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Die
Erfindung löst
ein Problem, das für
Verbrennungsmotoren typisch ist.
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In
den traditionellen Verbrennungsmotoren entsteht der höchste Druck,
wenn der Kolben sich im oberen Totpunkt befindet. Dabei befinden
sich die Pleuelstange und der Kurbel der Kurbelwelle auf einer geraden
Linie. Das bedeutet, daß in
dem Moment des Austritts des Kolbens aus diesem Totpunkt und in dem
Anfang des Arbeitshubs diese maximale Kraft von dem Gasverbrennen
nur auf den Kolben, den Kolbenbolzen, die Pleuelstange, die Lager
und andre Teile Kurbelwelle, den Zylinderblock, das Kopfstück des Zylinderblocks
und auf ihre Verbindungen ebenso Befestigungsteile einwirkt; in
derselben Zeit sübt diese
maximale Kraft kein Drehmoment auf die Ausgangswelle aus.
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Die
unvermeidlichen Folgen dieses Zustandes simd:
- – die Ungleichmäßigkeit
des Drehens der Kurbelwelle;
- – die
Verminderung des effektiven Drucks, des Wirkungsgrads und anderer
Kennziffern der Effektivität
des Motors;
- – die
Verkürzung
der Lebensdauer der Einlage, Zapfen der Kurbelwelle und anderer
Teile wie des ganzen Motors wegen der Stoßleistungen.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist die Erhöhung der Effektivität der Arbeit
der Verbrennungsmotoren infolge der Anwendung der Kraft, die bei
dem Aufgang aus der Totpunkten der Kolben in der Anfang des Arbeitshubs
entsteht.
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Die
gestellte Aufgabe wird, der Erfindung entsprechnd, dadurch gelöst, daß jede Pleuelstange des
Verbrennungsmotors wird dem zusätzlichen
Teil, der bei Drehung der Kurbelwelle im Uhrzeigersinn rechts vorzugsweise
am oberen Pleuelstangekopf versehen; dabei kann dieser Teil eine
willkürliche Form
haben; er kann sowohl mit Hilfe von einem – zum Beispiel einem Schraubenverbinden – befestigt als
auch wie ein Ganzes mit der Pleuelstange angefertigt werden. Bei
dem Austritt aus den Totpunkten hat der Kolben enorme Beschleunigungen – 1000...2200
g und mehr. Deshalb entstehen hohbedeutende Trägheitskraft von diesem zusätzlichen Teil.
Diese Trägheitskraft
schafft einen Drehmoment, der gegen den Uhrzeigersinn auf die Pleuelstange einwirkt,
und folglich wirkt der Pleuelfuß über der
Tangente zu der Kreizlinie mit Kurbelradius ein, daß den Drehmoment
mit der Richtung im Uhrzeigersinn auf der Kurbelwelle schafft. Bei
dem Austritt des Kolbens aus unteren Totpunkt entsteht auch ein
Drehmoment, der auch im Uhrzeigersinn auf die Kurbelwelle wirkt. Ebenso
entstehen die Drehmomente mit Richtung der Drehung der Kurbelwelle
bei dem Eintritt des Kolbens in die oberen und unteren Totpunkte.
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Die
vorliegende Erfindung gewährleistet
folgende technische Resultaten:
- – der zusätzliche
Teil an der rechten Seite vorzugsweise des oberen Pleuelstangekopfes
macht möglich
die Gleichmäßigkeit
der Drehung der Kurbelwelle zu erhöhen;
- – dies
macht es möglich
die Stoßleistungen
auf die Teile des Kurbeltriebs und des ganzen Motors zu vermindern
und folglich erhöht
sich ihre Lebensdauer;
- – die
Entstehung des Drehmomentes von der Trägheitskraft des zusätzlichen
Teiles auf der Kurbelwelle macht es möglich die Masse des Schwungrads
zu vermindern;
- – dies
zusammen mit dem zusätzlichen
Drehmoment in dem Anfang des Arbeitshubs macht es möglich das
Beschleunigungsvermögen
des Motors zu erhöhen;
- – die
Entstehung des zusätzlichen
Drehmomentes nur wegen Einsatz der Trägheitskraft in dem Moment des
Austritts des Kolbens aus dem Totpunkt und in dem Anfang des Arbeitshubs
erhöht den
effektiven Druck, den Wirkungsgrad, die effektive Leistung und andere
Kennziffern der Motorarbeit;
- – die
Erhöhung
des effektiven Drucks und des Wirkungsgrades machen es möglich den
spezifischen Kraftstoffverbrauch zu vermindern und folglich die ökologischen
Kennziffern zu erhöhen.
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Die
Erfindung ist an Hand dargestellter und beschriebener Ausführungsbeispiele
erläutert.
Es zeigen:
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1 den
Querschnitt des Verbrennungsmotors in der Lage 1, wenn der Kolben
aus dem oberen Totpunkt herauszugehen beginnt;
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2 den
Motor in Lage 2, wann der Kolben aus dem unteren Totpunkt auszugehen
beginnt. Der Verbrennungsmotor enthält den Zylinderblock (1)
mit den Zylindern (1a), den Zylinderkopf (2) und
die Ölwanne
(3). In den Zylindern (1a) befinden sich die Kolben
(4) mit den Kompressions- und Ölabscheideringen (8).
Die Kolben (4) sind mit Hilfe der Pleuelstange (7)
und der Kolbenbolzen (6) mit den Kurbeln (5a)
der Kurbelwelle (5) verbunden. Die Kurbelwelle (5)
läuft in
Lagern (9) mit den Einlagen (10) und Bedeckungen
(11). Die Kurbelwelle (5) ist mit Gegengewichten
(5b) und Schwungrad (12) versehen. Die Pleuelstange
(7) ist mit dem zusätzlichen
Teil (7a), der sich an dem oberen Pleuelstangekopf an der rechten
Seite befindet, versehen. Der Teil (7a) hat Masse (m);
sein Schwerpunkt befindet sich auf einem Abstand (A) von Längsachse
der Pleuelstange (7). Zwischen der Achsen der oberen und
unteren Köpfe der
Pleuelstange (7) liegt Abstand (L). Die Kurbel(5a) hat
den Radius (R).
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Der
Motor funktioniert wie folgt:
Der Kolben (4) geht
aus oberem Totpunkt mit maximaler Beschleunigung j1 hinaus,
Dabei entsteht eine Trägheitskraft
F1 = m j1 des Teiles
(7a). Diese Trägheitskraft
gestältet
einen Drehmoment M1 = F1 A,
der auf Pleuelstange (7) gegen den Uhrzeigensinn einwirkt.
In dem Ergebnis entsteht Kraft F2 = M1/L = F1 A/L, die
in Richtung der Drehung der Kurbelwelle (5) auf die Kurbel
(5a) einwirkt. Dabei entsteht der Drehmoment M2 =
F2 R = = m j1 A
R/L, der bei dem Austritt des Kolbens aus dem oberen Totpunkt im
Uhrzeigersinn die Kurbelwelle (5) dreht. Bei dem Austritt
des Kolbens aus dem unteren Totpunkt mit Beschleunigung j2 entsteht gleichartige Trägheitskraft
F3 = m j2, die den
Drehmoment M3 = F3 A
schafft. Dabei entsteht die Kraft F4 = m
j2 A/L und folglich der Drehmoment M4 = F4 R = m j2 A R/L, der im Uhrzeigersinn die Kurbelwelle
(5) dreht.
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Also
wirkt ergänzend
zum Beispiel in einem Zweizylindermotor in dem Anfang des Arbeitshubs auf
die Kurbelwelle ein summarischer Drehmoment M = M2 +
M4 = = m A R(j1 +
j2)/L.
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Die
Erhöhung
der Masse der Pleuelstangen eird von entsprechender Verminderung
der Masse des Schwungrades kompensiert. Außerdem ist es zweckmäsig diese
Erfindung zusammen mit der Zwangsstabilisierung der Kolben anzuwenden – zum Beispiel
entsprechend den Patenten Nr: 19939230, 10000613 oder der Patentanmeldung
Aktenzeichen 103 20 207.2. Es lassen sich zusätzlich die Massen der beweglichen
Teilen vermindern.
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Ein
Beispiel: Ein Motor hat den Hub des Kolbens s = 82 mm, der Radius
der Kurbel R = s/2 = 82/2 = 41 mm = 0,041 m,
n = 6100 l/min,
L = 167 mm = 0,167 m·λ = R/L = 41/167
= 0,245. Zusätzlicher
Teil: 20·20·20 mm3 mit Masse m = 0,06 kg, A = 26 mm = 0,026
m;
Winkelgeschwindigkeit W = Π n/30 rad/sek. = 3,14·6100/30
= 638,5 rad/sek.
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Die
maximale Beschleunigung des Kolbens bei dem Austritt aus dem oberen
Totpunkt j1 = R ω2( 1 + λ)
= 0,041 × 638,52 × (1
+ 0,245) = 20810 m/sek2.
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Die
Trägheitskraft
des zusätzlichen
Teiles F1 = m·j1 =
0,06·20810
= 1248,6 N.
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Die
maximale Beschleunigung des Kolbens bei dem Austritt aus dem unteren
Totpunkt j2 = R ω2(1 – λ) = 0,041 × 638,52 × (1 – 0,245)
= 12619 m/sek2.
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Die
Trägheitskraft
des zusätzlichen
Teiles F2 = m j2 =
0,06 × 12619
= 757,2 N.
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Deshalb
wirkt bei dem Austritt aus der Totpunkte der zwei Kolben auf die
Kurbelwelle in Richtung ihrer Drehung der Drehmoment M = m A R (j1 + j2)/L = 0,06 × 0,026 × 0,041 × (20810
+ 12619)/0,167 = 12,8 N·m
= 1280 N·cm.
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Die
vorgeschlagene technische Lösung macht
es möglich,
im Unterscheid zu traditionellen Verbrennungsmotoren, die maximalen
Kräfte
von Brennen des Brenngemisches durch die Trägheitskräfte der zusätzlichen Teile auf den Pleuelstangen für die Erhöhung der
effektiven Leistung zu richten. Diese Erfindung ist verwendbar in
allen Verbrennungsmotoren unabhängig
von der Zielsetzung, der Art des Kraftstoffes, der Taktzahl, des
Durchmessers, der Zahl und Aufstellung der Zylinder. Die Anwendung
ist sowohl in den entworfenen als auch im Betrieb laufenden Motoren – durch
ihre Modernisierung – möglich, ohne
Veränderungen
der Grundbestandteile.