DE4412846A1

DE4412846A1 - Piston=cylinder unit for pumps and engines

Info

Publication number: DE4412846A1
Application number: DE19944412846
Authority: DE
Inventors: Heinrich Franke; Heinrich Gerhard Franke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-04-14
Filing date: 1994-04-14
Publication date: 1995-10-19

Abstract

The unit can have any number of pistons (8) rigidly connected to one another, and arranged radially about an axis. The pistons are mounted on an eccentric shaft (9) or crank, and are moved to and fro in cylinders (6) by its rotation.The cylinders can be moved to and fro in guides (13), which are perpendicular to the pistons. The unit may act as a piston pump with preferably 3 or 4 pistons and cylinders. The cylinders may also have openings (7) in the cylinder walls, which run over induction and exhaust openings as the cylinders move to and fro.

Description

Bei dem Erfindungsgegenstand handelt es sich um eine Hubkolben pumpe, die den Ein- und Auslaß ohne besondere Hilfsmittel wie Ventile und dergleichen selbst steuert. Die Erfindung kann als Pumpe zum Saugen und Drücken, variable hydrostatische Einheit (Pumpe und Motor) und als Verbrennungsmotor, der im Viertakt steuert, gefertigt sein.The subject matter of the invention is a reciprocating piston pump that like the inlet and outlet without special aids Controls valves and the like itself. The invention can be as Pump for suction and pressure, variable hydrostatic unit (Pump and engine) and as an internal combustion engine operating in four-stroke controls, be made.

Die Wirkungsweise der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beschrieben:The operation of the invention is described below with reference to Drawings described:

Fig. 1 zeigt einen Schnitt quer zur Achse und Fig. 1a einen Schnitt längst zur Achse. Hierbei handelt es sich beispielsweise um eine Kolbenpumpe mit drei Kolben und Zylindern in radialer Anordnung. Die Zylinder sind in dem Gehäuse jeweils in geraden Führungen rings um die Achse beweglich angebracht. Die Anzahl und Lage der Zylinder und Kolben, die von einem Exzenter der Welle beeinflußt werden, ist beliebig. Die Kolben, die in den Zylindern gerade geführt werden, sind miteinander starr ver bunden und auf einem Exzenter bzw. Kurbel der Achse gelagert. Bei der Drehung der Achse machen die Kolben in den Zylindern eine Auf- und Abwärtsbewegung, wodurch die Zylinder in ihren Führungen (13) 90° versetzt zu den Kolben hin und her bewegt werden. Die miteinander verbundenen Kolben machen hierbei die kreisende Exzenterbewegung geradlinig mit. Im oberen Bereich der Zylinderwand befindet sich jeweils eine Öffnung (7), die bei der Hin- und Herbewegung der Zylinder (6) abwechselnd den Ein- (10) und Auslaßkanal (11) überläuft, wodurch ein exakter Ein- und Auslaß stattfindet. Die Anordnung, Lage und Größe der Ein-/Auslaßkanäle ist beliebig. An den Zylindern (6) sind Gleitschuhe (12) angebracht. Durch Massenausgleich ist eine vollständige Laufruhe zu erzielen. Fig. 1 shows a section transverse to the axis and Fig. 1a shows a section longest to the axis. This is, for example, a piston pump with three pistons and cylinders in a radial arrangement. The cylinders are each movably mounted in straight guides around the axis in the housing. The number and position of the cylinders and pistons, which are influenced by an eccentric of the shaft, is arbitrary. The pistons, which are being guided in the cylinders, are rigidly connected to one another and are mounted on an eccentric or crank of the axle. When the axis rotates, the pistons move up and down in the cylinders, causing the cylinders in their guides ( 13 ) to be moved back and forth at 90 ° to the pistons. The pistons connected to each other make the circular eccentric movement in a straight line. In the upper area of the cylinder wall there is an opening ( 7 ), which alternately overflows the inlet ( 10 ) and outlet channel ( 11 ) when the cylinders ( 6 ) move back and forth, whereby an exact inlet and outlet take place. The arrangement, location and size of the inlet / outlet channels is arbitrary. Sliding shoes ( 12 ) are attached to the cylinders ( 6 ). Complete balance can be achieved by mass balance.

Fig. 2 zeigt beispielsweise eine Pumpe mit 4 Zylindern, die wie in Fig. 1 beschrieben nach dem gleichen Prinzip arbeitet. Die Kolben sind hierbei mit Kühlrippen (14) versehen und können durch Bohrungen (15) in der Exzenterwelle (9) mit Kühlmittel versorgt werden. Fig. 2 shows, for example, a pump with 4 cylinders, which works on the same principle as described in Fig. 1. The pistons are provided with cooling fins ( 14 ) and can be supplied with coolant through holes ( 15 ) in the eccentric shaft ( 9 ).

Fig. 3 und 3a zeigt jeweils einen Schnitt längst zur Achse. Hierbei handelt es sich um eine Pumpe mit variablem Hub. Sie arbeitet nach dem gleichen Prinzip wie Fig. 1 + 2 und ist hier beispielsweise mit zwei gegenläufigen Doppelkolben (8) ausgebildet. Im Gegensatz zu den vorher beschriebenen Pumpen ist hierbei jeweils die Kurbelkröpfung in Achsrichtung schräg angeordnet. Die Exzenter sind auf der Kurbelkröpfung kraft schlüssig und in Achsrichtung verschiebbar gelagert und werden im Kurbelgehäuse gerade geführt. Durch Verschieben der Kurbelwelle in Achsrichtung ist der Kolbenhub regelbar. FIGS. 3 and 3a, respectively showing a section of long axis. This is a variable stroke pump. It works on the same principle as Fig. 1 + 2 and is here for example designed with two counter-rotating double pistons ( 8 ). In contrast to the pumps described above, the crank crank is arranged obliquely in the axial direction. The eccentrics are non-positively supported on the crank crank and can be moved in the axial direction and are guided straight in the crankcase. The piston stroke can be regulated by moving the crankshaft in the axial direction.

In Fig. 3 steht die Kurbelwelle (9) bei A und die Kolben (8) haben hier die größte Hubstellung.In Fig. 3 the crankshaft ( 9 ) is at A and the pistons ( 8 ) have the largest stroke position here.

Bei Fig. 3a steht die Kurbelwelle (9) bei B, wobei die Kolben (8) in Mittel- bzw. Nullstellung sind. Bei der Um drehung der Achse (9) findet hierbei keine Hin- und Herbewegung der Kolben (8) statt.In Fig. 3a the crankshaft ( 9 ) is at B, the pistons ( 8 ) being in the middle or zero position. When the axis ( 9 ) rotates, there is no reciprocation of the pistons ( 8 ).

Fig. 3b zeigt beispielsweise jeweils einen Schnitt der Exzenter (9a) quer zur Achse. Die Exzenter (9a) sind hierbei ent sprechend der Beschaffenheit der Kurbelkröpfung (9) mit einer sechskant Lagerung versehen. Fig. 3b shows, for example, a section of the eccentric ( 9 a) transverse to the axis. The eccentric ( 9 a) are provided accordingly with the nature of the crank crank ( 9 ) with a hexagonal bearing.

Nach Fig. 4 handelt es sich um einen Verbrennungsmotor, der im Viertakt steuert und hier beispielsweise mit 2 Doppelkolben und Zylindern ausgebildet ist. Die Wirkungsweise ist wie bei Fig. 1 und 2 beschrieben. Die beiden Doppelkolben sind gleich laufend angeordnet. Hierbei übernimmt der Kolben (8) den Ansaug- und Verdichtungstakt und der andere Kolben (8a) den Arbeits- und Ausstoßtakt. Der Kolben (8) hat im oberen Totpunkt den Verdichtungstakt vollendet und die Zylinderöffnung (7) zur Brennkammer (16) verschlossen. Gleichzeitig befindet sich der Kolben (8a) in oberer Stellung und die Zylinderöffnung (7a) tritt mit der Brennkammer (16) in Verbindung. Die vom Kolben (8) verdichteten Gase werden in der Brennkammer (16) ge zündet und auf den Arbeitskolben (8a) übergeleitet. Durch die Anordnung und Lage der Öffnungen (7) in den Zylindern (6) und den abwechselnden Verbindungen zu den Ein- (10) und Auslaß kanälen (11) bzw. Brennräumen (16) findet bei einer Umdrehung der Exzenterwelle (9) jeweils ein exakter Viertakt-Gaswechsel statt. According to FIG. 4 is an internal combustion engine, which controls the four-stroke and is for example formed here with 2 double pistons and cylinders. The mode of operation is as described in FIGS. 1 and 2. The two double pistons are arranged in the same direction. Here, the piston ( 8 ) takes over the intake and compression stroke and the other piston ( 8 a) the work and exhaust stroke. The piston ( 8 ) has completed the compression stroke at top dead center and closed the cylinder opening ( 7 ) to the combustion chamber ( 16 ). At the same time, the piston ( 8 a) is in the upper position and the cylinder opening ( 7 a) communicates with the combustion chamber ( 16 ). The gases compressed by the piston ( 8 ) are ignited in the combustion chamber ( 16 ) and transferred to the working piston ( 8 a). Due to the arrangement and location of the openings ( 7 ) in the cylinders ( 6 ) and the alternating connections to the inlet ( 10 ) and outlet channels ( 11 ) or combustion chambers ( 16 ) takes place with one revolution of the eccentric shaft ( 9 ) exact four-stroke gas exchange instead.

Fig. 4a, b und c zeigen eine Draufsicht der einzelnen Stellungen der Zylinderöffnungen zu den Kanälen bzw. Brenn kammern beim Gaswechselvorgang. Fig. 4a, b and c show a plan view of the individual positions of the cylinder openings to the channels or combustion chambers during the gas exchange process.

Bei Fig. 4a stehen die Zylinderöffnungen (7 + 7a) in Mittelstellung der Zylinderbewegung und haben keine Verbindung zu den Ein- (10) und Auslaßkanälen (11) bzw. Brennkammern (16). Hierbei stehen die Kolben (8) in den Zylindern (6) jeweils im oberen bzw. unteren Totpunkt.In Fig. 4a, the cylinder openings ( 7 + 7 a) are in the central position of the cylinder movement and have no connection to the inlet ( 10 ) and outlet channels ( 11 ) or combustion chambers ( 16 ). The pistons ( 8 ) in the cylinders ( 6 ) are each at the top and bottom dead center.

Bei Fig. 4b stehen die Zylinder mit ihren Öffnungen in äußerster Stellung (siehe Pfeilrichtung). Dabei hat der Zylinder (6) mit seiner Öffnung (7) Verbindung mit dem Ansaugkanal (10) und der Zylinder (6a) mit seiner Öffnung (7a) Verbindung mit der Brennkammer (16). Hierbei haben die Kolben in halber Hubstellung beim Abwärtsgang den halben Ansaug- bzw. Arbeits takt vollzogen.In Fig. 4b, the cylinders with their openings are in the outermost position (see arrow direction). The cylinder ( 6 ) with its opening ( 7 ) is connected to the intake duct ( 10 ) and the cylinder ( 6 a) with its opening ( 7 a) is connected to the combustion chamber ( 16 ). Here, the pistons have performed half the intake or working stroke in the half-stroke position in the downward gear.

Bei der weiteren Umdrehung der Exzenterwelle zum unteren Tot punkt verschieben sich die Zylinder mit ihren Öffnungen wieder in Mittelstellung und verschließen den Einlaßkanal (10) und die Brennkammer (16) (siehe Fig. 4a). Die Kolben stehen hierbei in unterer Stellung und haben den Ansaug- und Arbeits takt vollzogen. Bei der Aufwärtsbewegung der Kolben (siehe Fig. 4c) stehen die Zylinderöffnungen (7 + 7a) in äußerster Stellung (siehe Pfeilrichtung). Die Zylinderöffnung (7) steht hierbei mit der Brennkammer (16) und die Zylinderöffnung (7a) mit dem Ausstoßkanal (11) in Verbindung. Hierbei stehen die Kolben in halber Hubstellung und haben jeweils den halben Ausstoß- bzw. Verdichtungstakt vollzogen. Bei der weiteren Bewegung der Kolben zum oberen Totpunkt verschieben sich die Zylinderöffnungen wieder in Mittelstellung (siehe Pfeilrichtung) wie in Fig. 4a ange geben. Der Ausstoß- bzw. Verdichtungstakt ist hiermit abgeschlossen. Entsprechende Überschneidungen der Steuerzeiten sind bei dem vorher beschriebenen Vorgang möglich.With the further rotation of the eccentric shaft to the bottom dead center, the cylinders move with their openings back to the central position and close the inlet channel ( 10 ) and the combustion chamber ( 16 ) (see Fig. 4a). The pistons are in the lower position and have completed the intake and working cycle. During the upward movement of the pistons (see Fig. 4c), the cylinder openings ( 7 + 7 a) are in the extreme position (see arrow direction). The cylinder opening ( 7 ) is connected to the combustion chamber ( 16 ) and the cylinder opening ( 7 a) to the exhaust duct ( 11 ). Here, the pistons are in the half stroke position and each have completed half the exhaust or compression stroke. With the further movement of the pistons to top dead center, the cylinder openings move back to the center position (see arrow direction) as shown in Fig. 4a. The discharge or compression stroke is hereby completed. Corresponding overlaps of the tax times are possible in the process described above.

Claims

1. Piston-cylinder unit characterized by any number of rigidly interconnected pistons ( 8 ), which are arranged radially to an axis and are mounted on an eccentric shaft ( 9 ) or a crank and, when the eccentric shaft rotates, are each in cylinders ( 6 ) move up and down, whereby the cylinders ( 6 ) are moved back and forth in guides ( 13 ) offset by 90 ° to the pistons.

2. Piston-cylinder unit according to claim 1, characterized in that it is designed as a piston pump with preferably three or four pistons ( 8 ) and cylinders ( 6 ).

3. Piston-cylinder unit according to claim 1 or 2, characterized in that the cylinders ( 6 ) have openings ( 7 ) in their wall, the inlet channels ( 10 ) and outlet channels alternately during the reciprocating movement of the cylinders ( 6 ) ( 11 ) overflow.

4. Piston-cylinder unit according to one of claims 1 to 3, characterized in that the pistons ( 8 ) are provided with cooling ribs ( 14 ) which are supplied with coolant through bores ( 15 ) in the eccentric shaft ( 9 ).

5. Piston-cylinder unit according to one of claims 1 to 4, characterized in that eccentrics ( 9 a) are provided which are non-positively and axially displaceably mounted on the oblique crank offset in the axial direction and are guided straight in the crankcase, whereby at Moving the crankshaft in the axial direction of the piston stroke is variable.

6. Piston-cylinder unit according to one of claims 1 to 5, characterized in that the eccentric ( 9 a) are provided with a hexagonal bearing.

7. Piston-cylinder unit according to one of claims 1 to 6, characterized in that it is a piston pump with variable stroke and two counter-rotating double pistons ( 8 ), in their central or zero position when the axis ( 9 ) rotates. there is no reciprocating movement of the pistons ( 8 ).

8. Piston-cylinder unit according to one of claims 1 to 7, characterized in that it is designed as a four-stroke internal combustion engine with preferably two double pistons ( 8 , 8 a) which are arranged one behind the other in the axial direction and two double cylinders ( 6 , 6 a) at the top dead center of one piston ( 8 ) the compression stroke is completed and the cylinder openings ( 7 ) to the combustion chamber ( 16 ) are closed, the second piston ( 8 a) then being in the upper position and the cylinder opening ( 7 a) with the Combustion chamber ( 16 ) connects, the gases from the combustion chamber ( 16 ) compressed by the piston ( 8 ) are ignited and transferred to the working piston ( 8 ) and the arrangement and position of the openings ( 7 ) in the cylinders ( 6 ) alternate with the Inlet ducts ( 10 ) and the outlet ducts ( 11 ) or the combustion chambers ( 16 ) in connection with a rotation of the eccentric shaft ( 9 ) in accordance with a four-stroke cycle.