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EP1882082A1 - Schwenkkolbenmaschine - Google Patents

Schwenkkolbenmaschine

Info

Publication number
EP1882082A1
EP1882082A1 EP06742795A EP06742795A EP1882082A1 EP 1882082 A1 EP1882082 A1 EP 1882082A1 EP 06742795 A EP06742795 A EP 06742795A EP 06742795 A EP06742795 A EP 06742795A EP 1882082 A1 EP1882082 A1 EP 1882082A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
cam
housing
oscillating
pistons
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06742795A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Herbert Hüttlin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP1882082A1 publication Critical patent/EP1882082A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C20/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines or engines
    • F01C20/18—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines or engines characterised by varying the volume of the working chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C9/00—Oscillating-piston machines or pumps
    • F04C9/005—Oscillating-piston machines or pumps the piston oscillating in the space, e.g. around a fixed point

Definitions

  • the invention relates to a rotary piston machine, comprising a housing, in which a first and at least a second piston are arranged, which can rotate together in the housing about a housing-fixed axis of rotation, and when revolving about the axis of rotation about a perpendicular to the axis of rotation and through the housing center running piston-fixed pivot axis to each other opposite reciprocating pivotal movements between a first end position and a second end position, wherein the first and at least second piston defining a working chamber, wherein the first piston and / or the at least second piston has at least one running member, which during rotation of the first and / or second piston is guided along at least one control cam in order to generate the pivoting movements of the first and / or at least second piston.
  • Such a reciprocating engine is known from the document WO 03/067033 Al.
  • Oscillating piston engines and in particular a rotary piston engine according to the present invention can be used as internal combustion engines (internal combustion engines), as pumps or as compressors.
  • An oscillating piston engine according to the present invention is preferably used as an internal combustion engine and described as such in the present specification.
  • the individual working cycles of the intake, compression, ignition of the combustion mixture and the expending and expelling of the combusted combustion mixture are mediated by reciprocating pivotal movements of the individual pistons between two end positions.
  • Enclosure solid as used herein means, for an axis that is to be understood as a geometric axis, that the spatial location of the axis relative to the housing does not change Accordingly, “piston-solid” means a fixed spatial relationship of a geometric axis to a piston.
  • a working chamber is formed in each case, so that the known oscillating piston engine has two working chambers. Both working chambers, which are arranged diametrically opposite each other with respect to the housing center, increase and decrease in the same direction in the reciprocating pivotal movement of the piston.
  • the pivotal movement of the pistons about the common pivot axis is due to the orbital motion of the pistons about the axis of rotation derives a control mechanism which surrounds two formed in the housing inner wall cams and corresponding running members on the housing inner wall facing sides of the piston.
  • the stroke of the pivotal movement of the piston is fixed by the curve of the two cams invariable.
  • the known oscillating piston engine thus has a constant displacement, wherein the displacement is the maximum volume or the sum of the maximum volumes of the working chambers.
  • the invention is therefore based on the object to provide a rotary piston engine of the type mentioned with variable displacement.
  • this object is achieved with respect to the initially mentioned oscillating piston engine in that the control cam is adjustable in position by means of an adjusting mechanism in order to adjust at least one of the first and second end positions of at least one of the first and second pistons.
  • the oscillating piston engine according to the invention has a variable displacement, in which the control curve, which is already provided in the known oscillating piston engine, but there is stationary integrated into the housing inner wall, is now configured adjustable in position by means of an adjusting mechanism, whereby the first end position and / or the second end position at least one piston is adjustable.
  • the inventive oscillating piston engine does not have the problem of having to install spark plugs or glow plugs or intake and exhaust valves in favor of the variability of the displacement at other locations of the oscillating piston engine, since the control curve even in the known oscillating piston engine already in space Position other than these aforementioned components is arranged, that is, an adjustability of the control cam does not collide with these components.
  • the at least one of the first end position and the second end position is continuously adjustable by means of the adjusting mechanism.
  • the displacement is continuously variable, whereby a stepless change in the displacement of the oscillating piston engine is made possible.
  • the first and second end positions of the first and at least second pistons are adjustable by means of the adjusting mechanism.
  • both the so-called top dead center position (TDC position) and the bottom dead center position (TDC position) are variable.
  • TDC position the working chamber volume is minimum (ignition), and in the UT position maximum (end of discharge / initial suction).
  • the UT position is adjusted in the sense of reducing the working stroke or displacement, it is advantageous to adjust the TDC position to the effect that with reduced working chamber volume (displacement) as high as possible compression in the TDC position is achieved which is achieved by the above-mentioned embodiment, in that both the TDC position and the TDC position are adjustable.
  • two portions of the cam are mounted in opposite directions to each other about a housing-fixed pivot axis pivotally mounted on the housing.
  • the displacement or the maximum Häcroiumen is adjusted by the control cam, which is formed from the two sections symmetrically to the housing-fixed pivot axis, is pivoted from a first position to a second position.
  • the control cam is pivotable about a pivot axis
  • a third and a fourth piston are arranged in the housing, which can rotate with the first and the second piston in the housing together about the axis of rotation and thereby perform mutually opposite pivotal movements between a third end position and a fourth end position, and that at least one of the third and the fourth end position is adjustable by means of the adjusting mechanism.
  • the oscillating piston engine according to the invention like the known oscillating piston engine, has a total of four pistons and correspondingly two working chambers, wherein the maximum working chamber volume of both working chambers and thus the total stroke space of the oscillating piston engine is variable.
  • the at least one of the third end position and the fourth end position is continuously adjustable by means of the adjusting mechanism.
  • third and fourth end positions of the third and fourth pistons are adjustable.
  • the third piston is diametrically opposite the first piston with respect to the piston-fixed pivot axis, and the third end position is synchronous and adjustable in the same direction to the first end position.
  • control cam controls the pivotal movement of all four pistons by these are coupled together accordingly
  • the third piston and / or the fourth piston has at least one running member
  • the circulation of the third and / or fourth piston is guided along a second control cam to produce the pivoting movements of the third and / or fourth piston
  • the second control cam is adjustable by means of the adjusting mechanism to the at least one of the third and fourth end position of the at least one of the third and fourth piston to adjust.
  • control cams for the four pistons has the advantage of higher or complete symmetry of the entire oscillating piston engine, which positively influences the running properties of the oscillating piston engine. Accordingly, the second control cam is also adjustable in position, as is also the case for the control cam for the first and second pistons.
  • the adjusting mechanism has a first cam element and a second cam element, wherein the first cam element and the second cam element are arranged like a scissor cross over one another in opposite directions to each other and have the first and the second control cam.
  • the two control cams for the four pistons are realized by two cam elements, which are arranged like a scissor-like cross over each other in opposite directions to each other, this pivotability of the adjustment of the end positions of the pivoting movements of the piston is used.
  • This design is structurally advantageous simple and also allows easy to implement adjustment of the cams, as will be described hereinafter.
  • first cam portion of the first cam element with a second cam section of the second cam element, which together form the one of the control curves, is connected relative to this movable.
  • a third cam section of the first cam element is movably connected to a fourth cam section of the second cam element, which together form the other of the cam tracks, relative to this.
  • the relative mobility of the two mentioned cam sections permits mutually opposite pivoting of the two cam sections for adjusting the end positions of the third and fourth piston and at the same time ensures the formation of a contiguous second cam for the third and fourth piston.
  • the relatively movable connection of the first cam section and the second cam section or the third cam section and the fourth cam section is preferably realized by a meshing connection, such as a toothing, these cam sections.
  • the adjusting mechanism has at least one drive which is hydraulic, pneumatic and / or electrical.
  • the at least one drive is hydraulic, and if a volume-variable chamber which can be acted on with hydraulic fluid is arranged on at least one side of the cam elements facing a housing inner wall of the housing.
  • a hydraulic drive has the advantage that hydraulic fluid is substantially incompressible and can be applied with a hydraulic drive and very high forces in order to adjust the cam elements and thus the displacement of the oscillating piston engine safely even at high speeds of rotation of the piston.
  • the drive for adjusting the cam elements must be active only in a direction of action, in the effective direction of the reduction of the displacement, while in the effective direction of the increase in the displacement acting on the centrifugal force acting on the piston force acting on the cam is exploited, which can pivot the cam elements to each other when the hydraulic pressure is reduced accordingly.
  • the drive can be kept structurally very simple.
  • the at least one running member and the at least one control cam are magnetically effective, such that a magnetic attraction acts between the at least one running member and the at least one control cam.
  • the running member and the control cam consist of permanent magnetic active substance or have such, or running member and control cam or at least one of these is formed of a magnetizable material or has such of both, that is running member or cam, while doing so should be permanently magnetic, whereby advantageously an additional magnetic field generating element, that is, a magnetic field generator is not required.
  • the at least one running member and the associated piston are magnetically effective, such that a magnetic attraction acts between the at least one running member and the associated piston.
  • a stable contact between the running member and the associated piston is effected, whereby, for example, a positive connection of the running member can be dispensed with the associated piston.
  • the magnetic attraction between the running member and the piston or between the running member and the associated control cam according to the aforementioned embodiment should be such that the free rotation of the running member, which is preferably designed as a ball is not canceled.
  • Figure 1 is an illustration of a rotary piston engine according to the invention in a section along a plane parallel to the axis of rotation and perpendicular to the pivot axis of the piston, wherein the oscillating piston engine is shown in a first operating state of an adjusting mechanism for adjusting the control curves for the piston;
  • Figure 2 is the same view as in Figure 1, but in a second operating position of the adjusting mechanism for adjusting the control cams for the piston.
  • FIG 3 shows the oscillating piston engine in the same representation as in Figure 1, but without piston and without piston cage.
  • Figure 5 shows the curve elements in Figure 4 in a sectional view and in an assembled arrangement
  • Figure 6 is an illustration of the oscillating piston engine in Figure 1 in a rotated by about 45 ° about the axis of rotation representation of the housing, and wherein the pistons are pivoted from its BDC position in Figure 1 by about half the stroke in the direction of its TDC position.
  • FIG. 7 shows the oscillating piston engine in FIG. 1 in a representation of the housing rotated by 90 ° with respect to FIG. 1, wherein the pistons are now pivoted into their TDC position;
  • FIG. 8 shows a further illustration of the oscillating piston engine in FIG. 1, with piston cage, but without piston.
  • the oscillating piston engine 10 is designed as an internal combustion engine in the present embodiment.
  • the oscillating piston engine 10 has a housing 12, which is composed of two housing halves 14 and 16.
  • the housing halves 14 and 16 each have a flange, wherein in the drawing, only the flange 18 of the housing half 14 is shown.
  • a plurality of holes 20a to 20h provided for performing screws to screw the two housing halves 14 and 16 together via the flanges.
  • the interior of the housing is constructed overall spherical or spherically symmetrical, wherein the ball center is shown in Figure 1 by the reference numeral 22.
  • the pistons 24 to 30 can rotate in the housing 12 together about a housing-fixed axis of rotation 32 according to an arrow 34. During this circulating movement, the pistons 24 to 30 perform a pivoting movement about the rotational axis 32 superimposed on a pivot-fixed pivot axis 36 between two end positions, one end position in FIG. 1 (so-called UT position), and the other end position in FIG. so-called TDC position) is shown. In Figure 6, the pistons 24 to 30 are shown in an intermediate position between the UT position and the TDC position. Both the axis of rotation 32 and the pivot axis 36, which are to be understood as geometric axes, pass through the housing center 22 of the housing 12. The pivot axis 36 is always perpendicular to the axis of rotation 32, but runs around the latter, however, according to the orbital motion of the piston 24 to 30 also.
  • pistons 24 to 30 are each two pistons with respect to the pivot axis 36 diametrically opposite, in each pivotal position of the piston 24 to 30, these being the pistons 24 and 30 on the one hand and the pistons 26 and 28 on the other.
  • the pistons 24 to 30 are individually mounted in the housing 12, that is not rigidly connected in pairs, although this may also be considered within the meaning of the present invention.
  • the piston 24 has an end face 38
  • the piston 26 has an end face 40
  • the piston 28 has an end face 42
  • the piston 30 has an end face 44.
  • the facing end surfaces 38 and 40 of the pistons 24 and 26 define a working chamber 46
  • the facing end surfaces 42 and 44 of the pistons 28 and 30 define a working chamber 48.
  • the working hammers 46 and 48 serve as combustion chambers for a Carnot cycle.
  • the axis of rotation 32 passes through both working chambers 46 and 48, in each circulating and pivoting position of the pistons 24 and 40.
  • the working chambers 46 and 48 are in particular arranged symmetrically to the axis of rotation 32, that is, the axis of rotation 32 passes through the working chambers 46 and 48 always in the middle.
  • the piston-back chambers can serve as pre-compression chambers for pre-compression of fresh air, the precompressed air is then passed through suitable inlets into the respective working chamber 46 and 48, as described in WO 03/067033 Al.
  • suitable inlets into the respective working chamber 46 and 48, as described in WO 03/067033 Al.
  • the pistons 24 and 26 always remain to the left of a line A in FIG. 1 in their circulating and pivoting movement, and the pistons 28 and 30 always to the right of the line A.
  • the oscillating-piston engine 10 further has a control mechanism in order to divert the pivoting movements of the pistons 24 to 30 out of the rotational movement of the pistons 24 to 30 about the axis of rotation 32.
  • each piston 24 to 30 on a running member and indeed, the piston 24 has a running member 50, the piston 26, a running member 52, the piston 28, a running member 54 and the Piston 30, a running member 56.
  • the running members 50 to 56 are balls which are each mounted in a ball socket formed on the rear face of each piston 24 to 30 facing away from the respective end face 38 to 44.
  • the running members 50 to 56 in the form of balls are freely rotatably mounted in the ball sockets and may be held in the ball sockets by adhesion by means of a lubricating film, or the running members 50 to 56 may be held in a form-fitting manner in the ball sockets, to which then the ball sockets on the Extend diameter of the balls 50 to 56 out.
  • the balls 50 to 56 are in any case freely rotatable about their center of the sphere in all directions.
  • the running members 50 to 56 are not limited to the embodiment as balls and may in particular be designed as rollers, which are mounted rotatably about an axis on the respective associated piston rear sides.
  • the running members 50 to 56 as best seen in Figure 3, associated with a total of two cams 58 and 60, in which the running members 50 to 56 run run.
  • the running members 50 to 56 and the pistons 24 to 30 are not shown for ease of understanding, so that the control cams 58 and 60 can be seen exposed. It is understood that only one half of the cams 58 and 60 can be seen in Figure 3 according to the sectional view.
  • the cams 58 and 60 rather extend over a full circumference of 360 ° in the housing.
  • the running members 50 and 52 run during rotation of the pistons 24 and 26 about the axis of rotation 32 in the control cam 58, and the Laufor- gane 54 and 56 of the pistons 28 and 30 along the control cam 60th
  • the contouring of the control cams 58 and 60 is selected such that, when the running members 50 to 56 travel along the control cams 58 and 60 during the orbital movement of the pistons 24 to 30 about the axis of rotation 32, the pivoting movements of the pistons 24 to 30 are diverted about the pivot axis 36 ,
  • portions 70 and 72 (and correspondingly over a full circumference of the cams 58 and 60 seen over 30 ° corresponding in the sectional view not visible portions of the cams 58, 60) from the line A and thus from the aforementioned level on farthest apart and determine the TDC position of the pistons 24 to 30th
  • the position of the sections 62 and 64 thus define a first end position of the pistons 24 and 26 shown in Figure 1, and the position of the section 70 determines the second end position of the pistons 24 and 26 shown in Figure 7.
  • the position of the portions 66 and 68 determines the third end position of the pistons 28 and 30, which corresponds to the first end position of the pistons 24 and 26, and which is shown in Figure 1
  • the position of the portion 72 determines the fourth end position of the pistons 28 and 30, which corresponds to the second end position of the pistons 24 and 26, and which is shown in Figure 7.
  • the cams 50 and 60 are adjustable in position by means of an adjusting mechanism 74, so as to adjust the aforementioned first, second, third and fourth end positions of the piston, that is their TDC position and their UT position, and thus the maximum volumes of the working chambers 46 and 48 and thus to adjust the displacement of the oscillating piston engine 10.
  • the adjusting mechanism comprises two cam members 76 and 78, on which the control cams 58 and 60 are formed.
  • the cam elements 76 and 78 are arranged with respect to a housing-fixed pivot axis 79 like a scissors crosswise, as also apparent from Figure 3.
  • the cam element 76 has a first cam section 80 and a second cam section 82
  • the cam element 78 has a first cam section 84 and a second cam section 86.
  • the cam sections 80 and 86 together form the control cam 58 and the cam sections 84 and 82 together the cam 60.
  • the cam elements 76 and 78 do not run around the axis of rotation 32, that is, the pivot axis 79 is fixed to the housing in contrast to the pivot axis 36. In each case two piston positions about the axis of rotation 32, the pivot axes 36 and 79 coincide, one of which is shown in Figure 1.
  • the cam members 76 and 78 are in the housing 12 of the oscillating piston engine 10 about the pivot axis 79 in opposite directions pivoted, as indicated by a double arrow 88 and a double arrow 90.
  • the cam sections 80 and 86 and 84 and 82 are relatively movably connected by mating connections 92 and 94 in the sections 70 and 72 of the cams 58 and 60.
  • the intermeshing connection is realized in the illustrated embodiment in that the cam portion 84 has an extension 96 which engages in a recess or recess 98 in the cam portion 82 and is movable in the direction of the extension 96.
  • the connection 92 is designed accordingly, wherein in FIG. 4 b) an extension 100 can be seen, which belongs to the connection 92. It can also be seen in FIGS. 4 a) and b) that the control cam 60 and also the control cam 58, although not visible in FIG. 4, extend in the assembled state of the cam elements 58 and 60 over a full circumference of 360 °.
  • the running members 50 to 56 run in the control cams 58 and 60, which are correspondingly formed in cross-section part-circular, with minimal friction.
  • connections 92 and 94 each with an extension and a recess or recess may also be configured differently, for example, other types of Kämm or teeth may be provided, as long as the relative mobility between the cam sections 80 and 86 and 84 and 82nd and a continuous control curve for the running members 50 to 56 is given.
  • this relative mobility also serves to adjust the second or fourth end position of the pistons 24 to 30, that is to say their TDC position.
  • This adjustment of the TDC position occurs automatically when also the BDC position is changed, in the sense that the minimum volume of the working chambers 46 and 48 in the TDC position of the pistons 24 to 30 is also reduced when the UT position or the maximum volume of the working chambers 46 and 48 reduced becomes.
  • a sufficient compression pressure is achieved when igniting the fuel-air mixture compressed in the working chambers 46 and 48.
  • the adjusting mechanism 74 has a drive 102 for adjusting the cam elements 76 and 78 about the pivot axis 79.
  • the drive 102 is a hydraulic drive.
  • the cam elements 76 and 78 on a side of the cam elements 76 and 78 facing a housing inner wall 104 have a variable-volume chamber 106 and 108 that can be acted upon by hydraulic fluid.
  • a valve device 110 and in the chamber 108, a valve device 112 is arranged, which serves the inlet and outlet of a hydraulic fluid in the chambers 106, 108 and from the chambers 106, 108.
  • the cam members 58 and 60 By acting on the chambers 106 and 108, the cam members 58 and 60 are pivoted apart about the pivot axis 36, and as the hydraulic pressure in the chambers 106 and 108 decreases, the cam members 58 and 60 pivot as the pistons 24 to 30 rotate thereover acting centrifugal forces, which are transmitted via the control cams 58 and 60 on the cam members 76, 78, toward each other.
  • the drive 102 for adjusting the displacement can be operated during operation of the oscillating piston engine 10
  • a corresponding control device may be provided, which adjusts the cam elements 76 and 78 in dependence on the rotational speed of the pistons 24 to 30 about the axis of rotation 32.
  • the displacement of the oscillating piston engine 10 is reduced, and vice versa.
  • the pistons 24 to 30 are mounted in the housing 12 in a piston cage 114 which revolves around the axis of rotation 32 together with the pistons 24 to 30.
  • the piston cage 114 is shown without the piston 24 to 30.
  • the piston cage 114 is in the embodiment shown, and preferably a one-piece component, but instead of a one-piece construction, however, a multi-piece construction is conceivable.
  • the piston cage 114 extends along the axis of rotation 32 over the entire length of the housing 12, wherein shaft extensions 116 and 118 of the piston cage 114 protrude from the housing 12.
  • the piston cage 114 in each case has a main bearing section 120 or 122 adjoining the shaft extensions 116 and 118, via which the piston cage 114 in the housing 12 is mounted rotatably about the axis of rotation 32.
  • the bearing sections 120 and 122 are connected at the housing center via a middle section 124, which extends along the pivot axis 36 having peg-like portion 126.
  • the pistons 24 to 30 are mounted to the housing center 22 and to the pivot axis 36 out.
  • the piston cage 114 has two bores 128 and 130 in which the pistons 24 to 30 are slidably mounted. More specifically, in the bore 128, the pistons 24 and 26 and in the bore 130, the pistons 28 and 30 slidably mounted.
  • the holes 128 and 130 are circular in cross-section, and accordingly, the end surfaces 38 to 44 of the pistons 24 to 30 are also circular in shape.
  • the pistons 24 to 30 are mounted in the bores 128 and 130 by means of piston rings for sealing the working chambers 46 and 48, as shown in Figure 1, in which, for example, for the piston 24 seals 132 and 134 is shown.
  • the bores 128 and 130 define, together with the end surfaces 38 to 44 of the pistons 24 to 30, the working chambers 46 and 48.
  • the pistons 24 to 30 In the bores 128 and 130 of the piston cage 114, the pistons 24 to 30 with respect to the rotation axis 32 rotatably connected to the piston cage 114, so that the pistons 24 to 30 rotate together with the piston cage 114 about the rotation axis 32, while the piston 24 to 30 are slidably movable in the bores 128 and 130 according to their thereby carried out pivotal movements about the pivot axis 36 to perform the individual cycles of the intake, compression, expansion and ejection.
  • the pistons 24 to 30 are formed substantially arcuate, and the working hammers 46 and 48 have approximately the shape of a curved or curved cylinder, wherein the curvature is concentric with the pivot axis 36.
  • piston cage 114 The arrangement of piston cage 114, the piston 24 to 30 together with the running members 50 to 56 forms the "inner engine” of the oscillating piston engine 10, that is to say this arrangement comprises all moving parts of the oscillating piston engine 10.
  • race members 50-56 and the cams 58, 60 are magnetically effective such that a magnetic force of attraction acts between the race members 50-56 and the respective associated cam 58, 60.
  • the cams 58 and 60 are preferably made of a "negative” -magnetizing or Magnetic ceramic or carbon fiber composite material manufactured.
  • the pistons 24 to 30 are preferably made of a "positive" magnetizing or magnetized aluminum or magnesium alloy, and in this way there is also a magnetic attraction between the race members 50 to 56 and the associated pistons 24 to 30.
  • the oscillating piston engine 10 also has inlet and outlet ports for admitting fuel-air mixture and for discharging the burnt mixture, which will not be described in more detail here. These inlet and outlet ports are assigned to the respective working chambers 46 and 48.
  • each working chamber 46 and 48 is associated with an ignition or glow plug 148 and 150, which are arranged on the rotation axis 32 and rotate together with the piston cage 114 about the rotation axis 32.
  • ignition or glow plug 148 and 150 which are arranged on the rotation axis 32 and rotate together with the piston cage 114 about the rotation axis 32. The operation of the oscillating-piston engine 10 will be described below.
  • the oscillating piston engine 10 is shown in an operating position in which the pistons 24 to 30 are in their UT position.
  • an operating position of the oscillating piston engine 10 is shown in Figure 1, in which the cam members 76 and 78 are maximally pivoted toward each other. This means that the displacement of the oscillating piston engine 10, that is, the maximum volumes of Ulka ⁇ unern 46 and 48, are at a maximum.
  • FIG. 2 shows an operating state of the oscillating-piston engine 10 in which the pistons 24 to 30 are also in their BDC position, in which the working chambers 46 and 48 are maximally open, however, the cam elements 76 are in the operating position shown there and 78 pivoted apart by about 20 °, so that the maximum volumes of the working chambers 46 and 48 in the UT position of the pistons 24 to 30 are smaller than in Figure 1, that is, the displacement of the oscillating piston engine 10 is smaller in Figure 2 than in the operating state in Figure 1.
  • the pivoting position of the cam elements 76 and 78 shown in FIG. 2 is thereby also the maximum possible pivoting position of the cam elements 76 and 78 in which the cam elements 76 and 78 bear in the corresponding recess in the housing inner wall 104 at the end.
  • FIG. 6 shows an operating state of the oscillating piston engine 10 in which the pistons 24 to 30 have made approximately a 45 ° rotation about the axis of rotation 32. wherein the pistons 24 to 30 have pivoted toward each other by about half, wherein this pivoting movement, as explained above, from the orbital motion of the pistons 24 to 30 about the axis of rotation 32 by the leadership of the running members 50 and 56 on the correspondingly contoured cam 56th or 58 was derived.
  • control cams 58 and 60 can be pivoted about the pivot axis 79 both in the idle state and during the running of the oscillating piston engine 10 in order to adjust the displacement of the oscillating piston engine 10, as already described above.
  • the adjustment of the displacement of the oscillating piston engine 10 can in particular be speed dependent, and that is rather reduced to higher rotational speeds of the displacement of the oscillating piston engine, and rather increased toward lower speeds, which is controlled or regulated by corresponding pressurization of the chambers 106 and 108 with hydraulic fluid can be.

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Abstract

Es wird eine Schwenkkolbenmaschine beschrieben, mit einem Gehäuse (12), in dem ein erster und zumindest ein zweiter Kolben (24, 26) angeordnet sind, die gemeinsam in dem Gehäuse (12) um eine gehäusefeste Drehachse (32) umlaufen können, und die beim Umlaufen um die Drehachse (32) um eine senkrecht zur Drehachse und durch die Gehäusemitte verlaufende kolbenfeste Schwenkachse (36) zueinander gegensinnige hin- und hergehende Schwenkbewegungen zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung ausführen, wobei der erste und zumindest zweite Kolben (24 26) eine Arbeitskammer (48) definieren, wobei der erste Kolben (24) und/oder der zumindest zweite Kolben (26) zumindest ein Lauforgan (50, 52) aufweist, das beim Umlaufen des ersten und/oder zweiten Kolbens (24, 26) entlang zumindest einer Steuerkurve (58) geführt ist, um die Schwenkbewegungen des ersten und/oder zumindest zweiten Kolbens (24, 26) zu erzeugen. Die Steuerkurve (58) ist mittels eines Verstellmechanismus (74) lageverstellbar, um zumindest eine der ersten und zweiten Endstellung zumindest eines des ersten und zweiten Kolbens (24, 26) zu verstellen.

Description

Schwenkkolbenmaschine
Die Erfindung betrifft eine Schwenkkolbenmaschine, mit einem Gehäuse, in dem ein erster und zumindest ein zweiter Kolben angeordnet sind, die gemeinsam in dem Gehäuse um eine gehäusefeste Drehachse umlaufen können, und die beim Umlaufen um die Drehachse um eine senkrecht zur Drehachse und durch die Gehäusemitte verlaufende kolbenfeste Schwenkachse zueinander gegensinnige hin- und hergehende Schwenkbewegungen zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung ausführen, wobei der erste und zumindest zweite Kolben eine Arbeitskammer definieren, wobei der erste Kolben und/oder der zumindest zweite Kolben zumindest ein Lauforgan aufweist, das beim Umlaufen des ersten und/oder zweiten Kolbens entlang zumindest einer Steuerkurve geführt ist, um die Schwenkbewegungen des ersten und/oder zumindest zweiten Kolbens zu erzeugen.
Eine derartige Schwenkkolbenmaschine ist aus dem Dokument WO 03/067033 Al bekannt.
Schwenkkolbenmaschinen und insbesondere eine Schwenkkolbenmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung können als Brennkraftmaschinen (Verbrennungsmotoren), als Pumpen oder als Kompressoren verwendet werden. Eine Schwenkkolbenmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise als Brennkraftmaschine verwendet und als solche in der vorliegenden Beschreibung beschrieben. Im Falle der Verwendung einer Schwenkkolbenmaschine als Brennkraftmaschine werden die einzelnen Arbeitstakte des Einlassens, Verdichtens, Zündens des Verbrennungsgemisches und des Expan- dierens und Ausstoßens des verbrannten Verbrennungsgemisches durch hin- und hergehende Schwenkbewegungen der einzelnen Kolben zwischen zwei Endstellungen vermittelt.
Bei der aus dem Dokument WO 03/067033 Al desselben Anmelders bekannten Schwenkkolbenmaschine sind in dem Gehäuse vier Kolben angeordnet, die um eine gehäusemittige gehäusefeste Drehachse gemeinsam umlaufen und beim Umlaufen in dem Gehäuse hin- und hergehende Schwenkbewegungen um eine kolbenfeste Schwenkachse ausführen, wobei jeweils zwei benachbarte Kolben gegensinnig verschwenken.
„Gehäusefest" bedeutet hier bei einer Achse, die als geometrische Achse zu verstehen ist, dass sich die räumliche Lage der Achse relativ zum Gehäuse nicht verändert. Entsprechend bedeutet „kolbenfest" eine feste räumliche Beziehung einer geometrischen Achse zu einem Kolben.
Zwischen jeweils zwei einander zugewandten Endflächen der Kolben der Kolbenpaare wird jeweils eine Arbeitskammer gebildet, so dass die bekannte Schwenkkolbenmaschine zwei Arbeitskammern aufweist. Beide Arbeitskammern, die bezüglich der Gehäusemitte diametral gegenüberliegend angeordnet sind, vergrößern und verkleinern sich bei der hin- und hergehenden Schwenkbewegung der Kolben gleichsinnig.
Die Schwenkbewegung der Kolben um die gemeinsame Schwenkachse wird aus der Umlaufbewegung der Kolben um die Drehachse durch einen Steuermechanismus abgeleitet, der zwei in die Gehäuseinnenwand eingeformte Steuerkurven und entsprechende Lauforgane an den der Gehäuseinnenwand zugewandten Seiten der Kolben um- fasst. Bei dieser bekannten Schwenkkolbenmaschine ist der Hub der Schwenkbewegung der Kolben durch den Kurvenverlauf der beiden Steuerkurven unveränderlich vorgegeben. Die bekannte Schwenkkolbenmaschine weist somit einen konstanten Hubraum auf, wobei der Hubraum das maximale Volumen bzw. die Summe der maximalen Volumina der Arbeitskammern ist.
Bei den sogenannten Hubkolbenmotoren, deren Kolben lineare Hubbewegungen ausführen, wurde versucht, Motoren mit einem variablen Hubraum zu entwickeln, das heißt der Hubraum solcher Hubkolbenmotoren sollte während des Betriebs des Hubkolbenmotors verstellt werden können. So wurde versucht, die Zylinderköpfe verschiebbar auszugestalten, was jedoch den Nachteil hatte, dass die Zylinderköpfe aufgrund der Verschiebbarkeit nicht mehr für die Aufnahme von Zündkürzen bzw. Glühkerzen, vor allem aber nicht mehr für die Aufnahme von Ein- und Auslassventilen zur Verfügung standen. Kolbenmotoren mit variablem Hubraum existieren daher bis heute nicht als Serienmotoren.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schwenkkolbenmaschine der eingangs genannten Art mit variablem Hubraum bereitzustellen .
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich der eingangs genannten Schwenkkolbenmaschine dadurch gelöst, dass die Steuerkurve mittels eines Verstellmechanismus lageverstellbar ist, um zumindest eine der ersten und zweiten Endstellung zumindest eines des ersten und zweiten Kolbens zu verstellen. Die erfindungsgemäße Schwenkkolbenmaschine weist einen variablen Hubraum auf, in dem die Steuerkurve, die bereits bei der bekannten Schwenkkolbenmaschine vorgesehen ist, dort aber stationär in die Gehäuseinnenwand integriert ist, nunmehr mittels eines Verstellmechanismus lageverstellbar ausgestaltet ist, wodurch die erste Endstellung und/oder die zweite Endstellung zumindest eines Kolbens verstellbar ist.
Im Unterschied zu den herkömmlichen Hubkolbenmotoren ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Schwenkkolbenmaschine nicht das Problem, Zündkerzen bzw. Glühkerzen oder Ein- und Auslassventile zugunsten der Variabilität des Hubraumes an anderen Stellen der Schwenkkolbenmaschine anbringen zu müssen, da die Steuerkurve auch bei der bekannten Schwenkkolbenmaschine bereits an räumlich anderer Position als diese zuvor genannten Komponenten angeordnet ist, das heißt eine Verstellbarkeit der Steuerkurve kollidiert nicht mit diesen Komponenten.
Durch die Erfindung wird nunmehr eine gegenüber der bekannten Schwenkkolbenmaschine konstruktiv nur wenig aufwändigere Schwenkkolbenmaschine bereitgestellt, die aber gegenüber der bekannten Schwenkkolbenmaschine den erheblichen Vorteil besitzt, dass ihr Hubraum variabel ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist mittels des Verstellmechanismus die zumindest eine der ersten Endstellung und der zweiten Endstellung kontinuierlich verstellbar.
Hierbei ist von Vorteil, dass der Hubraum kontinuierlich variabel ist, wodurch eine stufenlose Veränderung des Hubraums der Schwenkkolbenmaschine ermöglicht wird. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind mittels des Verstellmechanismus die erste und zweite Endstellung des ersten und des zumindest zweiten Kolbens verstellbar.
Hierbei ist von Vorteil, dass sowohl die sogenannte Obere- Totpunkt-Stellung (OT-Stellung) als auch die Untere-Totpunkt- Stellung (UT-Stellung) variabel sind. In der OT-Stellung ist das Arbeitskammervolumen minimal (Zündung), und in der UT- Stellung maximal (Ende Ausstoßen/Anfang Ansaugen). Wenn nun die UT-Stellung im Sinne der Verkleinerung des Arbeitshubs bzw. Hubraums verstellt wird, ist es vorteilhaft, auch die OT- Stellung dahingehend zu verstellen, dass bei verkleinertem Arbeitskammervolumen (Hubraum) noch eine möglichst hohe Kompression in der OT-Stellung erreicht wird, was durch die vorstehend genannte Ausgestaltung erreicht wird, indem sowohl die OT-Stellung als auch die UT-Stellung verstellbar sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind zwei Abschnitte der Steuerkurve gegensinnig zueinander um eine gehäusefeste Schwenkachse verschwenkbar an dem Gehäuse gelagert.
In dieser Ausgestaltung wird der Hubraum bzw. das maximale Arbeitskammervoiumen dadurch verstellt, dass die Steuerkurve, die aus den zwei Abschnitten symmetrisch zu der gehäusefesten Schwenkachse gebildet ist, aus einer ersten Position in eine zweite Position verschwenkt wird. Ein solcher Verstellmechanismus, bei dem die Steuerkurve um eine Schwenkachse verschwenkbar ist, hat den Vorteil einer konstruktiv einfachen Bauweise, um einen variablen Hubraum zu schaffen. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind in dem Gehäuse ein dritter und ein vierter Kolben angeordnet, die mit dem ersten und dem zweiten Kolben im Gehäuse gemeinsam um die Drehachse umlaufen können und dabei zueinander gegensinnige Schwenkbewegungen zwischen einer dritten Endstellung und einer vierten Endstellung ausführen, und dass zumindest eine der dritten und der vierten Endstellung mittels des Verstellmechanismus verstellbar ist.
In dieser Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße Schwenkkolbenmaschine wie die bekannte Schwenkkolbenmaschine insgesamt vier Kolben und entsprechend zwei Arbeitskammern auf, wobei das maximale Arbeitskämmervolumen beider Arbeitskammern und somit der Gesamthubraum der Schwenkkolbenmaschine variabel ist.
Auch bezüglich des dritten und vierten Kolbens ist es bevorzugt, wenn die zumindest eine der dritten Endstellung und der vierten Endstellung mittels des Verstellmechanismus kontinuierlich verstellbar ist.
Ebenso ist es bevorzugt, wenn die dritte und vierte Endstellung des dritten und des vierten Kolbens verstellbar sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung liegt der dritte Kolben dem ersten Kolben bezüglich der kolbenfesten Schwenkachse diametral gegenüber, und ist die dritte Endstellung synchron und gleichsinnig zur ersten Endstellung verstellbar.
In gleicher Weise ist es, wenn der vierte Kolben dem zweiten Kolben bezüglich der kolbenfesten Schwenkachse diametral gegen- überliegt, bevorzugt, wenn die vierte Endstellung synchron und gleichsinnig zur zweiten Endstellung verstellbar ist.
Beide vorstehend genannten Maßnahmen gewährleisten sowohl für sich als auch insbesondere in Kombination miteinander, dass die Verstellung der Endstellungen der Kolben und damit die Verstellung der maximalen Arbeitskammervolumina beider Arbeitskammern ohne erhöhten Steuerungsaufwand in gleicher Weise erfolgt.
Während es prinzipiell möglich wäre, dass die eine Steuerkurve die Schwenkbewegung aller vier Kolben steuert, indem diese entsprechend miteinander gekoppelt sind, ist es bevorzugt, wenn auch der dritte Kolben und/oder der vierte Kolben zumindest ein Lauforgan aufweist, das beim Umlauf des dritten und/oder vierten Kolbens entlang einer zweiten Steuerkurve geführt ist, um die Schwenkbewegungen des dritten und/oder vierten Kolbens zu erzeugen, wobei dann die zweite Steuerkurve mittels des Verstellmechanismus verstellbar ist, um die zumindest eine der dritten und vierten Endstellung des zumindest einen des dritten und vierten Kolbens zu verstellen.
Das Vorsehen zweier Steuerkurven für die vier Kolben hat den Vorteil einer höheren oder vollständigen Symmetrie der gesamten Schwenkkolbenmaschine, was die Laufeigenschaften der Schwenkkolbenmaschine positiv beeinflusst. Entsprechend ist auch die zweite Steuerkurve lageverstellbar, wie es für die Steuerkurve für den ersten und zweiten Kolben ebenfalls der Fall ist.
Ebenso ist es bevorzugt, wenn zwei Abschnitte der zweiten Steuerkurve gegensinnig zueinander um eine gehäusefeste Schwenkachse verschwenkbar in dem Gehäuse gelagert sind. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist der Verstellmechanismus ein erstes Kurvenelement und ein zweites Kurvenelement auf, wobei das erste Kurvenelement und das zweite Kurvenelement scherenartig über Kreuz gegensinnig zueinander verschwenkbar angeordnet sind und die erste und die zweite Steuerkurve aufweisen.
Durch diese Maßnahme werden die beiden Steuerkurven für die vier Kolben durch zwei Kurvenelemente realisiert, die um die Schwenkachse scherenartig über Kreuz gegensinnig zueinander verschwenkbar angeordnet sind, wobei diese Verschwenkbarkeit der Verstellung der Endstellungen der Schwenkbewegungen der Kolben dient. Diese Bauweise ist konstruktiv vorteilhaft einfach und ermöglicht auch eine einfach zu realisierende Verstellung der Steuerkurven, wie hiernach noch beschrieben wird.
Dabei ist es bevorzugt, wenn ein erster Steuerkurvenabschnitt des ersten Kurvenelements mit einem zweiten Steuerkurvenabschnitt des zweiten Kurvenelements, die zusammen die eine der Steuerkurven bilden, relativ zu diesem beweglich verbunden ist.
Da die einzelnen Steuerkurven nicht punktsymmetrisch bezüglich der gehäusefesten Schwenkachse, sondern spiegelsymmetrisch bezüglich einer Ebene, in der die gehäusefeste Schwenkachse liegt, verlaufen, und somit zu beiden Seiten dieser Symmetrieebene angeordnet sind, ermöglicht die bewegliche Verbindung der beiden Steuerkurvenabschnitte die Realisierung einer einerseits zusammenhängenden Steuerkurve, wobei andererseits eine gegensinnige Verschwenkung des ersten Steuerkurvenabschnitts und des zweiten Steuerkurvenabschnitts um die gehäusefeste Schwenkachse der Verstellung der Endstellungen des ersten und des zweiten Kolbens im Sinne einer Hubraumverstellung bzw. Arbeitskammervo- lumenverstellung der ersten Arbeitskammer dient.
Entsprechend ist es bevorzugt, wenn ein dritter Steuerkurvenabschnitt des ersten Kurvenelements mit einem vierten Steuerkurvenabschnitt des zweiten Kurvenelements, die zusammen die andere der Steuerkurven bilden, relativ zu diesem beweglich verbunden ist.
Auch hier erlaubt die relative Beweglichkeit der beiden genannten Steuerkurvenabschnitte zueinander die gegensinnige Ver- schwenkung der beiden Steuerkurvenabschnitte zur Verstellung der Endstellungen des dritten und vierten Kolbens und gewährleistet gleichzeitig die Bildung einer zusammenhängenden zweiten Steuerkurve für den dritten und den vierten Kolben.
Die relativ zueinander bewegliche Verbindung des ersten Steuerkurvenabschnitts und des zweiten Steuerkurvenabschnitts bzw. des dritten Steuerkurvenabschnitts und des vierten Steuerkurvenabschnitts wird vorzugsweise durch eine kämmende Verbindung, beispielsweise eine Verzahnung, dieser Steuerkurvenabschnitte realisiert.
Durch Zusammenfahren der Verzahnung kann insbesondere die OT- Stellung des ersten und zweiten Kolben bzw. dritten und vierten Kolbens wie oben erläutert so verstellt werden, dass das minimale Arbeitskammervolumen in der OT-Stellung verringert wird, insbesondere wenn das maximale Arbeitskammervolumen (UT- Stellung) verkleinert wird. In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung weist der Verstellmechanismus zumindest einen Antrieb auf, der hydraulisch, pneumatisch und/oder elektrisch ist.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der zumindest eine Antrieb hydraulisch ist, und wenn an zumindest einer einer Gehäuseinnenwand des Gehäuses zugewandten Seite der Kurvenelemente eine mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbare volumenveränderliche Kammer angeordnet ist.
Das Vorsehen eines hydraulischen Antriebs hat den Vorteil, dass Hydraulikflüssigkeit im Wesentlichen inkompressibel ist und mit einem Hydraulikantrieb auch sehr hohe Kräfte aufgebracht werden können, um die Kurvenelemente und damit den Hubraum der Schwenkkolbenmaschine auch bei hohen Drehzahlen der Kolben um die Drehachse sicher verstellen zu können.
Dabei ist es weiter bevorzugt, wenn durch Erhöhen des Hydraulikdrucks in der Kammer der maximale Hub der Kolben verkleinert und durch Vermindern des Hydraulikdrucks der maximale Hub der Kolben vergrößert wird.
Hierbei ist von Vorteil, dass der Antrieb zum Verstellen der Kurvenelemente nur in einer Wirkrichtung aktiv ausgeführt sein muss, und zwar in Wirkrichtung der Verkleinerung des Hubraums, während in Wirkrichtung der Vergrößerung des Hubraums die über die auf den Kolben wirkende Fliehkraft auf die Kurvenelemente wirkende Kraft ausgenutzt wird, die die Kurvenelemente aufeinander zu verschwenken lässt, wenn der Hydraulikdruck entsprechend verringert wird. Auf diese Weise kann der Antrieb konstruktiv sehr einfach gehalten werden. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind das zumindest eine Lauforgan und die zumindest eine Steuerkurve magnetisch wirksam, derart, dass zwischen dem zumindest einen Lauforgan und der zumindest einen Steuerkurve eine magnetische Anziehungskraft wirkt.
Obwohl bereits aufgrund der Masse von Kolben und Lauforgan, die zusammen eine Funktionseinheit bilden, schon bei niedrigen Drehzahlen der Kolben um die Drehachse mit einer ausreichenden Fliehkraft zu rechnen ist, und ein stabiler Kontakt zwischen dem jeweiligen Lauforgan und der Steuerkurve gewährleistet ist, hat diese Maßnahme den Vorteil, dass dieser Kontakt zwischen Lauforgan und Steuerkurve noch weiter verbessert ist.
„Magnetisch wirksam" ist hierbei so zu verstehen, dass das Lauforgan und die Steuerkurve aus permanent-magnetischem Wirkstoff bestehen oder einen solchen aufweisen, oder Lauforgan und Steuerkurve oder zumindest eines dieser beiden ist aus einem magnetisierbaren Werkstoff ausgebildet oder weist einen solchen auf. Zumindest eines von beiden, das heißt Lauforgan oder Steuerkurve, sollten dabei permanent-magnetisch sein, wodurch vorteilhafterweise ein zusätzliches ein Magnetfeld erzeugendes Element, das heißt ein Magnetfeldgenerator, nicht erforderlich ist.
Ebenso ist es bevorzugt, wenn das zumindest eine Lauforgan und der zugehörige Kolben magnetisch wirksam sind, derart, dass zwischen dem zumindest einen Lauforgan und dem zugehörigen Kolben eine magnetische Anziehungskraft wirkt. Durch diese Maßnahme wird ein stabiler Kontakt zwischen dem Lauforgan und den zugehörigen Kolben bewirkt, wodurch beispielsweise auf eine formschlüssige Verbindung des Lauforgans mit den zugehörigen Kolben verzichtet werden kann.
Die magnetische Anziehungskraft zwischen dem Lauforgan und dem Kolben bzw. zwischen dem Lauforgan und der zugehörigen Steuerkurve gemäß der vorgenannten Ausgestaltung soll so sein, dass die freie Drehbarkeit des Lauforgans, das vorzugsweise als Kugel ausgebildet ist, nicht aufgehoben wird.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird mit Bezug auf diese hiernach näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Schwenkkolbenmaschine in einem Schnitt entlang einer Ebene parallel zur Drehachse und senkrecht zur Schwenkachse der Kolben, wobei die Schwenkkolbenmaschine in einem ersten Betriebszustand eines Verstellmechanismus zum Verstellen der Steuerkurven für die Kolben dargestellt ist; Figur 2 die gleiche Darstellung wie in Figur 1, jedoch in einer zweiten Betriebsstellung des Verstellmechanismus zum Verstellen der Steuerkurven für die Kolben;
Figur 3 die Schwenkkolbenmaschine in gleicher Darstellung wie in Figur 1, jedoch ohne Kolben und ohne Kolbenkäfig;
Figur 4a) und b) zwei Kurvenelemente in perspektivischer Darstellung in Alleinstellung;
Figur 5 die Kurvenelemente in Figur 4 in einer Schnittdarstellung und in zusammengesetzter Anordnung;
Figur 6 eine Darstellung der Schwenkkolbenmaschine in Figur 1 in einer um etwa 45° um die Drehachse gedrehten Darstellung des Gehäuses, und wobei die Kolben aus ihrer UT-Stellung in Figur 1 um etwa den halben Hub in Richtung ihrer OT-Stellung verschwenkt sind;
Figur 7 die Schwenkkolbenmaschine in Figur 1 in einer gegenüber Figur 1 um 90° gedrehten Darstellung des Gehäuses, wobei die Kolben nunmehr in ihre OT-Stellung verschwenkt sind; und
Figur 8 eine weitere Darstellung der Schwenkkolbenmaschine in Figur 1, mit Kolbenkäfig, jedoch ohne Kolben.
In Figuren 1 bis 3 sowie Figuren 6 bis 8 ist eine mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 versehene Schwenkkolbenmaschine in verschiedenen Darstellungen gezeigt. Weitere Einzelheiten der Schwenkkolbenmaschine 10 sind in Figuren 4 und 5 dargestellt.
Die Schwenkkolbenmaschine 10 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Brennkraftmaschine ausgelegt.
Die Schwenkkolbenmaschine 10 weist ein Gehäuse 12 auf, das aus zwei Gehäusehälften 14 und 16 zusammengesetzt ist. Die Gehäusehälften 14 und 16 weisen jeweils einen Flansch auf, wobei in der Zeichnung nur der Flansch 18 der Gehäusehälfte 14 dargestellt ist. In den Flanschen ist eine Mehrzahl von Bohrungen 20a bis 20h zum Durchführen von Schrauben vorgesehen, um die beiden Gehäusehälften 14 und 16 über die Flansche miteinander zu verschrauben.
Das Gehäuseinnere ist insgesamt kugelförmig bzw. kugelsymmetrisch aufgebaut, wobei der Kugelmittelpunkt in Figur 1 mit dem Bezugszeichen 22 dargestellt ist.
Im Innern des Gehäuses 12 sind vier Kolben 24, 26, 28 und 30 angeordnet. Die Kolben 24 bis 30 können in dem Gehäuse 12 gemeinsam um eine gehäusefeste Drehachse 32 gemäß einem Pfeil 34 umlaufen. Bei dieser Umlaufbewegung führen die Kolben 24 bis 30 eine der Umlaufbewegung um die Drehachse 32 überlagerte Schwenkbewegung um eine kolbenfeste Schwenkachse 36 zwischen zwei Endstellungen aus, wobei die eine Endstellung in Figur 1 (sogenannte UT-Stellung) , und die andere Endstellung in Figur 7 (sogenannte OT-Stellung) dargestellt ist. In Figur 6 sind die Kolben 24 bis 30 in einer Zwischenstellung zwischen der UT- Stellung und der OT-Stellung dargestellt. Sowohl die Drehachse 32 als auch die Schwenkachse 36, die als geometrische Achsen zu verstehen sind, gehen durch den Gehäusemittelpunkt 22 des Gehäuses 12 hindurch. Die Schwenkachse 36 steht stets senkrecht auf der Drehachse 32, läuft um letztere jedoch entsprechend der Umlaufbewegung der Kolben 24 bis 30 ebenfalls um.
Von den Kolben 24 bis 30 stehen sich jeweils zwei Kolben bezüglich der Schwenkachse 36 diametral gegenüber, und zwar in jeder Schwenkstellung der Kolben 24 bis 30, wobei dies die Kolben 24 und 30 einerseits und die Kolben 26 und 28 andererseits sind.
Die Kolben 24 bis 30 sind in dem Gehäuse 12 einzeln gelagert, das heißt nicht paarweise miteinander starr verbunden, obwohl dies im Sinne der vorliegenden Erfindung ebenfalls in Betracht gezogen werden kann.
Der Kolben 24 weist eine Endfläche 38, der Kolben 26 eine Endfläche 40, der Kolben 28 eine Endfläche 42 und der Kolben 30 eine Endfläche 44 auf. Die einander zugewandten Endflächen 38 und 40 der Kolben 24 und 26 begrenzen eine Arbeitskammer 46 und die einander zugewandten Endflächen 42 und 44 der Kolben 28 und 30 begrenzen eine Arbeitskammer 48. Die Arbeitskämmern 46 und 48 dienen als Brennkammern für einen Carnot-Kreisprozess . Die Drehachse 32 geht durch beide Arbeitskammern 46 und 48 hindurch, und zwar in jeder Umlauf- und Schwenkstellung der Kolben 24 und 40. Die Arbeitskammern 46 und 48 sind insbesondere symmetrisch zur Drehachse 32 angeordnet, das heißt die Drehachse 32 geht durch die Arbeitskammern 46 und 48 stets mittig hindurch . Die kolbenrückseitigen Räume können als Vordruckkammern zur Vorkomprimierung von Frischluft dienen, wobei die vorkomprimierte Luft dann über geeignete Einlasse in die jeweilige Arbeitskammer 46 und 48 geleitet wird, wie dies in der WO 03/067033 Al beschrieben ist. Diesbezüglich wird zur Erläuterung der Funktionsweise der Vordruckkammern auf dieses Dokument verwiesen.
Da jeweils benachbarte der Kolben 24 bis 30 beim Umlaufen um die Drehachse 32 zueinander gegensinnige Schwenkbewegungen ausführen, vergrößern und verkleinern sich die Arbeitskammern 46 und 48 stets gleichsinnig zueinander.
Von dem in Figur 1 gezeigten Zustand maximalen Volumens der Arbeitskammern 46 und 48 ausgehend verschwenken die Kolben 24 und 26 bzw. 28 und 30 aufeinander zu, wie in Figur 6 dargestellt ist, wobei sich die Volumina der Arbeitskammern 46 und 48 dabei verringern, bis zu dem in Figur 7 dargestellten Zustand, in dem die Arbeitskammern 46 und 48 ihr minimales Volumen einnehmen.
Die Kolben 24 und 26 bleiben bei ihrer Umlauf- und Schwenkbewegung stets links von einer Linie A in Figur 1, und die Kolben 28 und 30 stets rechts von der Linie A.
Die Schwenkkolbenmaschine 10 weist weiterhin einen Steuermechanismus auf, um die Schwenkbewegungen der Kolben 24 bis 30 aus der Umlaufbewegung der Kolben 24 bis 30 um die Drehachse 32 abzuleiten. Dazu weist jeder Kolben 24 bis 30 ein Lauforgan auf, und zwar weist der Kolben 24 ein Lauforgan 50, der Kolben 26 ein Lauforgan 52, der Kolben 28 ein Lauforgan 54 und der Kolben 30 ein Lauforgan 56 auf. Die Lauforgane 50 bis 56 sind Kugeln, die jeweils in einer auf der der jeweiligen Endfläche 38 bis 44 abgewandten Rückseite jedes Kolbens 24 bis 30 ausgebildeten Kugelpfanne gelagert sind.
Die Lauforgane 50 bis 56 in Form der Kugeln sind in den Kugelpfannen frei drehbar gelagert und können in den Kugelpfannen durch Adhäsion mittels eines Schmierfilms gehalten sein, oder die Lauforgane 50 bis 56 können formschlüssig in den Kugelpfannen gehalten sein, wozu sich dann die Kugelpfannen über den Durchmesser der Kugeln 50 bis 56 hinaus erstrecken. Wie bereits erwähnt, sind die Kugeln 50 bis 56 jedoch in jedem Fall um ihren Kugelmittelpunkt in allen Richtungen frei drehbar.
Die Lauforgane 50 bis 56 sind nicht auf die Ausgestaltung als Kugeln beschränkt und können insbesondere als Laufrollen ausgebildet sein, die um eine Achse drehbar an den jeweiligen zugeordneten Kolbenrückseiten gelagert sind.
Den Lauforganen 50 bis 56 sind, wie am besten in Figur 3 zu sehen ist, insgesamt zwei Steuerkurven 58 und 60 zugeordnet, in denen die Lauforgane 50 bis 56 geführt laufen. In Figur 3 sind die Lauforgane 50 bis 56 sowie die Kolben 24 bis 30 zum leichteren Verständnis nicht dargestellt, so dass die Steuerkurven 58 und 60 freiliegend zu sehen sind. Es versteht sich, dass in Figur 3 nur jeweils eine Hälfte der Steuerkurven 58 und 60 entsprechend der Schnittdarstellung zu sehen ist. Die Steuerkurven 58 und 60 erstrecken sich vielmehr über einen Vollumfang von 360° in dem Gehäuse. Die Lauforgane 50 und 52 laufen beim Umlaufen der Kolben 24 und 26 um die Drehachse 32 in der Steuerkurve 58, und die Laufor- gane 54 und 56 der Kolben 28 und 30 entlang der Steuerkurve 60.
Die Konturierung der Steuerkurven 58 und 60 ist so gewählt, dass beim Entlanglaufen der Lauforgane 50 bis 56 entlang der Steuerkurven 58 und 60 bei der Umlaufbewegung der Kolben 24 bis 30 um die Drehachse 32 die Schwenkbewegungen der Kolben 24 bis 30 um die Schwenkachse 36 abgeleitet werden.
Entsprechend dieser Funktion sind Abschnitte 62 und 64 der Steuerkurve 58 und Abschnitte 66 und 68 der Steuerkurve 60 der Linie A in Figur 3 und damit einer senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden, die Schwenkachse 36 enthaltenden Ebene am nächsten, und bestimmen die UT-Stellung der Kolben 24 bis 30. Demgegenüber sind Abschnitte 70 und 72 (und entsprechend über einen Vollumfang der Steuerkurven 58 und 60 über 30° gesehen korrespondierende in der Schnittdarstellung nicht zu sehende Abschnitte der Steuerkurven 58, 60) von der Linie A und damit von der zuvor genannten Ebene am weitesten beabstandet und bestimmen die OT-Stellung der Kolben 24 bis 30.
Die Lage der Abschnitte 62 und 64 bestimmen somit eine erste Endstellung der Kolben 24 und 26, die in Figur 1 dargestellt ist, und die Lage des Abschnitts 70 bestimmt die zweite Endstellung der Kolben 24 und 26, die in Figur 7 dargestellt ist.
Entsprechend bestimmt die Lage der Abschnitte 66 und 68 die dritte Endstellung der Kolben 28 und 30, die der ersten Endstellung der Kolben 24 und 26 entspricht, und die in Figur 1 dargestellt ist, und die Lage des Abschnitts 72 bestimmt die vierte Endstellung der Kolben 28 und 30, die der zweiten Endstellung der Kolben 24 und 26 entspricht, und die in Figur 7 dargestellt ist.
Wie hiernach näher beschrieben wird, sind die Steuerkurven 50 und 60 mittels eines Verstellmechanismus 74 lageverstellbar, um so die zuvor genannten ersten, zweiten, dritten und vierten Endstellungen der Kolben, das heißt deren OT-Stellung und deren UT-Stellung zu verstellen, und damit die maximalen Volumina der Arbeitskammern 46 und 48 und damit den Hubraum der Schwenkkolbenmaschine 10 zu verstellen.
Gemäß Figuren 4 und 5 weist der Verstellmechanismus zwei Kurvenelemente 76 und 78 auf, an denen die Steuerkurven 58 und 60 ausgebildet sind. Die Kurvenelemente 76 und 78 sind bezüglich einer gehäusefesten Schwenkachse 79 scherenartig über Kreuz angeordnet, wie auch aus Figur 3 hervorgeht. Das Kurvenelement 76 weist einen ersten Steuerkurvenabschnitt 80 und einen zweiten Steuerkurvenabschnitt 82 und das Kurvenelement 78 weist einen ersten Steuerkurvenabschnitt 84 und einen zweiten Steuerkurvenabschnitt 86 auf. Die Steuerkurvenabschnitte 80 und 86 bilden zusammen die Steuerkurve 58 und die Steuerkurvenabschnitte 84 und 82 zusammen die Steuerkurve 60. Die Kurvenelemente 76 und 78 laufen nicht um die Drehachse 32 herum, das heißt die Schwenkachse 79 ist im Unterschied zur Schwenkachse 36 gehäusefest. In jeweils zwei Kolbenstellungen um die Drehachse 32 fallen die Schwenkachsen 36 und 79 zusammen, von denen eine in Figur 1 dargestellt ist.
Die Kurvenelemente 76 und 78 sind in dem Gehäuse 12 der Schwenkkolbenmaschine 10 um die Schwenkachse 79 gegensinnig verschwenkbar gelagert, wie mit einem Doppelpfeil 88 und einem Doppelpfeil 90 angedeutet ist.
Durch Auseinanderverschwenken der Kurvenelemente 76 und 78 um die Schwenkachse 79 entfernen sich die Abschnitte 62 bis 68 der Steuerkurven 58 und 60 von der oben genannten, die von der Linie A und somit von der Schwenkachse 79, und durch Aufeinan- derzuverschwenken der Kurvenelemente 76 und 78 nähern sie sich umgekehrt der Linie A und damit dieser Ebene an. Durch Auseinanderverschwenken der Kurvenelemente 76 und 78 wird somit die UT-Stellung der Kolben 24 bis 30 von deren Schwenkachse 36 weg verstellt, wodurch das maximale Volumen der Arbeitskammern 46 und 48 verkleinert wird, wie in Figur 2 dargestellt ist, und durch Aufeinanderzuverschwenken der Kurvenelemente 76 und 78 wird das maximale Volumen der Arbeitskammern 46 und 48 entsprechend vergrößert.
Um die relative Schwenkbewegung der Kurvenelemente 76 und 78 zu ermöglichen, sind die Steuerkurvenabschnitte 80 und 86 bzw. 84 und 82 relativ beweglich verbunden, und zwar mittels kämmenden Verbindungen 92 und 94 in den Abschnitten 70 und 72 der Steuerkurven 58 und 60.
Die kämmende Verbindung ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch realisiert, dass der Steuerkurvenabschnitt 84 einen Fortsatz 96 aufweist, der in eine Ausnehmung oder Aussparung 98 im Steuerkurvenabschnitt 82 eingreift und darin in Richtung des Fortsatzes 96 beweglich ist. Die Verbindung 92 ist entsprechend ausgebildet, wobei in Figur 4b) ein Fortsatz 100 zu sehen ist, der zur Verbindung 92 gehört. In Figur 4a) und b) ist auch zu erkennen, dass sich die Steuerkurve 60 und ebenso die Steuerkurve 58, diese ist allerdings in Figur 4 nicht zu sehen, im zusammengesetzten Zustand der Kurvenelemente 58 und 60 über einen Vollumfang von 360° erstreckt.
Die Lauforgane 50 bis 56 laufen in den Steuerkurven 58 und 60, die entsprechend im Querschnitt teilkreisförmig ausgebildet sind, mit minimaler Reibung.
Die Ausgestaltung der Verbindungen 92 und 94 mit jeweils einem Fortsatz und einer Ausnehmung bzw. Aussparung kann auch anders ausgestaltet sein, beispielsweise können andere Arten einer Kämmung oder Verzahnung vorgesehen sein, so lange die relative Beweglichkeit zwischen den Steuerkurvenabschnitten 80 und 86 bzw. 84 und 82 und eine durchgehende Steuerkurve für die Lauforgane 50 bis 56 gegeben ist.
Beim Verschwenken der Kurvenelemente 58 und 60 um die Schwenkachse 79 führen die Fortsätze der Steuerkurvenabschnitte 86 und 84 in den Aussparungen in den Steuerkurvenabschnitten 80 und 82 eine entsprechende in Richtung der Fortsätze gerichtete Bewegung aus .
Diese Relativbeweglichkeit dient unter anderem auch dazu, die zweite bzw. vierte Endstellung der Kolben 24 bis 30 zu verstellen, das heißt deren OT-Stellung. Diese Verstellung der OT- Stellung erfolgt automatisch dann, wenn auch die UT-Stellung verändert wird, und zwar in dem Sinne, dass das minimale Volumen der Arbeitskammern 46 und 48 in der OT-Stellung der Kolben 24 bis 30 ebenfalls verringert wird, wenn die UT-Stellung bzw. das maximale Volumen der Arbeitskammern 46 und 48 verringert wird. Dadurch wird bei verringertem Hubraum der Schwenkkolbenmaschine 10 ein ausreichender Kompressionsdruck beim Zünden des in den Arbeitskammern 46 und 48 komprimierten Brennstoff-Luft- Gemisches erreicht.
Des Weiteren weist der Verstellmechanismus 74 einen Antrieb 102 zum Verstellen der Kurvenelemente 76 und 78 um die Schwenkachse 79 auf.
Der Antrieb 102 ist ein hydraulischer Antrieb. Dazu weisen die Kurvenelemente 76 und 78 an einer einer Gehäuseinnenwand 104 zugewandten Seite der Kurvenelemente 76 und 78 eine mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbare volumenveränderliche Kammer 106 und 108 auf.
In der Kammer 106 ist eine Ventilvorrichtung 110 und in der Kammer 108 eine Ventilvorrichtung 112 angeordnet, die dem Ein- lass und Auslass einer Hydraulikflüssigkeit in die Kammern 106, 108 bzw. aus den Kammern 106, 108 dient.
Durch Beaufschlagen der Kammern 106 und 108 werden die Kurvenelemente 58 und 60 um die Schwenkachse 36 auseinanderver- schwenkt, und beim Vermindern des Hydraulikdruckes in den Kammern 106 und 108 schwenken die Kurvenelemente 58 und 60 beim Umlaufen der Kolben 24 bis 30 unter Ausnutzung der auf diese wirkenden Fliehkräfte, die sich über die Steuerkurven 58 und 60 auf die Kurvenelemente 76, 78 übertragen, aufeinander zu. Auf diese Weise kann während des Laufs der Schwenkkolbenmaschine 10 der Antrieb 102 zum Verstellen des Hubraums (maximale Volumina der Arbeitskammern 46 und 48) betrieben werden. Dabei kann eine entsprechende nicht dargestellte Steuereinrichtung vorgesehen sein, die die Kurvenelemente 76 und 78 in Abhängigkeit von der Drehzahl der Kolben 24 bis 30 um die Drehachse 32 verstellt. Vorzugsweise wird mit zunehmender Drehzahl der Kolben 24 bis 30 der Hubraum der Schwenkkolbenmaschine 10 verkleinert, und umgekehrt.
Nachfolgend werden noch weitere Einzelheiten der Schwenkkolbenmaschine 10 beschrieben.
Die Kolben 24 bis 30 sind in dem Gehäuse 12 in einem um die Drehachse 32 gemeinsam mit den Kolben 24 bis 30 umlaufenden Kolbenkäfig 114 gelagert. In Figur 8 ist der Kolbenkäfig 114 ohne die Kolben 24 bis 30 dargestellt.
Der Kolbenkäfig 114 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel und bevorzugt ein einstückiges Bauteil, wobei anstelle einer einstückigen Bauweise jedoch auch eine mehrstückige Bauweise denkbar ist.
Der Kolbenkäfig 114 erstreckt sich entlang der Drehachse 32 über die gesamte Länge des Gehäuses 12, wobei Wellenfortsätze 116 und 118 des Kolbenkäfigs 114 aus dem Gehäuse 12 herausragen .
Der Kolbenkäfig 114 weist jeweils einen sich an die Wellenfortsätze 116 und 118 anschließenden Hauptlagerabschnitt 120 bzw. 122 auf, über die der Kolbenkäfig 114 in dem Gehäuse 12 drehbar um die Drehachse 32 gelagert ist. Die Lagerabschnitte 120 und 122 sind gehäusemittig über einen Mittelabschnitt 124 verbunden, der einen sich entlang der Schwenkachse 36 erstreckenden zapfenartigen Abschnitt 126 aufweist. An dem zapfenartigen Abschnitt 126 sind die Kolben 24 bis 30 zum Gehäusemittelpunkt 22 bzw. zur Schwenkachse 36 hin gelagert.
Wie in Fig. 8 dargestellt ist, weist der Kolbenkäfig 114 zwei Bohrungen 128 und 130 auf, in denen die Kolben 24 bis 30 gleitend gelagert sind. Genauer gesagt sind in der Bohrung 128 die Kolben 24 und 26 und in der Bohrung 130 die Kolben 28 und 30 gleitend gelagert. Die Bohrungen 128 und 130 sind im Querschnitt kreisförmig ausgebildet, und entsprechend sind die Endflächen 38 bis 44 der Kolben 24 bis 30 ebenfalls kreisförmig ausgebildet. Die Kolben 24 bis 30 sind in den Bohrungen 128 bzw. 130 mittels Kolbenringen zur Abdichtung der Arbeitskammern 46 und 48 gelagert, wie in Figur 1 dargestellt ist, in der beispielsweise für den Kolben 24 Dichtungen 132 und 134 dargestellt ist.
Die Bohrungen 128 und 130 begrenzen zusammen mit den Endflächen 38 bis 44 der Kolben 24 bis 30 die Arbeitskammern 46 und 48.
In den Bohrungen 128 und 130 des Kolbenkäfigs 114 sind die Kolben 24 bis 30 bezüglich der Drehachse 32 drehfest mit dem Kolbenkäfig 114 verbunden, so dass die Kolben 24 bis 30 gemeinsam mit dem Kolbenkäfig 114 um die Drehachse 32 umlaufen, während die Kolben 24 bis 30 entsprechend ihrer dabei ausgeführten Schwenkbewegungen um die Schwenkachse 36 in den Bohrungen 128 und 130 gleitend beweglich sind, um die einzelnen Arbeitstakte des Einlassens, Verdichtens, Expandierens und Ausstoßens auszuführen. Die Kolben 24 bis 30 sind im Wesentlichen bogenförmig ausgebildet, und auch die Arbeitskämmern 46 und 48 weisen etwa die Form eines gekrümmten oder gebogenen Zylinders auf, wobei die Krümmung konzentrisch zur Schwenkachse 36 ist.
Die Anordnung aus Kolbenkäfig 114, den Kolben 24 bis 30 nebst den Lauforganen 50 bis 56 bildet den "Innenmotor" der Schwenkkolbenmaschine 10, das heißt diese Anordnung umfasst alle beweglichen Teile der Schwenkkolbenmaschine 10.
Gemäß einem weiteren Aspekt sind die Lauforgane 50 bis 56 und die Steuerkurven 58, 60 magnetisch wirksam, so dass zwischen den Lauforganen 50 bis 56 und der jeweiligen zugehörigen Steuerkurve 58, 60 eine magnetische Anziehungskraft wirkt.
Vorzugsweise sind die Steuerkurven 58 und 60, genauer gesagt die Kurvenelemente 76 und 78 des Verstellmechanismus 74, aus einer „positiv"-magnetisierenden bzw. -magnetisierten hochfesten Metalllegierung und die kugelförmigen Lauforgane 50 bis 56 sind vorzugsweise aus einem „negativ"-magnetisierenden bzw. -magnetisierten Keramik- oder Kohlefaser-Verbundwerkstoff gefertigt.
Die Kolben 24 bis 30 sind vorzugsweise aus einer „positiv"- magnetisierenden bzw. -magnetisierten Aluminium- oder Magnesiumlegierung gefertigt. Auf diese Weise besteht auch zwischen den Lauforganen 50 bis 56 und den zugehörigen Kolben 24 bis 30 eine magnetische Anziehungskraft.
Ferner können zur Unterstützung der zuvor genannten Anziehungsfunktion zwischen den Lauforganen 50 bis 56 und den Steuer- kurven 58, 60 einerseits und den LaufOrganen 50 bis 56 und den Kolben 24 bis 30 andererseits der Kolbenkäfig 114 und ggf. auch das Gehäuse 12 aus „positiv"-magnetisierenden bzw. -magneti- sierten Werkstoffen gefertigt sein.
Die Polung der Magnetisierung bzw. magnetischen Wirkung hinsichtlich „positiv" und „negativ" kann selbstverständlich auch umgekehrt zu der zuvor beschriebenen Verteilung gewählt werden.
In den Lagerabschnitten 120 und 122 des Kolbenkäfigs 114 sind, wie beispielsweise in Figur 8 dargestellt ist, eine Mehrzahl an Kanälen 136 bzw. 138 vorhanden, die mit Kühl-/Schmiermittel- anschlüssen 140 bis 146 (vgl. Fig. 1) kommunizieren, um ein Kühl-/Schmiermittel in den Kolbenkäfig 114 zum Kühlen und Schmieren hindurchzuleiten. Dabei wird auch der Innenmotor in Nähe der Arbeitskammern 46 und 48 gekühlt. Auch in dem Mittelabschnitt 124 des Kolbenkäfigs 114 verläuft ein nicht dargestellter Kühl-/Schmiermittelkanal .
Die Schwenkkolbenmaschine 10 weist selbstverständlich auch Ein- und Auslassstutzen zum Einlassen von Brennstoff-Luft-Gemisch und zum Auslassen des verbrannten Gemisches auf, die hier nicht näher beschrieben werden. Diese Ein- und Auslassstutzen sind den jeweiligen Arbeitskammern 46 und 48 zugeordnet.
Des Weiteren ist jeder Arbeitskammer 46 und 48 eine Zünd- oder Glühkerze 148 und 150 zugeordnet, die auf der Drehachse 32 angeordnet sind und sich zusammen mit dem Kolbenkäfig 114 um die Drehachse 32 drehen. Nachfolgend wird die Funktionsweise der Schwenkkolbenmaschine 10 beschrieben.
In Figur 1 ist die Schwenkkolbenmaschine 10 in einer Betriebsstellung dargestellt, in der die Kolben 24 bis 30 in ihrer UT- Stellung sind. Dabei ist in Figur 1 eine Betriebsstellung der Schwenkkolbenmaschine 10 dargestellt, in der die Kurvenelemente 76 und 78 maximal aufeinanderzuverschwenkt sind. Dies bedeutet, dass der Hubraum der Schwenkkolbenmaschine 10, das heißt die maximalen Volumina der Arbeitskaπunern 46 und 48, maximal sind.
In Figur 2 ist demgegenüber ein Betriebszustand der Schwenkkolbenmaschine 10 dargestellt, bei der sich die Kolben 24 bis 30 zwar ebenfalls in ihrer UT-Stellung befinden, in der die Arbeitskammern 46 und 48 maximal geöffnet sind, jedoch sind in der dort dargestellten Betriebsstellung die Kurvenelemente 76 und 78 um etwa 20° auseinander verschwenkt, so dass die maximalen Volumina der Arbeitskammern 46 und 48 in der UT-Stellung der Kolben 24 bis 30 kleiner sind als in Figur 1, das heißt der Hubraum der Schwenkkolbenmaschine 10 ist in Figur 2 kleiner als in dem Betriebszustand in Figur 1.
Die in Figur 2 dargestellte Verschwenkstellung der Kurvenelemente 76 und 78 ist dabei auch die maximal mögliche Verschwenkstellung der Kurvenelemente 76 und 78, in der die Kurvenelemente 76 und 78 in der entsprechenden Aussparung in der Gehäuseinnenwand 104 stirnseitig anliegen.
Wieder ausgehend von Figur 1 zeigt Figur 6 einen Betriebszustand der Schwenkkolbenmaschine 10, in dem die Kolben 24 bis 30 etwa eine 45°-Drehung um die Drehachse 32 ausgeführt haben, wobei die Kolben 24 bis 30 sich etwa um die Hälfte aufeinander- zuverschwenkt haben, wobei diese Schwenkbewegung, wie oben erläutert, aus der Umlaufbewegung der Kolben 24 bis 30 um die Drehachse 32 durch die Führung der Lauforgane 50 und 56 an der entsprechend konturierten Steuerkurve 56 bzw. 58 abgeleitet wurde .
In Figur 7 sind die Kolben 24 bis 30 nochmals um 45° um die Drehachse 32 weiter umgelaufen, und die Kolben haben sich nun in die OT-Stellung verschwenkt.
Bei einer weiteren 45°-Drehung um die Drehachse 32 verschwenken die Kolben 24 bis 30 wieder auseinander, und zwar in eine zu Figur 6 vergleichbare Schwenkstellung, und um eine weitere 45°- Drehung verschwenken die Kolben 24 bis 30 wieder in ihre UT- Stellung, vergleichbar zu Figur 1, allerdings in einer bezüglich Figur 1 um 180° verdrehten Position, usw.
Über den Antrieb 102 können sowohl im Ruhezustand als auch während des Laufs der Schwenkkolbenmaschine 10 die Steuerkurven 58 und 60 um die Schwenkachse 79 verschwenkt werden, um den Hubraum der Schwenkkolbenmaschine 10 zu verstellen, wie oben bereits beschrieben wurde.
Die Verstellung des Hubraums der Schwenkkolbenmaschine 10 kann insbesondere drehzahlabhängig erfolgen, und zwar wird zu höheren Drehzahlen hin der Hubraum der Schwenkkolbenmaschine eher verkleinert, und zu niedrigeren Drehzahlen hin eher vergrößert, was durch entsprechendes Beaufschlagen der Kammern 106 und 108 mit Hydraulikflüssigkeit entsprechend gesteuert bzw. geregelt werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Schwenkkolbenmaschine, mit einem Gehäuse (12), in dem ein erster und zumindest ein zweiter Kolben (24, 26) angeordnet sind, die gemeinsam in dem Gehäuse (12) um eine gehäusefeste Drehachse (32) umlaufen können, und die beim Umlaufen um die Drehachse (32) um eine senkrecht zur Drehachse (32) und durch die Gehäusemitte verlaufende kolbenfeste Schwenkachse (36) zueinander gegensinnige hin- und hergehende Schwenkbewegungen zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung ausführen, wobei der erste und zumindest zweite Kolben (24 26) eine Arbeitskammer (48) definieren, wobei der erste Kolben (24) und/oder der zumindest zweite Kolben (26) zumindest ein Lauforgan (50, 52) aufweist, das beim Umlaufen des ersten und/oder zweiten Kolbens (24, 26) entlang zumindest einer Steuerkurve (58) geführt ist, um die Schwenkbewegungen des ersten und/oder zumindest zweiten Kolbens (24, 26) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkurve (58) mittels eines Verstellmechanismus (74) lageverstellbar ist, um zumindest eine der ersten und zweiten Endstellung zumindest eines des ersten und zweiten Kolbens (24, 26) zu verstellen.
2. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Verstellmechanismus (74) die zumindest eine der ersten Endstellung und der zweiten Endstellung kontinuierlich verstellbar ist.
3. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Verstellmechanismus (74) die erste und zweite Endstellung des ersten und des zumindest zweiten Kolbens (24, 26) verstellbar sind.
4. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Abschnitte (62, 64) der Steuerkurve gegensinnig zueinander um eine gehäusefeste Schwenkachse (79) verschwenkbar in dem Gehäuse (12) gelagert sind.
5. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (12) ein dritter und ein vierter Kolben (28, 30) angeordnet sind, die mit dem ersten und dem zweiten Kolben (24, 26) in dem Gehäuse (12) gemeinsam um die Drehachse (32) umlaufen können und dabei zueinander gegensinnige Schwenkbewegungen zwischen einer dritten Endstellung und einer vierten Endstellung ausführen, wobei der dritte und vierte Kolben eine zweite Arbeitskammer (48) definieren, und dass zumindest eine der dritten und der vierten Endstellung mittels des Verstellmechanismus (74) verstellbar ist.
6. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Verstellmechanismus (74) die zumindest eine der dritten Endstellung und der vierten Endstellung kontinuierlich verstellbar ist.
7. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Verstellmechanismus (74) die dritte und vierte Endstellung des dritten und des zumindest vierten Kolbens (28, 30) verstellbar sind.
8. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Kolben (30) dem ersten Kolben (24) bezüglich der kolbenfesten Schwenkachse (36) diametral gegenüberliegt und die dritte Endstellung synchron und gleichsinnig zur ersten Endstellung verstellbar ist.
9. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der vierte Kolben (28) dem zweiten Kolben (26) bezüglich der kolbenfesten Schwenkachse (36) diametral gegenüberliegt und die vierte Endstellung synchron und gleichsinnig zur zweiten Endstellung verstellbar ist.
10. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Kolben (30) und/oder der vierte Kolben (28) zumindest ein Lauforgan (54, 56) aufweist, das beim Umlaufen des dritten und/oder vierten Kolbens (28, 30) entlang einer zweiten Steuerkurve (60) geführt ist, um die Schwenkbewegungen des dritten und/oder vierten Kolbens (28, 30) zu erzeugen, und dass die zweite Steuerkurve (60) mittels des Verstellmechanismus (74) lageverstellbar ist, um die zumindest eine der dritten und vierten Endstellung des zumindest einen des dritten und vierten Kolbens (28, 30) zu verstellen.
11. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Abschnitte (66, 68) der zweiten Steuerkurve (60) gegensinnig zueinander um eine gehäusefeste Schwenkachse (79) verschwenkbar in dem Gehäuse (12) gelagert sind.
12. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellmechanismus (74) ein erstes Kurvenelement (76) und ein zweites Kurvenelement (78) aufweist, wobei das erste Kurvenelement (76) und das zweite Kurvenelement (78) scherenartig über Kreuz gegensinnig zueinander verschwenkbar angeordnet sind und die erste und die zweite Steuerkurve (58, 60) aufweisen.
13. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Steuerkurvenabschnitt (80) des ersten Kurvenelements (76) mit einem zweiten Steuerkurvenabschnitt (86) des zweiten Kurvenelements (78), die zusammen eine der Steuerkurven (58, 60) bilden, relativ zu diesem beweglich verbunden ist.
14. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter Steuerkurvenabschnitt (82) des ersten Kurvenelements (76) mit einem vierten Steuerkurvenabschnitt (84) des zweiten Kurvenelements (78), die zusammen die andere der Steuerkurven (58, 60) bilden, relativ zu diesem beweglich verbunden ist.
15. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Steuerkurvenabschnitt (80) mit dem zweiten Steuerkurvenabschnitt (86) und ggf. der dritte Steuerkurvenabschnitt (82) mit dem vierten Steuerkurvenabschnitt (84) kämmend verbunden ist.
16. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellmechanismus (74) zumindest einen Antrieb (102) aufweist, der hydraulisch, pneumatisch und/oder elektrisch ist.
17. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 12 bis 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Antrieb (102) hydraulisch ist, und dass an zumindest einer einer Gehäuseinnenwand (104) des Gehäuses (12) zugewandten Seite der Kurvenelemente (74, 78) eine mit Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbare volumenveränderliche Kammer (106, 108) angeordnet ist.
18. Schwenkkolbenmaschine nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass durch Erhöhen des Hydraulikdrucks in der Kammer (106, 108) der maximale Hub der Kolben (24 - 30) verkleinert wird und durch Vermindern des Hydraulikdrucks der maximale Hub der Kolben (34 - 30) vergrößert wird.
19. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Lauforgan (50, 52, 54, 56) und die zumindest eine Steuerkurve (58, 60) magnetisch wirksam sind, derart, dass zwischen dem zumindest einen Lauforgan (50, 52, 54, 56) und der zumindest einen Steuerkurve (58, 60) eine magnetische Anziehungskraft wirkt.
20. Schwenkkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Lauforgan (50, 52, 54, 56) und der zugehörige Kolben (24, 26, 28, 30) magnetisch wirksam sind, derart, dass zwischen dem zu- mindest einen Lauforgan (50, 52, 54, 56) und dem zugehörigen Kolben (24, 26, 28, 30) eine magnetische Anziehungskraft wirkt.
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