentlichen parallel gerichteten Len¬ kern (16, 16') ergibt zu. Lenker = h + 0, 17765 x s (4 x h/s) ' 1 0335, wobei s = Kolbenhub ist und h= Abstand eines gehauseseitigen Lenker Drehpunktes (17, 17') von der Fuhrungsbahn (11), und ferner als Definittonsbereich gilt 3,5 < (4 x h/s) < 15 Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer gewählten Exzentrizität e = 20 (LE) und einem daraus resultierenden Kolbenhub s = 4 x e = 80 (LE) der Abstand h des ge¬ hauseseitigen LenkerDrehpunktes (17, 17') von der Fuhrungsbahn (11) mit h > 160 (LE) in die LenkerLangenFormel LL eingesetzt ist für eine Querabweichung des Hubexzenters (8) von der Hubexzen¬ ter bzw. Kolbenbahn (10) ΔqH < 0,005 (LE), wobei die Länge der Watt'schen Koppel (14) mit L« > 140 (LE) ge¬ wählt ist.
Description:
Hubkolbenmaschine mit einem Hypozykloiden-Kolbenhubgetriebe mit Watt'scher Führung, insbesondere mit Kolben in gegenüberliegenden Zylin¬ dern

Die Erfindung geht gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 von der DE-A 41 08 311 aus.

Bekanntlich beschreibt der Koppelmittelpunkt einer Watt'schen Führung nur mit Koppel-Lenkern von unendlicher Länge eine exakte Geradführungsbahn, wogegen bei realen Lenkern von insbesondere kurzen Längen, wie beispielsweise an einer Hubkolbeπmaschine, der Koppelmittelpunkt über dem Gesamthub der oszillieren¬ den Koppel eine zur fiktiven bzw. ideellen Führungsgeraden mehrfach gekrümmte und diese Führungsgerade wechselnde Bahnkurve beschreibt.

Der Aufsatz "Berechnung Watt'scher Geradführungsgetriebe" in Heft 1/1980 der DDR-Zeitschrift "Maschinenbautechnik" zeigt insbesondere anhand eines auf Seite 27 dargestellten Nomogramms Möglichkeiten auf, eine derartige Bahnkurve in ih¬ ren Abweichungen und Verläufen je nach Einsatzzweck der Watt'schen Führung in Abhängigkeit von deren Getriebeparametern der gewünschten Qualität an Gerad¬ führung anzupassen. Ein Hauptziel hierbei ist, die Querabweichungen der Bahn¬ kurve des Koppelmittelpunktes von der fiktiven bzw. ideellen Führungsgeraden zu minimieren und die Abweichungen zu vergleichmäßigen.

Wie sich gezeigt hat, fuhrt eine derartige Auslegung einer in einem Hypozykloiden- Kolbenhubgetπebe verwendeten Watt'schen Fuhrung zu Querverlaπgerungen des mit einer Kolbenschubstange antπebsverbundeneπ Hubexzenters von derart unter¬ schiedlichen Ausmaßen, daß jede Kolbeπfuhrung nachteilig beeinflußt ist

Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, bei einer gattungsgemaßen Hubkol- benmaschine mit einem Hypozykloiden-Kolbeπhubgetπebe mit Watt'scher Fuhrung den Bewegungsverlauf des Hubexzenters quer zu seiner Bewegungsbahn derart zu verbessern, daß betragsmaßig etwa gleich große Querverlagerungen des Hubexzenters und damit auch des mit ihm verbundenen Kolbens über den Kolben¬ hub erzielt sind

Diese Aufgabe ist mit dem Patentanspruch 1 gelost und zwar dadurch, daß Para¬ meter der Watt'schen Fuhrung derart gewählt sind, daß dem orthogonal zur Hubexzenter- bzw Kolbenbahn oszillierenden Fuhrungsexzenter über jeden sei¬ nem jeweiligen Umkehrpunkt nahen Bewegungsbereich mittels der Watt'schen Koppel ein von der ideellen orthogonalen Fuhrungsbahn derart progressiv abwei¬ chender Bahnverlauf aufgezwungen ist, daß der Fuhrungsexzenter bei jedem Durchgang des Hubexzenters durch den Schnittpunkt der Fuhrungsbahn mit der Hubexzenter- bzw Kolbenbahn von der ideellen Fuhruπgsbahn eine maximale Abweichung Δq F aufweist

Mit der Erfindung werden in vorteilhafter Weise die insbesondere bezüglich der Betrage nach sehr unterschiedlichen Querabweichungen des mit der Kolben- Schubstange antπebsverbuπdenen Hubexzenters vergleichmaßigt auf ein vorteil¬ haft wahlbares Maß an Querabweichung, womit der Einfluß auf eine Querverlage- rung/Schiefstellung des Kolbens im jeweiligen Zylinder wesentlich reduziert ist Erreicht ist dies durch einen gezielt abweichenden Bahnverlauf des Koppelmittel¬ punktes und damit des Fuhruπgsexzeπter-Mittelpunktes mit einer größtmöglichen Abweichung im jeweiligen Umkehrpunkt der Koppel allem mittels einer gegenüber dem bekannten Stand der Technik erfindungsgemaß anderen Abstimmung der Parameter der Watt'schen Fuhrung

Als vorteilhaft dominanter Parameter der Watt'schen Führung wurde in Ausgestal¬ tung der Erfindung die Länge der Lenker erkannt, die sich bei Null-Lage der Watt'schen Koppel mit im Schnittpunkt von Führungsbahn und Hubexzenter- bzw Kolbenbahn befindlichem Mittelpunkt M FE des Führungsexzenters und zur Hub- exzenterbahn im wesentlichen parallel gerichteten Lenkern ergibt zu:

Uaπkβ r = h + 0,17765 x s x (4 x h/s) " 1 ' 0335 ,

wobei s = Kolbenhub ist und h = Abstand eines gehäuseseitigen Lenker-Drehpunk- tes von der Fuhrungsbahn, und ferner als Definitionsbereich gilt: 3,5 < (4 x h/s) £ 15

Die erfindungsgemäße Formel für die Lange der Lenker der Watt'schen Koppel ermöglicht in vorteilhafter Weise mit lediglich zwei vorgebbaren Konstruktionsdaten einer gattungsgemäßen Hubkolbenmaschine eine erfinduπgsgemäße Auslegung der Watt'schen Führung bei Einsatz in einem Hypozykloiden-Kolbenhubgetriebe Kennzeichen der erfindungsgemäßen Auslegung ist ein möglichst gerader Bahn¬ verlauf mit vergieichmäßigten Querabweichungen von geringem Betrag des mit der Kolben-Schubstange antriebsverbundenen Hubexzenters, erzielt durch extreme Querabweichuπgen von der ideellen bzw. fiktiven Führungsbahn in Nahbereichen seiner Umkehrpunkte des mit dem Hubexzenter um den Hubzapfeπ der Kurbel¬ welle drehfest verbundenen Führungsexzenters durch die Watt'sche Koppel (Figur 3)

Die Erfindung ist anhand einer in der Zeichnung schematisch dargestellten Hub¬ kolbenmaschine beschrieben. Es zeigt

Figur 1 eine Hubkolbenmaschine in Flachbauart mit einem Hypozykloiden-

Kolbenhubgetriebe mit Watt'scher Führung,

Figur 2 den Bahπverlauf des Hubexzenters bei Auslegung nach dem Stand der Technik

Figur 3 den Bahnverlauf des Hubexzenters bei erfindungsgemaßer Ausle¬ gung, und

Figur 4 eine Schema der Watt'schen Geradfuhrung mit Ausleguπgsdaten

Eine vorzugsweise in Fiachbauart ausgebildete Hubkolbenmaschine 1 , insbeson¬ dere Brennkraftmaschine, umfaßt über eine gemeinsame Schubstange 2 verbun¬ dene Kolben 3 3' in gegenüberliegenden Zylindern 4 4' Ein schematisch darge¬ stelltes Hypozykloiden-Hubgetπebe 5 umfaßt auf einem Hubzapfen 6 einer Kur- belwelle 7 jeweils drehbeweglich angeordnet einen Hubexzenter 8 und einen Fuh¬ rungsexzenter 9 die beide miteinander drehfest verbunden sind Der Hubexzenter 8 ist in der Schubstange 2 drehbeweglich gelagert angeordnet und bewegt diese oszillierend entlang der Geraden 10, die zugleich die ideelle Hubexzenter- bzw Kolbenbahn ist

Orthogonal zu der Hubexzenter- bzw Kolbenbahn 10 ist eine für das Hypo- zykloiden-Hubgetπebe 5 typische Gerad-Fuhrungsbahn 1 1 geπchet, längs der der Fuhrungsexzenter 9 zwischen den Umkehrpunkten 12, 12' oszilliert Als Geradfuh- rungseinnchtung für den Fuhrungsexzenter 9 ist eine Watt'sche Fuhrung 13 vorge- sehen mit einer den Fuhrungsexzenter 9 drehbeweglich aufnehmenden Koppel 14, die über am Maschinengehause 15 schwenkgelagerte Lenker 16 16 gefuhrt ist Die Lenker 16, 16' sind in gehauseseitigen Drehpunkten 17, 17' schwenkbeweghch gelagert

Bei einer nach dem Stand der Technik ausgelegten Watt'schen Fuhrung 13 mit einem der ideellen Gerad-Fuhrungsbahn 11 optimiert angepaßten Bahnverlauf 18 mit Δq' FE des Koppelmittelpunktes bzw des Mittelpunktes M FE des Fuhrungsexzen- ters 9 gemäß der Figur 2 ergibt sich nach dieser Figur 2 für den Mittelpunkt M HE des Hubexzenters 8 ein Bahnverlauf 19 mit insbesondere betragsmaßig sehr un- terschiedlichen Querverlagerungen ΔqΗε. die sich nachteilig auf die Fuhrungen der Kolben 3, 3' in den Zylindern 4, 4' auswirken

Zur Erzielung betragsmaßig etwa gleich großer Querverlagerungen Δq H von ge¬ wünscht kleinem Ausmaß für den Hubexzenter 8 gemäß dem Bahnverlauf 20 in

Figur 3 sind Parameter der Watt'schen Fuhrung 13 derart gewählt, daß dem ortho¬ gonal zur Hubexzeπter- bzw Kolbenbahn 10 oszillierenden Fuhrungsexzenter 9 über jeden seinem jeweiligen Umkehrpunkt 12, 12' nahen Bewegungsbereich mit¬ tels der Watt'schen Koppel 14 ein von der ideellen orthogonalen Fuhrungsbahn 11 derartig progressiv abweichender Bahnveriauf 21 aufgezwungen ist, daß der Fuh¬ rungsexzenter 9 bei jedem Durchgang des Hubexzenters 8 durch den Schnittpunkt 22 der Fuhrungsbahn 11 mit der Hubexzenter- bzw Kolbenbahn 10 von der ide¬ ellen Fuhrungsbahn 11 eine maximale Abweichung Δq F aufweist

Diese umkehrpunktsnahe, gezielte Abweichung ist erfindungsgemaß über den Pa¬ rameter der Lange L L der Lenker 16, 16' erreicht, die sich bei Null-Lage gemäß Fi¬ gur 4 der Watt'schen Koppel 14 mit im Schnittpunkt 22 von Fuhrungsbahn und Hubexzenter- bzw Kolbenbahn 10 befindlichem Mittelpunkt M des Fuhrungsexzenters 9 und zur Hubexzenterbahn 10 im wesentlich parallel gerichteten Lenkern 16, 16' ergibt zu

Uβn k β r = h + 0,17765 x s x (4 x h/s) ' 1 0Q35

Hierbei bedeuten s = Kolbenhub und h = Abstand eines gehauseseitigen Lenker- Drehpunktes 17, 17' von der Fuhrungsbahn 11 wie dies aus der Schemazeichnung der Figur 4 weiter hervorgeht Für die erfindungsgemaße Formel der Lenker-Lange L L gilt folgender Definitionsbereich

3,5 < (4 x h/s) < 15

Bei einem beispielsweise gewählten Kurbelradius r = 20 Längeneinheiten (LE) für den Hubzapfen 6 der Hubkolbenmaschine 1 und einer damit festgelegten Exzen¬ trizität e = 20 (LE) für Hubexzenter 8 und Fuhrungsexzenter 9 und einem daraus resultierenden Kolbenhub s = 4 x e = 80 LE ergibt der Abstand h eines gehause- seitigen Lenker-Drehpunktes 17, 17' von der Fuhrungsbahn 11 mit h > 160 LE tn die erfindungsgemaße Lenker-Langen-Formel L L eingesetzt für eine Querabwei¬ chung Δq H des Hubexzenters 8 von der Hubexzenter- bzw Kolbenbahn 10 einen Wert von Δq H = 1 0 005 LE wobei als weiterer Parameter der Watt'schen Koppel 14 deren Lange mit L« > 140 LE gewählt ist