DE10000613B4

DE10000613B4 - Vorrichtung für die Zwangsstabilisierung des Kolbens

Info

Publication number: DE10000613B4
Application number: DE2000100613
Authority: DE
Inventors: Yakiv Cherkasky
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-01-10
Filing date: 2000-01-10
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2020-01-11
Also published as: DE10000613A1

Abstract

Vorrichtung für die Zwangsstabilisierung des Kolbens, vorgesehen für den Einsatz in Verbrennungsmotoren und anderen Kolbenmaschinen, wobei die Verbrennungsmotore zwei Paare von symmetrischen Hebeln aufweisen, welche die Möglichkeit symmetrischer Drehung zueinander haben und die den Kolben mit dem Zylinderblock mit Hilfe von Träger verbinden; die Träger enthalten Ösen für die Hebelbefestigung; die Drehachsen der Hebel auf den Ösen liegen vorzugsweise senkrecht zu der Ebene Pleuelpendels; die Ösen für die Plazierung der Hebel befinden sich oberhalb der Kurbelwellenachse, dadurch gekennzeichnet, dass die Träger (16) für den Kolben (4) für die Befestigung der Hebel (13, 14, 15) mit Hilfe von sich im Motor befindlichen Befestigungsteilen (17), welche zur Befestigung eines Deckels (11) der Lager (9) der Kurbelwelle (8) dienen, als Bügel hergestellt werden.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet des Maschinenbaus, die Kolbenverbrennungsmotoren insbesondere und kann in verschiedenen Motoren eingesetzt werden, unabhängig von der Zielsetzung, der Kraftstoffart, der Taktanzahl, des Durchmessers und der Zylinderplazierung. Die Anwendung ist sowohl für die Motoren in der Entwicklungsphase als auch für die sich im Betrieb befindenden Motoren möglich sowie auch für die Kompressoren und andere Kolbenmaschinen. Im weiteren Verlauf werden Motoren betrachtet.

Die Erfindung schlägt eine vereinfachte Lösung des Problems der traditionellen Motoren vor. In diesen Motoren sind die Zylinder vorhanden, in denen es die bewegenden Kolben mit den Kolbenringen gibt. Die Kolben sind mit den Pleueln durch die Kolbenbolzen verbunden, und die die Pleuel sind mit der Kurbelwelle verbunden. Die Beispiele sind auch im Buch [1] von Prof. Dr.-Ing. Alfred Urlaub: Verbrennungsmotoren. Grundlagen, Verfahrenstheorie, Konstruktion. Springer-Verlag S. 128–165; [2] C.C. Pounder: Marine Diesel Engines. Newnes-Bufferworths. London-Boston, 1972, S. 251, 253; [3] Johannes Feihl: Die Diesellokomotive. Transpress-Verlag 1. Auflage, 1997, Bild 4/3, 4/4.

In den traditionellen Verbrennungsmotoren haben die Kolben in den Zylindern die Möglichkeit der Pendelung um den Kolbenbolzen in den Grenzen des Bau- und Wärmespiels und der balligen Form ([4] Urlaub A. Verbrennungsmotoren Band 3, Konstruktion, Springer Verlag Berlin 1989 S. 84, [5] Entwicklungstendenzen auf dem Gebiet der Ottomotoren (19 Mitautoren) Expertverlag 1993 S. 128, 132). Das geschieht unter der Wirkung des Kippmomentes der Reibungskraft im Kontakt mit den Zylindern. Ohne das obenerwähnte Spiel und die ballige Form des Kolbens ist seine Bewegung im Zylinder im Laufe der Motorarbeit unmöglich. Deswegen ist diese Pendelung immer da, unabhängig von der Präzision der Bearbeitung der gekoppelten Oberflächen des Kolbens und des Zylinders.

In den bestehenden Motoren beträgt die Drehung des Kolbens im Verlauf dieser Schwingung ungefähr 12–18 ohne Beachtung der Einreibung und des Verschleißes der Ringe. Als Folge davon entsteht an der Kopplung der kontaktierenden Oberflächen der Kolbenringe und des Zylinders ein sehr schmaler Spalt.

Das Bestehen dieses Spaltes führt trotz seiner geringen Breite zum Gasausströmen beim Arbeitshub und bei anderen Takten der Motorarbeit (Einsaugen, Kompression, Auspuff) ([6] Chatschijan A. Verbrennungmotoren, Verlag Hochschule Moskau 1984. S. 35). Folglich kommt es zu ungleichen Verdichtungen der Verbrennungskammer sowie des gesamten Umfangs des Zylinders von oben und von unten. Von oben: Das Gaswechselsteuerventil, das eng an den Ventilsitzen geschliffen ist, gewährleistet die hundertprozentige Dichte; von unten: Die Kolbenringe am Kolben, der die Möglichkeit der Schwingung um den Kolbenbolzen hat, sind durch den beidseitigen Kontakt mit der Zylinderlauffläche eingeschränkt. Es ist offensichtlich, daß diese Tatsache immer eine Rolle spielt und im Endeffekt dazu führt, daß der Wirkungsgrad abnimmt.

Am Anfang der Inbetriebnahme des Motors wächst der Winkel der Kolbenschwingung wegen der Einreibung der sieh reibenden Teile. Folglich wächst auch der Spalt an der Kopplung der Ringe mit dem Zylinder und er setzt sein Wachstum infolge des natürlichen Verschleißes des Kolbens, Zylinders und der Kolbenringe fort. Dabei nimmt auch die Menge der Gase, die in das Kurbelgehäuse eindringen, zu.

Diese Gase, im Gegensatz zu den Auspuffgasen, dringen in das Kurbelgehäuse des Motors ein und verringern somit seine Effektivität. Diese Gase enthalten die nicht verbrannten Komponente, darunter auch CO. Außerdem werden die im Kurbelgehäuse entstehenden Gase, im Gegensatz zu den Auspuffgasen, vom Katalysator nicht unschädlich gemacht, sie gelangen durch das Ventilationssystem des Motors in die Umwelt und verschmutzen sie damit.

Um die Pendelbewegung des Kolbens einzuschränken, werden alle Kolben in den modernen Motoren mit einem verlängerten Kolbenschaft in der Zone der Seitenkraftwirkung, also in der Ebene des Pendelns der Pleuelstange versehen ([4] S. 83 Bild 3.4a), ([7] Böge A.: Das Technickerhandbuch, Wiesbaden 1995 S. 1117), ([3] S. 51 Bild 4/12), oder man verlängert den ganzen Kolben ([2], S. 158, 6.28). Die Folge dieser Verlängerung ist die überschüssige Kolbenmasse.

Die effektive Leistung der Verbrennungsmotoren wird nach der folgenden Formel berechnet:

Hieren bedeuten:

P_e – effektive Leistung n – Drehzahl
P_e – effektiver Druck V_hg – Gesamthubraum
i – Kurbelwellenumdrehung pro Arbeitsspiel (Zweitakter: i = 1; Viertakter: i = 2) (81] S. 49).

Aus dieser Formel geht hervor, daß die Entwickler der Verbrennungsmotoren immer versucht haben, den effektiven Druck und auch die Drehzahl der Kurbelwelle zu erhöhen.

Allerdings wird die Erhöhung der Drehzahl durch das Zunehmen der Massenkräfte der Kolben und anderer Bestandteile eingeschränkt, was zu größeren Verlusten führen kann, beispielsweise in Vierzylinder-, Viertakt-, PKW- und Ottomotoren (VW) d = 81 mm, S = 86,4 mm, P₁ = 102 KW, n = 6100^l/min. ([1] S.140, 141)

Die maximale Kolbenbeschleunigung in dem Moment, als er den oberen Totpunkt verläßt, beträgt 22740,4 ^m/s² , errechnet nach der Formel ([6], S. 211).

Bei solchen riesigen Beschleunigungen kann sogar eine winzige Masse, die in Gramm gemessen wird, sehr große Massenkräfte auslösen, die in Hunderten von Newton gemessen werden, da es nach der allgemein bekannten Formel F = m·j (m – Masse, j – Beschleunigung) errechnet wird. Dabei werden die Massenkräfte aller Kolben durch die Energie der Kraftstoffverbrennung in nur einem Zylinder überwältigt, wo momentan der Arbeitshub durchgeführt wird.

Ein Teil der Energie, die bei der Kraftstoffverbrennung in einem Zylinder ausgesondert worden ist, wird für die Überwindung der Massenkräfte der Kolben und anderen Einzelteile auch in den übrigen Zylindern verbraucht.

Die Folge ist die Verminderung des effektiven Drucks und infolgedessen die Erhöhung des spezifischen Kraftstoffverbrauchs sowie die Verschlechterung der anderen sowohl wirtschaftlichen als auch ökologischen Merkmale durch die überflüssige Menge der abgeleiteten Gase.

Die überflüssige Kolbenlänge vergrößert die Höhe des Zylinderblocks, die Länge der Pleuelstange und ihre Masse. Deshalb werden die Massenkräfte noch größer, was auch zur Vergrößerung der Reibungskräfte in den beweglichen Verbindungen des Kurbelgetriebes führt. Als Ergebnis wird der effektive Druck verringert.

In manchen Verbrennungsmotoren, beispielsweise für die Rennautos, ist die Drehzahl der Kurbelwelle und somit auch die Beschleunigung der Kolben wie auch anderer Bestandteile um ein Vielfaches höher, was die Erhöhung der Leistungsverluste verursacht.

Die überflüssige Masse des Kolbens, des Zylinderblocks und anderer Einzelteile vergrößert auch den Materialverbrauch und den Arbeitsaufwand bei der Motorherstellung.

Die überflüssige Materialmenge im Herstellungsvorgang führt zur Vergrößerung der schädlichen Abfallstoffe und beeinträchtigt die Umwelt. Das Einbauspiel führt auch zum Kolbengeräusch. ([5] S. 130, Bild S. 15)

Es gibt Verbrennungsmotoren als Schiffskraftwerken z.B., wo der Pleuel mit dem Kolben durch eine zusätzliche Stange, die durch eine Richtbuchse im unteren Teil des Zylinders läuft, verbunden ist. Diese Stange ist hart an den Kolben gefestigt. Das Gelenk, das die Stange mit dem Pleuel verbindet, stützt sich auf eine zusätzliche Seitenstrebe und bewegt sich sie entlang. ([2], S. 59). In dieser Konstruktion ist tatsächlich keine Schwingung des Kolben um den Kolbenbolzen vorhanden. Allerdings entsteht wegen einer zusätzlichen Stange die zusätzliche Massenkraft und so erhöht sich das Außenmaß des Motors in seiner Länge.

Im Buch „Entwicklungstendenzen auf dem Gebiet der Ottomotoren" werden für die Perspektive die Kolbenkonstruktionen mit dem verringerten Gewicht vorgeschlagen (5.131, Bild 5.16.) und die asymmetrische Kolbenbauarten (S. 133, Bild S. 18.). Allerdings wird in diesen Konstruktionen das Vermeiden des Kolbenkippens durch eine örtliche Vergrößerung des Kolbenschaftes auf der Achsenebene, die senkrecht zur Kolbenbolzenachse liegt, erreicht. Die Asymmetrie der Massenverteilung auf dieser Ebene erregt ein zusätzliches Moment des Kolbenkippens durch die Massenkraft.

Bekannt ist der Erfindungsvorschlag „Kolbenmotor mit reduzierter Kolbenmasse", Offenlegungsschrift DE 19754480 A1 . Da enthält der Zylinderblock die Kolben, die durch eine Pleuelstange mit der Kurbelwelle verbunden sind. In diesem Motor sind die in den benachbarten Zylindern vorhandenen und durch die Pleuelstangen mit den diametral befindenden Kurbeln verbundenen Kolben mit dem dünnen breiten biegsamen und elastischen Band verbunden.

Der Querschnitt des Bandes wird in Bogenform gemacht. Deshalb sind die Abschnitte zwischen den Kolben und der Richtleiste geradlinig. Diese Abschnitte liegen mit ihrer breiten Seite auf den zur Kolbenbolzenachse senkrecht liegenden Ebenen. Die Starrheit des Bandes auf seiner Breite und seine Zusammenwirkung mit der Richtleiste verhindern das Kolbenkippen. Dies ermöglicht die Kolbenschaftlänge zu vermindern; außerdem kann auf der Ebene der Triebstangeschwingung die Kolbemnasse und die Massenkräfte verringert werden.

Der Nachteil dieser technischen Lösung ist ihre beschränkte Anwendung, weil sie grundsätzlich nur in den 2- und 4-Zylindermotoren mit der kleinen Kolbenbohrung angewendet werden kann.

Bekannt ist „Kolbenmotor mit dem Mechanismus der Kolbenstabilisierung", gemäß der DE 19846 909 A1 . Diese technische Lösung umfaßt verschiedene Motoren, die unterschiedliche Funktionen, Treibstoffarten, Größen und Zylinderaufstellungen haben. Sie ist sowohl für die sich erst in der Entwicklungsphase befindlichen als auch für die bereits verwendbaren Motoren geeignet. Diese technische Lösung sieht auch verschieden Varianten des Mechanismus mit der Kolbenstabilisierung vor, entsprechen der Motorkonstruktion. Solche Motoren enthalten die Hebel, die die Kolben mit dem Zylinderblock durch die Leiste verbinden, die sich um die Achse dreht, die senkrecht auf der Schnitteben der Länge nach steht und die Zylinderachsen schneidet. Der Nachteil dieser technischen Lösung ist der räumliche Charakter des Mechanismus mit der Kolbenstabilisierung, was die Konstruktion erschwert.

Die Erfindung, die der vorliegenden von Technischen her am meisten entspricht, ist „Verbrennungsmotor mit stabilisierten und erleichterten Kolben" gemäß der DE 199 39230 A1 .

Dieser Motor wird mit zwei Paaren von symmetrischen Hebeln versehen, die einen Mechanismus bilden, der die Stabilisierung der Kolbenachse entsprechend der Zylinderachse ermöglicht. Diese Stabilisierung wird dadurch gesichert, daß die oberen Hebel miteinander durch die Zahnsegmente verbunden sind, und die unteren, gelenkig verbunden mit den oberen, werden mit Hilfe von Trägern an den Zylinderblock gebunden. Diese Träger werden getrennt voneinander auf dem Kurbelgehäuse des Zylinderblocks auf den extra vorbereiteten Oberflächen montiert.

Im Laufe der Motorarbeit bewegen sich die stabilisierenden Hebel paarweise, synchron und symmetrisch, was im gewissen Maße die Amplitude der Schwingungen des Kolbens in der Ebene des Pleuelpendelns verringert. Allerdings erfordert die Einführung der zusätzlichen Bestandteile für den Einsatz der stabilisierenden Hebel eine Weiterbearbeitung der Zylinderblockkonstruktion sowie die Lösung der technologischen Probleme im Zusammenhang mit der Veränderung der automatischen Linien und anderer Ausrüstung.

Darüber hinaus verursacht die getrennte Bearbeitung der Träger für die Montage und der entsprechenden Oberflächen im Zylinderblock die zusätzlichen Fehler, deren Verminderung die Komplizierung und die Verteuerung der Herstellungstechnologie erfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe der Erhöhung der ökonomischen und ökologischen Merkmale der Verbrennungsmotoren aufgrund der Verminderung der Amplitude der Kolbenschwingungen in der Ebene des Pleuelpendelns und der Steigerung der technologischen Möglichkeiten ihrer Verwirklichung zugrunde. Dies soll mit Hilfe der autonomen Vorrichtung für die Zwangsstabilisierung der Kolbenachse erreicht werden, die in den Verbrennungsmotoren sowie auch in den anderen Kolbenmaschinen eingesetzt wird.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Vorrichtung für die Zwangsstabilisierung des Kolbens, die für die Planierung im Motor vorgesehen ist und die den Kolben mit dem Zylinderblock verbindet, beispielsweise aus zwei Paaren von symmetrischen Hebeln besteht, die auf den Trägern aufgestellt werden und miteinander durch Zahnsegmente verbunden sind; der Träger wird in Form eines Bügels mit Ösen hergestellt und hat Oberflächen für die Planierung und Befestigung im Zylinderblock, die mit Hilfe der Schrauben durchgeführt werden, die für die Befestigung der Deckel der Lager der Kurbelwelle.

Die vorliegende Erfindung gewährleistet folgendes technisches Ergebnis:

– Die Möglichkeit der Montage der Vorrichtung ohne jegliche Veränderungen der Konstruktion und der Technologie der Herstellung des Zylinderblocks.
– Dabei wird der gesamte Fehler bei der Herstellung und der Montage der Vorrichtung verringert.
– Dadurch wird die Präzision der Stabilisierung des Kolbens, die Präzision und die Stabilität seiner Achse entsprechend der Zylinderachse erhöht und die Amplitude des Schwingungen des Kolbens in der Ebene des Pleuelpendelns vermindert. Außerdem wird die Dichte im Kontakt der Kolbenringe mit der Zylinderlauffläche erhöht und stabilisiert.
– Die Länge des Kolbenschaftes in der Ebene des Pleuelpendelns und somit auch seine Masse werden verringert.
– Die Ausführung der Vorrichtung in Form eines autonomen Hauptteils vereinfacht seine Anwendung in neuen Motoren und ermöglicht seine Montage in den bereits genutzten Motoren zusammen mit den neuen erleichterten Kolben.
– Das Gasausströmen und die Trägheit der Kolben werden verringert.
– Deswegen: Die Kompression steigt, die mechanischen Verluste nehmen ab, und folglich erhöhen sich auch der effektive Druck und der Wirkungsgrad, wobei der spezifische Kraftstoffverbrauch und die Menge der Auspuff und der im Kurbelgehäuse entstehenden Gase abnimmt.
– Die Lebensdauer des Motoröls wird aufgrund seiner Oxidation durch die im Kurbelgehäuse entstehenden Gase, deren Anzahl erheblich abnimmt, erhöht.
– Die Verminderung der Länge des Kolbens und seiner Masse macht es möglich, die Zylinderlänge zu verkürzen und folglich auch die Größe und die Masse des Zylinderblocks, des Pleuels, der Kurbelwelle, des Schwunggrades und anderer Bestandteile; Verminderung des Metallaufwandes des Motors und des Arbeitsaufwandes bei seiner Herstellung; Verringerung der spezifischen Masse des Motors, die auf eine Leistungseinheit fällt.
– Die Zwangsstabilisierung der Lage der Kolben und der Kolbenringe entsprechend der Zylinderlauffläche vermindert die Reibungskraft und den Verschleiß, die gegenseitige Einreibung der sich reibenden Oberflächen und auch die Lebensdauer des Motors werden erhöht.
– Im Gegensatz zu den traditionellen Motoren hängt die Amplitude der Schwingung des Kolbens um den Kolbenbolzen kaum von dem Verschleiß der Kolbenringe, der Kolben und der Zylinder ab, was die Erhöhung der Dauer der stabilen Arbeit der Verbrennungsmotoren gewährleistet.
– Die Verringerung des spezifischen Treibstoffverbrauchs und der spezifischen Masse des Motors vermindert den schädlichen Einfluß auf die Umwelt sowohl bei der Nutzung als auch bei der Herstellung der Motoren und der Ersatzteile, was die Umweltsituation verbessert.
– Die Verminderung des Drehwinkels des Kolbens um den Kolbenbolzen infolge der Zwangsstabilisierung seiner Achse ermöglicht die Verringerung der Krümmung der balligen Form des Kolbens und vergrößert den Krümmungsradius. Das sichert die Abnahme des Druckes im Kontakt zwischen dem Kolben und der Zylinderlauffläche unter der Wirkung der Seitenkraft, die Verbesserung des Wärmeregimes in diesem Kontakt, die Verminderung der Öltemperatur, die Verbesserung der Wärmeabfuhr, die Verminderung des Verschleißes und die Erhöhung der Motorlebensdauer.
– Die Verminderung der Masse der Kolben, der Pleuel, der Kurbelwelle, des Schwunggrades und auch anderer sich bewegenden Einzelteile erhöht das Beschleunigungsvermögen des Motors und dementsprechend auch das Beschleunigungsvermögen des von ihm in Bewegung gebrachten Objektes.

Das Wesentliche der Erfindung wird in einer Zeichnung verdeutlicht:
Die 1 stellt die Vorrichtung der Zwangsstabilisierung des Kolbens dar, die in den Motor montiert und die auf seinem Querschnitt gezeigt wird;
Die 2 zeigt den Schnitt A-A der 1.
Die 3 zeigt die Sicht 1 1, auf der die Variante der Kulissenverbindung zwischen den Hebeln für die Kolbenstabilisierung abgebildet ist.
Die 4 zeigt die Sicht 2 1, auf der die Variante der Befestigung des zusätzlichen Hebels dargestellt wird.
Die 5 zeigt die Sicht 3 1, auf der die Variante der Vorrichtung mit dem Beispiel des zusammengesetzten Bügels dargestellt wird.
Die 6 zeigt die Sicht 4 l, auf der die Variante der Konstruktion des Bügels der Vorrichtung dargestellt wird.
Die 7 zeigt die Vorrichtung der Zwangsstabilisierung des Kolbens, die in einem Verbrennungsmotor mit V-Form montiert wird.
Die 8 zeigt die Sicht 5 7 im Schnitt.
Die 9 zeigt die Variante mit der Steuerung der Plazierung der Vorrichtung.
Die Vorrichtung für die Zwangsstabilisierung des Kolbens wird in einen Verbrennungsmotor montiert, der außer dieser Vorrichtung noch folgende Bestandteile enthält: Den Zylinderblock (1) mit den Zylindern (B), den Zylinderkopf (2) und die Ölwanne (3). In den Zylindern (B) befinden sich die Kolben (4) mit den Kompressions- und Ölabscheideringen (5). Die Kolben sind mit Hilfe der Pleuel (6) und der Kolbenbolzen (7) mit den Kurbeln (8) der Kurbelwelle (9) verbunden. Die Kurbelwelle (9) läuft in Lagern (10) mit Bedeckung (11). Die Kurbelwelle (9) ist mit Gegengewichten versehen (12). Auf dem Kolben (4) befindet sich eine Leiste (C), deren Ebene senkrecht auf der Kolbenbolzenachse steht. Die Leiste (C) ist mit, beispielsweise, zwei Zapfen (D) versehen, auf denen sich ein Paar der drehbaren symmetrischen Hebel (13) und (14) befindet, die z.B. ein Ganzes mit den Zahnsegmenten (E) und (F) bilden, die im Zahneingriff sind. Die Hebel (13) und (14) sind gelenkig mit einem Paar der zusätzlichen Hebel (15) verbunden, die symmetrisch zu der Längsachse des Zylinders sind. Die Hebel (13), (14), (15) haben Löcher (G) für die Verringerung ihrer Masse Der Kolben (4) wird in Form eines Diskus mit Kolbenringen hergestellt und mit durchlöcherten Ösen für die Kolbenbolzenmontage versehen, dabei kann der Diskus mit lokalen Verlängerungen (H) hergestellt werden, die sich in der Ebene der Pleueldrehung befinden und z.B. bis zur Nähe der Querschnittebene des Kolbens reichen, die die Kolbenbolzenachse schneidet. Die Hebel (15) sind gelenkig mit dem Träger (16) verbunden. Der Träger (16) wird in Form eines Bügels mit Ösen für die Plazierung der Hebel (15) hergestellt und im Krater mit Hilfe von Schrauben (17) befestigt, mit denen auch die Deckel (11) der Lager (10) der Kurbelwelle (9) befestigt werden. Der Träger (16) wird mit Biegungen (M), (N) für das Durchkommen des Gegengewichtes (12) bei der Drehung hergestellt. Um die Montage der Vorrichtung in den Verbrennungsmotor zu erleichtern, kann der Träger (16) beispielsweise aus zwei Teilen (K) und (L) bestehen, die miteinander durch die Schrauben (18), wie es auf der 5 dargestellt wird.
Solche Konstruktion ermöglicht die Herstellung der Vorrichtung in Kombination mit erleichterten Kolben als einem autonomen Bauteil mit folgender Montage sowohl in den neuen als auch in den bereits genutzten Motoren.
Die Variante der Konstruktion des Trägers (16) wird auf der 6 dargestellt. Die Vorrichtung mit einem solchen Träger (16) ist in den V-förmigen, sternförmigen und anderen Verbrennungsmotoren einsetzbar. Ein Beispiel dafür zeigt die 7.
Bei Notwendigkeit ist es möglich, beispielsweise zwei Vorrichtungen auf einem Paar von Schrauben zu montieren, wie es die 8 zeigt. Die Vorrichtung kann mit der Möglichkeit der Regulierung seiner Lage im Raum, z.B. mit Hilfe von Nuten (P) auf dem Träger (16) oder auch von regulierbaren Einlagen (R), ausgestattet werden. Die Verbindung der Hebel (13), (14) und (15) mit den Trägern (16) ist mit Hilfe der Kulisse entsprechend der Möglichkeit, die auf der 3 dargestellt wird, ebenfalls möglich. Für die Kompensierung der Querbewegung des Kolbens wegen der Seitenkraftwirkung wird einer der Träger so hergestellt, wie es auf der 4 dargestellt ist, mit der Möglichkeit der horizontalen Bewegung des Gelenkes (19) mit der Leiste in der Nut des Trägers (16).
Der Motor funktioniert wie folgt:
Bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens (4) im Zylinder (B) bewegen sich die Hebel (13), (14) und die zwei Hebel (15) symmetrisch und synchron, was auf das Zusammenwirken der Zahnsegmente (E) und (F) zurückzuführen ist. Das gewährleistet eine Zwangsstabilisierung der vertikalen Lage der Kolbenachse (4) beim Drehen der Kurbelwelle. Außerdem ist es möglich, die symmetrischen Hebel (13) und (14) mit Hilfe der symmetrischen Kulissen (17) mit dem Kurbelgehäuse zu verbinden (Blick 1). Die elastische Deformation und die Spiele in den Gelenken und im Zahneingriff entstehen unter der Wirkung der Seitenkraft F_n und des Kippmomentes mit großem Überschuß werden durch das Montagewärmespiel und die ballige Form des Kolbens kompensiert. Dabei kann die Seitenkraft F_n teilweise oder auch vollständig durch diese Konstruktionsbestandteile wahrgenommen werden, wenn die elastische Deformation nicht größer ist als das Spiel zwischen dem Kolben (4) und dem Zylinder (B). Das vermindert die Verluste, die durch die Reibung verursacht werden, und erhöht die Größe des Kippmomentes des Kolbens. Die Zwangsstabilisierung der Kolbenachse verbessert die Arbeitsbedingungen der Kolbenringe bei ihrem Kontakt mit der Zylinderlauffläche. Dadurch wird die Kontaktdichte erhöht, das Gasauströmen, die Menge der im Kurbelgehäuse entstehenden Gase, der Verschleiß der Kolbenringe und der Zylinder werden hingegen vermindert.
Bei der Motorarbeit unterziehen sich die Hebel des Stabilisierungsmechanismus der Wirkung der Kräfte, die vom Reibungsmoment des Kolbens am Zylinder hervorgerufen werden. Diese Kraft wirkt auf der Schulter, die einem Halbdurchschnitt des Kolbens gleich ist. Die Größe der Reibungskraft ist gleich der normalen Seitenkraft Fn mal Reibungskoeffizient Kraft Fκ = Fn·tanχ ([1], S. 366, 367).
F_κ ist eine Kraft, die den Kolben beim Takt „Arbeitshub" bewegt. In den herkömmlichen Motoren ist tanχ ≈ 0,24...0,33. Bei der Kolbenarbeit im Kontakt zwischen dem Kolbenschaft und der Zylinderlaufbahn ist die Flüssigkeitsreibung vorhanden, bei der μ = 0,001...0.01. Die Reibungskraft der Kolbenringe beeinflußt das Kippenmoment des Kolbens nicht, denn diese Kraft wird gleichmäßig auf den Kreiskontakt verteilt. Bei μ = 0,01 macht die Reibungskraft, die das Kolbenkippen hervorruft, 0,3 × 0,01 0,003 aus, d. h., unter Berücksichtigung der eventuellen Abweichungen, nicht mehr als 0,5% von der Belästigung auf die Bauteile des Kurbelbetriebes. Dabei ist die Kraft Fn und folglich, das Kippenmoment des Kolben gleich 0 am Anfang des Takts „Arbeitshub" , wenn die Anstrengung auf den Kolben Fk maximal ist, den in diesem Moment tanχ = 0. Dies bedeutet, daß unter Berücksichtigung der relativ kleinen Belästigungen können die Hebel und Baugruppen des Stabilisierungsmechanismus mit kleinen Arbeitsgrößen und -Schnitten ausgefertigt werden. Deshalb ist ihre Masse weniger, als die Masse des gesparten Metalls sein.
Die Hebel und Baugruppen des Stabilisierungsmechanismus arbeiten unter Bedingungen des reichhaltigen Schmierens.
Ihre Schwerpunkte bewegen sich mit den Beschleunigungen, die weniger, als die Kolbenbeschleunigungen sind, weil sie kürzere Abschnitte durchgehen. Folglich sind die Massenkräfte, die bei ihrer Bewegung entstehen, kleiner, als die Massenkräfte des gesparten Metalls der Kolben und anderen teilen.
Ein besonders großer Effekt kann bei dieser technischen Lösung in den Motoren mit einem großen Durchschnitt der Zylinder und Kolben erreicht werden auf den Kosten der aus dem leichten Metall ausgefertigten Bauteile des Stabilisierungsmechanismus.
Die Temperatur der Umgebung, in der die Bauteile des Stabilisierungsmechanismus arbeiten, überschreitet 120–130° C nicht. Dies ermöglicht ihre Herstellung aus den thermodauerhaften polymerisierten Kunststoffen, was zur zusätzlichen Verminderung ihrer Masse fuhrt. Dies entspricht den Rechercheergebnissen und Empfehlungen, die im Buch «Entwicklungstendenzen auf dem Gebiet der Ottomotoren». S. 101, Bild 4.16 dargelegt werden.
Die vorgeschlagene technische Lösung ermöglicht es, den Mechanismus der Kolbenstabilisierung zu vereinfachen, den effektiven Druck im Motor und den Nutzeffekt zu erhöhen, den spezifischen Brennstoffverbrauch zu verringern, die wirtschaftlichen und ökologischen Merkmale zu verbessern.
Ihre Anwendung ist in allen Kolbenmotoren und Kompressoren möglich, unabhängig von der Zahl, Größe und Aufstellung der Zylinder. Die Anwendung ist sowohl in den entworfenen als auch im Betrieb laufenden Motoren – durch ihre Modernisierung – möglich, ohne Veränderungen von dem Zylinderblock, der Kurbelwelle und anderen Grundteilen.
Die Vorrichtung für die Zwangsstabilisierung des Kolbens, die einen Träger in Form eines Bügels enthält, der auf der Schraube der Befestigung der Deckel der Lager der Kurbelwelle festgemacht wird, und die in Kombination mit verkürzten und erleichterten Kolben als einem autonomen Bauteil hergestellt wird, macht es möglich, diese Vorrichtung, ohne jegliche Veränderungen des Zylinderblocks und der Technologie seiner Produktion, sowohl in den neuen als auch in den bereits genutzten Motoren verschiedener Zweckbestimmung, verschiedener Konstruktionen und Größen zu nutzen.

Claims

Vorrichtung für die Zwangsstabilisierung des Kolbens, vorgesehen für den Einsatz in Verbrennungsmotoren und anderen Kolbenmaschinen, wobei die Verbrennungsmotore zwei Paare von symmetrischen Hebeln aufweisen, welche die Möglichkeit symmetrischer Drehung zueinander haben und die den Kolben mit dem Zylinderblock mit Hilfe von Träger verbinden; die Träger enthalten Ösen für die Hebelbefestigung; die Drehachsen der Hebel auf den Ösen liegen vorzugsweise senkrecht zu der Ebene Pleuelpendels; die Ösen für die Plazierung der Hebel befinden sich oberhalb der Kurbelwellenachse, dadurch gekennzeichnet, dass die Träger (16) für den Kolben (4) für die Befestigung der Hebel (13, 14, 15) mit Hilfe von sich im Motor befindlichen Befestigungsteilen (17), welche zur Befestigung eines Deckels (11) der Lager (9) der Kurbelwelle (8) dienen, als Bügel hergestellt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger (16) mit Biegungen (M, N) für das Durchkommen der Gegengewichte (19) der Kurbelwelle (9) bei ihrer Drehung ausgeführt sind.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger (16) aus mehreren Teilen zusammengesetzt sind, beispielsweise aus zwei Teilen (K) und (L), die miteinander vorzugsweise durch Schrauben (18) verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger (16) eine asymmetrische Form haben und die Kurbelwelle (9) nur von einer Seite umgehen.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel (13, 14, 15) in einem Raum angeordnet sind, der von der Ebene der Stange des Pleuels, die am nächsten zu den Hebeln verläuft, und von dem Pleuelkopf und Pleuelfuß begrenzt wird.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung auf den Schrauben (17) mit der Möglichkeit der Regulierung ihrer Lage, vorzugsweise mithilfe von Nuten (P) oder regulierenden Einlagen (R) angeordnet ist.