DE102004054844A1

DE102004054844A1 - Stroke gear drive for positive displacement machine, has top dead center defined by angle between piston rod and lever, lying in range of around thirty degrees along with bottom dead center which lies in range of hundred and fifty degrees

Info

Publication number: DE102004054844A1
Application number: DE200410054844
Authority: DE
Inventors: Helmut Obieglo
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-11-12
Filing date: 2004-11-12
Publication date: 2006-05-24

Abstract

The stroke gear drive has an top dead center (OT) which is defined by an angle between the piston rod (3) and the lever (4) which lies in the range of around 30[deg]. The bottom dead center (UT) is defined by the angle between the piston rod and lever lying in the range of around 150[deg]. The kinematics chain formed by the transmission elements form two congruent triangles (a,b,c,d). An independent claim is also included for the rotary piston unit.

Description

Die Erfindung betrifft zum Einen ein Hubgetriebe, für insbesondere Verdrängermaschinen, mit einer optimierten Pleuelgeometrie, in der im Bereich eines Pleuelendes eine Antriebsverbindung mit der Kurbel einer Kurbelwelle bzw. Exzenterwelle besteht, wobei dieses Pleuel in einem diesem Bereich entfernteren Abschnitt durch Anlenkung eines Hebels an einer drehbeweglich gelagerten ortsfesten, aber ggf. verstellbaren Führung um eine Achse drehbar ist.The The invention relates on the one hand to a screw jack, in particular for positive displacement machines, with an optimized connecting rod geometry, in the area of a connecting rod end a drive connection with the crank of a crankshaft or eccentric shaft exists, with this connecting rod more remote in this area Section by articulation of a lever on a rotatably mounted fixed, but possibly adjustable guide rotatable about an axis is.

Die Erfindung betrifft zum Anderen eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere Schwenkkolbenmaschine, mit wenigstens einem Zylinder und wenigstens einem darin beweglich angeordnetem Kolben, welcher Medien verdichtet bzw. Expansionsarbeit verrichtet. Dabei wird der Kolben mittels des o. g. Getriebes auf seiner Bahn gesteuert.The On the other hand, the invention relates to an internal combustion engine, in particular Oscillating piston machine, with at least one cylinder and at least a movably arranged piston which compresses media or expansion work. The piston is using of the o. g. Gear controlled on its path.

Die Verwendung von modifizierten Pleueln ist bekannt. Sinn und Zweck des Einsatzes dieser Pleuel ist z. B. und insbesondere eine Verbesserung des Leistungsbildes von Verbrennungskraftmaschinen. In dem Dokument EP 0 292 603 B1 ist ein Beispiel entsprechender Maschinen gezeigt. Bei dieser Maschine weist die Ortskurve des Kolbens im oberen Totpunkt (OT) eine geänderte Kurvencharakteristik auf, d.h. der Kolben hat im oberen Totpunkt eine gewisse Verweilzeit gegenüber Standardgetrieben. Außerdem existiert ein veränderter Drehmomentverlauf. Hier besteht die Modifizierung einerseits aus einer Zweiteilung des Pleuels und andererseits aus einer Verlängerung mit zusätzlichem Gelenk an dem, dem Kolben abgewendeten, Pleuelbereich.The use of modified connecting rods is known. The purpose of the use of this connecting rod is z. B. and in particular an improvement of the performance of internal combustion engines. In the document EP 0 292 603 B1 an example of corresponding machines is shown. In this machine, the locus of the piston at top dead center (TDC) on a modified curve characteristics, ie the piston has a certain residence time at top dead center over standard gearboxes. In addition, there is a changed torque curve. Here, the modification consists on the one hand of a division of the connecting rod and on the other hand of an extension with additional joint on the, the piston averted, connecting rod.

Wie auch das Getriebe nach der PCT-Anmeldung EP 88/00367; hier wird der Kolben mittels eines Knickhebels auf seine Bahn geführt. Danach wird eine Steuerung der Kolbenbewegung vorgeschlagen, bei welcher die Verwendung von geteilten Pleueln, anstatt des sonst üblichen einteiligen Pleuels, vorgesehen ist. Hierdurch soll die Kinematik der Maschine verändert werden, mit der Maßgabe, dass der Kolben deutlich länger im Bereich des oberen Totpunktes (OT) verbleibt. Hierdurch soll der Verbrennungsablauf, die Abgasqualität und der Treibstoffverbrauch verbessert werden. Nachteilig bei dieser Ausführungsvariante ist allerdings der erhöhte Bauaufwand, verbunden mit einer deutlichen Drehzahlreduzierung infolge der höheren Massenkräfte.As also the transmission according to the PCT application EP 88/00367; here will be the piston led by means of a folding lever on its path. After that a control of the piston movement is proposed in which the use of split connecting rods, instead of the usual ones one-piece connecting rod, is provided. This is supposed to be the kinematics the machine changed be, with the proviso, that the piston is much longer remains in the area of top dead center (TDC). This is intended the combustion process, the quality of the exhaust gas and the fuel consumption be improved. However, a disadvantage of this embodiment is the increased Construction costs, combined with a significant speed reduction due the higher one Mass forces.

Kurz nach Durchlaufen des oberen Totpunktes wirken die beiden Pleuel zwar aufgrund ihrer gestreckten Anordnung im Wesentlichen wie eine starre Verbindung, so dass die wirkende Kraft nahezu senkrecht auf die Kurbel der Kurbelwelle wirkt und somit zu diesem momentanen Zeitpunkt ein maximales Drehmoment auf die Kurbelwelle übertragbar ist. Bei einer genaueren Betrachtung der Drehmomentübertragung zu sämtlichen Zeiten eines Motorzyklusses zeigt sich jedoch, dass in der Summe betrachtet die Drehmomentübertragung bei der gewählten Ausführung keineswegs optimal ist.Short after passing through the top dead center, the two connecting rods act Although due to their stretched arrangement essentially like a rigid connection, so that the acting force is almost perpendicular to the crank of the crankshaft acts and thus to this momentary Time a maximum torque to the crankshaft transferable is. For a closer look at torque transmission to all Times of a Motorzyklusses shows, however, that in the sum considers the torque transmission at the chosen execution by no means optimal.

Untersuchungen dieses Maschinentyps lieferten gleichwohl sehr unterschiedliche Ergebnisse. Einerseits konnten durch Messungen deutliche Verbrauchsreduzierungen und verbesserte Abgasqualität festgestellt werden, jedoch musste das Drehzahlniveau in allen Fällen stark reduziert werden. Andere Messungen lieferten hingegen keinerlei Verbesserungen (vgl. insbesondere Motortechnische Zeitschrift MTZ 49 von 1988).investigations However, this type of machine delivered very different Results. On the one hand, measurable consumption reductions could be achieved through measurements and improved exhaust quality However, the speed level had to be strong in all cases be reduced. Other measurements did not provide anything Improvements (see in particular Motortechnische Zeitschrift MTZ 49 of 1988).

Ziel der Erfindung ist es also, ein Getriebe für insbesondere Verbrennungskraftmaschinen zu entwickeln, welches dann den effektiven Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Maschine sehr deutlich erhöht, das Drehmomentenverhalten optimiert, die Abgasqualität deutlich verbessert, den Treibstoffverbrauch effektiv reduziert, einen Vielstoffmotor darstellt, einfach im Aufbau ist und trotzdem – bei gegebener Leistungscharakteristik – ohne Senkung des Drehzahlniveaus auskommt.aim The invention is thus a transmission for particular internal combustion engines to develop, which then the effective efficiency of the machine according to the invention very significantly increased, the torque behavior is optimized, the exhaust gas quality clearly improved, effectively reducing fuel consumption, a multi-fuel engine is simple in construction and still - with a given performance characteristics - without lowering the speed level gets along.

Dies ist mit dem herkömmlichen Stand der Technik nicht ausführbar. Die Erfindung erreicht dies allerdings durch Realisierung von extremalen Einflußgrößen bzgl. ihrer Geometrien und korrespondierenden, optimierten Prozessparametern. Neben dem optimierten erfindungsgemäßen Getriebe ist auch die Wahl bzw. die Art der Kolbenmaschine erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass hierdurch in der Summe das o. g. Ziel erreicht wird.This is with the conventional one State of the art can not be carried out. However, the invention achieves this by realizing extremal Influencing factors. their geometries and corresponding, optimized process parameters. In addition to the optimized transmission according to the invention is also the choice or the type of piston engine according to the invention designed such that thus in the sum the o. g. Goal is achieved.

Ein erfindungsgemäßer Motor erreicht dies insbesondere durch die Dynamisierung des Verbrennungsgeschehens und nicht nur durch statische Maßnahmen (Verweilzeit des Kolbens im oberen Totpunkt OT) wie beim Stand der Technik. Ersterer bietet insbesondere für schwer entflammbare Treibstoffe günstigere thermodynamische Bedingungen, da diese eine längere Zeit zum Verdampfen und Entflammen benötigen und durch die erfindungsgemäße Dynamisierung diese Zeit rapide relativ verkürzt wird. Daher kann in einem erfindungsgemäßen Motor auch z.B. Rohöl als Treibstoff eingesetzt werden.One Motor according to the invention achieves this in particular by the dynamization of the combustion process and not only by static measures (dwell time of the piston at top dead center OT) as in the prior art. The former offers in particular for hard flammable fuels more favorable thermodynamic conditions, as these take longer to evaporate and Need to ignite and by the dynamization according to the invention this time has been shortened relatively quickly becomes. Therefore, in a motor according to the invention, e.g. Crude oil as fuel be used.

Bei der erfindungsgemäßen Maschine wird eine optimale Betriebsart erreicht, neben dem optimierten Getriebe, insbesondere auch durch eine passende Art der Steuerung des Prozessablaufes. Der Bedingung einer optimalen Drehmomentübertragung wird die Ausbildung von speziellen Wirkflächen der erfindungsgemäßen Konstruktion gerecht, welche zusammen mit Koppelelementen den Prozess räumlich und zeitlich vorgeben, wobei über die Formgebung und räumliche Platzierung hinausgehend auch das Ausmaß einer gegebenenfalls verstellbaren Bewegungsbahn berücksichtigt werden kann. Eine Verstellbarkeit kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass eine Anlenkung der Führung, z.B. am Motorblock, nicht örtlich fest, sondern ebenfalls örtlich variabel vorgesehen sein kann. Dies würde bedeuten, dass die Achse, um die die Pleuelstange drehbar ist, nicht notwendigerweise nur auf einer Kurvenbahn beweglich ist, sondern sich auch andere Bahnformen einstellen lassen.In the machine according to the invention an optimal mode is achieved, in addition to the optimized transmission, in particular by a suitable type of control of the process flow. The condition of an optimal torque transmission is the formation of special active surfaces of the construction of the invention justice, which specify the process spatially and temporally together with coupling elements, going beyond the shaping and spatial placement and the extent of an optionally adjustable Be can be considered. An adjustability can be achieved, for example, that an articulation of the guide, for example on the engine block, not locally fixed, but can also be provided locally variable. This would mean that the axis about which the connecting rod is rotatable, is not necessarily movable only on a curved path, but can be set other web shapes.

Bei einer üblichen Betrachtungsweise des Geschehens während eines Verbrennungsprozesses in einem Verbrennungsmotor bestimmt bei Verbrennungsvorgängen eine bestimmte Reaktionszeit bzw. Trägheit die sogenannte Wärmeexplosion von Medien bzw. Stoffen und damit deren zeitliche und auch räumliche Ausdehnung. Zur Optimierung der Verbrennungsprozesse gibt es Lösungsansätze (siehe oben), die diesen zeitlichen Faktor insofern berücksichtigen, dass dem Kolben einer Expansionsmaschine im Bereich seiner oberen Totpunktstellung mehr Zeit für die Umkehrung seiner Bewegungsbahn gegeben wird, der Kolben also im oberen Totpunkt verweilt, wobei die Verbrennung in diesem Punkt beginnen kann. Dieser Vorgang kann dann als statisch bezeichnet werden, wenn ein wirklicher Stillstand des Kolbens im oberen Totpunkt über einen längeren Zeitraum erreicht werden kann.at a usual one View of what happens during a combustion process in an internal combustion engine determines a combustion process certain reaction time or inertia the so-called heat explosion of media or substances and thus their temporal and spatial Expansion. To optimize the combustion processes, there are approaches (see above), take into account this time factor in that the piston an expansion machine in the area of its top dead center more time for the reversal of its trajectory is given, the piston so dwells at top dead center, with the combustion at this point can start. This process can then be called static be when a real stop of the piston at top dead center over a longer period can be achieved.

Ein erfindungsgemäßer Motor kann dementsprechend mehr als 50 % weniger Treibstoff verbrauchen und mehr Leistung erbringen als ein konventioneller Vergleichsmotor. Die Erwärmung des Motors sowie der Abgase kann um wenigstens 25 % verringert werden. Aus diesem Grunde enthalten die Abgase auch weniger schädliche Stoffe. Wegen der kürzeren Verzugszeit beim Zünden des Treibstoffes resultiert eine weichere Verbrennung, d.h. nahezu eine Gleichraumverbrennung, da während der gesamten Verbrennungsdauer das Zylindervolumen im oberen Totpunktbereich nahezu konstant bleibt.One Motor according to the invention Accordingly, it can consume more than 50% less fuel and provide more power than a conventional comparison engine. The warming of the engine and the exhaust gases can be reduced by at least 25%. For this reason, the exhaust gases also contain less harmful substances. Because of the shorter ones Delay time when igniting of the fuel results in smoother combustion, i. nearly a Gleichraumverbrennung since while the total combustion time the cylinder volume in the top dead center remains almost constant.

Der erfindungsgemäße Motor kann mit Dieselöl, Gas oder anderen, auch minderwertigen Treibstoffen betrieben werden. Eine Ausführung als Zweitakt oder Viertakt-Motor ist möglich. Anwendungsbedingt kann auf den Kolben verzichtet werden und stattdessen ein elastisches Medium, insbesondere eine Feder zum Einsatz gelangen.Of the Motor according to the invention can with diesel oil, Gas or other, even inferior fuels are operated. An execution as a two-stroke or four-stroke engine is possible. Depending on the application can dispensed with the piston and instead an elastic Medium, in particular a spring used.

Neben dem geringeren Treibstoffverbrauch, welches ein hohes Einsparpotential an Betriebskosten bildet, ist auch ein höheres Verdichtungsverhältnis im Motor möglich. Beispielsweise können Verdichtungen von 1:20 erreicht werden, so dass auch bei benzinbetriebenen Ottomotoren z.B. eine Selbstzündung ohne Zündanlage möglich sein kann. Es können neben den bekannten Treibstoffen Pflanzenöle, Wasserstoff oder andere Treibstoffe minderer Qualität gezündet werden. Auch ist eine Zündung von heterogenen Fluiden, beispielsweise mit definierten Wasseranteilen als Ärosol möglich.Next the lower fuel consumption, which is a high potential for savings at operating costs, is also a higher compression ratio in the Engine possible. For example, you can Compressions of 1:20 can be achieved, so even with gasoline-powered Gasoline engines e.g. a self-ignition without ignition system possible can be. It can in addition to the known fuels vegetable oils, hydrogen or others Low quality fuels ignited become. Also is an ignition of heterogeneous fluids, for example with defined proportions of water as Arosol possible.

Durch die konstant-volumige Verbrennung im oberen Totpunktbereich ergibt sich in einem Druck-Volumen-Diagramm (PVD) der typische Verlauf eines theoretischen Ottoprozesses, selbst wenn der erfindungsgemäße Motor als Dieselaggregat betrieben wird.By gives the constant-volumige combustion in the top dead center in a pressure-volume diagram (PVD) the typical course a theoretical Otto process, even if the engine according to the invention operated as a diesel generator.

Auch können beispielsweise Wandwärmeverluste in Höhe von ca. 20 % vermieden werden, die bei konventionellen Maschinentypen im weit geöffneten Expansionsraum auftreten, nicht mehr in Druckenergie umgesetzt werden und somit dem eigentlichen Kreisprozess verloren gehen.Also can for example, wall heat losses in height be avoided by about 20%, the conventional machine types in the wide open Expansion space occur, no longer be implemented in pressure energy and thus lost to the actual cycle.

Dagegen resultiert aus der „vollkommenen Verbrennung" bereits im oberen Totpunkt der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine eine wesentlich größere Druckenergie zur Umwandlung in mechanische Nutzleistung, da die beteiligten Wärmeübertragungsflächen sehr viel kleiner gehalten sind.On the other hand results from the "perfect combustion" already in the upper one Dead center of the internal combustion engine according to the invention a much greater pressure energy for conversion to mechanical efficiency, since the heat transfer surfaces involved very much smaller.

Ein erfindungsgemäß betriebenes DIESEL-Verfahren hat somit als Ergebnis ein praktisches Indikatordiagramm, welches dem des theoretischen OTTO-Prozesses entspricht und somit – bei jeweils gleichen Verdichtungsverhältnissen – schon theoretisch über signifikante Vorteile hinsichtlich des Wirkungsgrades erfindungsgemäßer Verbrennungskraftmaschinen verfügt. Diese Art des Betriebsverfahrens ist nur mit der erfindungsgemäßen Getriebekinematik zu erreichen.One operated according to the invention DIESEL method thus has as a result a practical indicator diagram, which corresponds to that of the theoretical OTTO process and thus - in each case the same Densification - yes theoretically about significant advantages in terms of the efficiency of internal combustion engines according to the invention features. This type of operating method is only with the transmission kinematics according to the invention to reach.

Alternativ zu der Möglichkeit einer Gleichraumverbrennung gilt für eine erfindungsgemäße Gleichdruckverbrennung: Durch eine verlängerte Einspritzphase kann der Druck im Kolben durch die zeitlich nacheinander erfolgende Verdampfung und Entflammung eines Kraftstoffes im Zylinder trotz einer Abwärtsbewegung des Kolben konstant gehalten werden, was einen Vorteil bei der Verwendung schwer entflammbarer Kraftstoffe darstellt.alternative to the possibility a Gleichraumverbrennung applies to a constant pressure combustion according to the invention: Through a prolonged injection phase can the pressure in the piston through the time sequential Evaporation and ignition of a fuel in the cylinder despite a downward movement the piston kept constant, which is an advantage when using heavy represents flammable fuels.

Durch die bessere Energieausnutzung kann auch ein niedrigeres Drehzahlniveau angestrebt werden, was sich positiv auf die Lebensdauer des Motors auswirkt. Im Vergleich zu einem herkömmlichen Motor ist typisch, dass konventionelle Motoren bereits vor Erreichen des oberen Totpunktes Kraftstoff in das Zylindervolumen einspritzen und zur Zündung bringen. Dementsprechend ergibt sich eine signifikante freigesetzte Wärmeenergie, die eine Zylinderinnendruckerhöhung erzeugt, welche als Kraft dem in Richtung oberen Totpunkt strebenden Kolben entgegenwirkt.By The better energy utilization can also be a lower speed level be sought, which has a positive effect on the life of the engine. Compared to a conventional one Engine is typical that conventional engines already before reaching of top dead center inject fuel into the cylinder volume and to the ignition bring. Accordingly, there is a significant released Thermal energy, the one cylinder internal pressure increase generated, which as the force striving towards top dead center Counteracts piston.

Demgegenüber ergibt sich erfindungsgemäß ein typischer Verbrennungsmotor, der erst später das Kraftstoffgemisch in den Zylinderhohlraum einspritzt. Der Zylinderinnendruck steigt somit aufgrund der Verbrennung erst dann signifikant an, wenn der Kolben sich im bzw. knapp hinter dem oberen Totpunkt befindet, so dass die wirkende Kraft vollständig in den Abtrieb des Kolbens umgesetzt werden kann.In contrast, according to the invention results a typical internal combustion engine, which later injects the fuel mixture into the cylinder cavity. The internal cylinder pressure thus increases significantly due to the combustion only when the piston is at or just after top dead center, so that the force acting can be fully converted into the output of the piston.

Ein prinzipielles Ausführungsbeispiel der Erfindung – sowohl des Getriebes, als auch insbesondere eine Schwenkkolbenverbrennungskraftmaschine – ist in den nachfolgenden 0 bis 3 dargestellt und findet auch anhand der Patentansprüche Erläuterung:A basic embodiment of the invention - both of the transmission, and in particular a rotary piston internal combustion engine - is in the following 0 to 3 illustrated and also finds on the basis of the claims explanation:

0: Mit 1 ist ein ortsfester Drehpunkt markiert, den eine Exzentrizität 2 umläuft. An letzterer ist ein Getriebeglied, insbesondere ein Pleuel 3, drehbeweglich befestigt. Mit diesem in Antriebsverbindung steht ein Getriebeglied 4, welches um den (ggf. verstellbaren) Punkt 5 schwenkbar ist. 0 : With 1 is a fixed fulcrum marked, which has an eccentricity 2 circulates. At the latter is a gear member, in particular a connecting rod 3 , rotatably mounted. In driving connection with this is a gear member 4 , which around the (possibly adjustable) point 5 is pivotable.

Dieser prinzipiellen Darstellung entsprechen heute bereits einige Teile von ausgeführten Maschinentypen des Standes der Technik. Hieraus ersichtlich sind jedoch nicht die tatsächlichen Realisierungspotenziale hinsichtlich der Geometrien und Prozessparameter, auf die es aber erfindungsgemäß entscheidend ankommt. (Deswegen wird die Erfindung mittels 1 nachfolgend genauer spezifiziert).Today, this basic representation already corresponds to some parts of prior art machine types. However, this does not show the actual realization potentials with regard to the geometries and process parameters, but which are crucial to the invention. (Therefore, the invention by means of 1 specified in more detail below).

Die Energieausnutzung bei einem erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor ist deutlich effizienter als bei einem vergleichbaren konventionellen Motor. Ein besonders gutes Drehmomentenverhalten ergibt sich bei einem Längenverhältnis der Getriebeelemente 2, 3, 4 bzw. des Winkels β im OT bzw. UT für folgende Werte: 2:3:4 = 30:70:30 und β = 30° im OT sowie β = 150° im UT. Für diese Geometrien ergeben sich dann zwei markante, spiegelbildlich orientierte und kongruente Dreiecke, gebildet aus den Punkten a, b, c, d. Bei dieser Wahl oder nur geringen Abweichungen kann damit eine sehr gute Gesamtabstimmung des erfindungsgemäßen Systems erreicht werden, insbesondere resultiert hieraus ein sehr viel besseres Drehmomentenverhalten. Es unterscheidet sich somit signifikant von den nur allgemein ausgeführten Getrieben des Standes der Technik, in denen diese Parameter nicht genau definiert sind und deshalb nicht die Vorteile der erfindungsgemäßen Parameter aufweisen.The energy utilization in an internal combustion engine according to the invention is significantly more efficient than in a comparable conventional engine. A particularly good torque behavior results in an aspect ratio of the transmission elements 2 . 3 . 4 or the angle β in the TDC or TDC for the following values: 2: 3: 4 = 30:70:30 and β = 30 ° in the TDC and β = 150 ° in the TDC. For these geometries, two distinctive, mirror-image oriented and congruent triangles are formed, formed by the points a, b, c, d. With this choice or only minor deviations, a very good overall tuning of the system according to the invention can thus be achieved, in particular resulting in a much better torque behavior. Thus, it differs significantly from the prior art transmissions of the prior art, in which these parameters are not well defined and therefore do not have the advantages of the parameters of the invention.

Durch diese gezielte Variation dieser Hauptparameter lassen sich anwendungsbedingt sehr effektvolle Eigenschaften des Getriebes definieren. Beispielsweise kann der Hebel 4 Teil eines Schwenkkolbens sein (1) oder im Punkt c wird das Pleuel eines hier nicht näher beschriebenen Hubkolbens angelenkt. Darüber hinaus ergeben sich weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung, wenn bestimmte Parameter des Getriebes in definierter Weise gewählt werden, wie nachfolgend beschrieben wird.Due to this specific variation of these main parameters, very effective properties of the gear can be defined due to the application. For example, the lever 4 Be part of a swivel piston ( 1 ) or at point c, the connecting rod of a reciprocating piston not described here is hinged. In addition, further advantageous features of the invention result when certain parameters of the transmission are selected in a defined manner, as described below.

Insgesamt ergibt erfindungsgemäßes Hubgetriebe einen praktikablen und effektiven Mechanismus für die Realisierung von insbesondere Verbrennungskraftmaschinen.All in all gives inventive lifting gear a workable and effective mechanism for the realization of particular Internal combustion engines.

1: Die hier gezeigte, im Wesentlichen maßstäbliche Skizze, stellt erfindungsgemäß einen sogenannten Schwenkkolben dar. Gegenüber einem konventionellen (Tauch-) Kolben lassen sich hierdurch vorteilhafte Geometrien und Prozessparameter realisieren. Zum einen kann statt einer kostenintensiven und vergleichsweise labilen Kurbelwelle eine wesentlich preisgünstigere, dynamischere und stabilere Exzenterwelle gewählt werden. Minimierungsmöglichkeiten bzgl. der trägen Massen des Systems bestehen ebenfalls. Das ortsfeste Drehzentrum ist wiederum mit 1 gekennzeichnet. Es kommt lediglich ein Pleuel 3 zur Anwendung, welches vorteilhaft nur einteilig ausgeführt werden kann und somit nicht nur montagefreundlich ist, sondern zudem den erfindungsgemäß extrem hohen Belastungen besser entsprechen kann als das konventionelle Pleuel. Diese hohen Belastungen resultieren aus dem erfindungsgemäßen sehr hohen und völlig unüblichen Verdichtungsverhältnis in Höhe von ε = 44 (üblich für OTTO-Motoren ist etwa ε = 10 und für DIESEL-Motoren etwa ε = 20). Da hierbei sehr große Kräfte auftreten, werden besondere konstruktive Maßnahmen erforderlich und erfindungsgemäß realisiert. Das Pleuel kann aus Aluminium (oder ggf. Titan) hergestellt werden, statt üblicherweise aus Stahl. Diese Maßnahme führt ebenfalls zu einer Gewichtsreduzierung und wiederum zu einer Verkleinerung der trägen Massen. (Der Grund für das erfindungsgemäß außerordentlich hohe Verdichtungsverhältnisses wird mittels 3 näher erläutert.) 1 The sketch shown here, which is essentially true to scale, represents, according to the invention, a so-called oscillating piston. By comparison with a conventional (immersion) piston, advantageous geometries and process parameters can be realized. On the one hand, instead of a cost-intensive and comparatively unstable crankshaft, a substantially less expensive, more dynamic and stable eccentric shaft can be selected. Minimization options regarding the inert masses of the system also exist. The stationary center of rotation is again with 1 characterized. It comes only a connecting rod 3 for the application, which can advantageously be carried out in one piece and thus not only easy to install, but also can meet the invention extremely high loads better than the conventional connecting rod. These high loads result from the very high and completely unusual compression ratio according to the invention in the amount of ε = 44 (usual for OTTO engines is about ε = 10 and for DIESEL engines about ε = 20). Since this very large forces occur, special design measures are required and realized according to the invention. The connecting rod can be made of aluminum (or possibly titanium) instead of steel. This measure also leads to a reduction in weight and in turn to a reduction of inertial masses. (The reason for the extremely high compression ratio according to the invention is determined by means of 3 explained in more detail.)

Der Schwenkkolben 7 ist im Drehpunkt 5 gelagert und wird im Zylinder bzw. im Gehäuse 6 geführt und überstreicht während seiner Bahnbewegung die Gaswechselöffnungen 9 (Auslaß: gestrichelte Linien bzw. Einlaß: durchgezogene Linien), welche sich bei einem Schwenkwinkel φ von hier 60° anordnen lassen. Dieser Zweitaktbetrieb wird durch ein hier nicht näher beschriebenes Gebläse (z.B. nach der Bauart ROOTS) ermöglicht. Es bläst Frischluft in vorteilhafter Weise durch den Zylinder. Die Frischluft wird effektiv zugeführt und ersetzt in hohem Maße das Abgas. Ein gewisser Restgasanteil kann dabei prozesstechnisch sogar von Vorteil und gewollt sein (integrierte Abgasrückführung).The swinging piston 7 is in the pivot 5 stored and is in the cylinder or in the housing 6 guided and sweeps during his orbit movement the gas exchange openings 9 (Outlet: dashed lines or inlet: solid lines), which can be arranged at a pivoting angle φ of here 60 °. This two-stroke operation is made possible by a blower (not described in detail here) (for example of the type ROOTS). It blows fresh air in an advantageous manner through the cylinder. The fresh air is effectively supplied and replaces the exhaust gas to a large extent. A certain amount of residual gas can be process-technically even advantageous and wanted (integrated exhaust gas recirculation).

Diese Anordnung wird durch eine Dichtgrenze 8 nach dem System WANKEL umgeben, so dass die Funktionalität der Erfindung gewährleistet wird.This arrangement is characterized by a sealing limit 8th surrounded by the system WANKEL, so that the functionality of the invention is ensured.

Wenigstens eine Mulde 10 befindet sich in dieser Variante pro Seite im doppeltwirkenden Kolben und ermöglicht prozesstechnisch eine sehr effektive und erfindungsgemäße Verbrennung: Wenigstens eine Düse 11 (örtliche Variation möglich) spritzt ab etwa 20 Grad vor OT Treibstoff bzw. Gemisch in diese Mulde. Die durch die Erfindung resultierenden sehr günstigen thermodynamischen Bedingungen (sehr hoher Druck, sehr hohe Temperatur) können auch schwerer entflammbare Stoffe vorteilhaft und sauber verbrennen.At least one hollow 10 is in this variant per side in the double-acting piston and allows process engineering a very effective and inventive combustion: At least one nozzle 11 (local variation possible) injects fuel from about 20 degrees before OT fuel or mixture in this trough. The very favorable thermodynamic conditions resulting from the invention (very high pressure, very high temperature) can also advantageously and cleanly burn flammable substances.

Der Schwenkwinkel φ des Kolbens beträgt hier vorteilhaft 120°. Hierdurch ist ein sehr intensiver Gaswechselvorgang möglich, welcher sich hier auf über 180° Kurbelwinkel γ erstreckt.Of the Swing angle φ of Piston is here advantageous 120 °. As a result, a very intensive gas exchange process is possible, which get over here 180 ° crank angle γ extends.

Es ist auch eine sehr effektive Benzindirekteinspritzung mit Selbstzündung möglich (HCSI = High Compression Self Ignition). Die Verbrennung verläuft erfindungsgemäß sehr viel schneller und intensiver, also insgesamt dynamischer, als üblich. Hieraus resultiert ein deutlich besseres Abgasverhalten und eine starke Reduzierung des Kraftstoffverbrauches.It is also a very effective gasoline direct injection with auto-ignition possible (HCSI = High Compression Self Ignition). The combustion is very much according to the invention faster and more intense, more dynamic overall than usual. From this results in a much better exhaust behavior and a strong Reduction of fuel consumption.

Insgesamt ist erfindungsgemäße Maschine viel einfacher im Aufbau als der oben skizzierte Stand der Technik. Die Erfindung vermeidet somit auch die Nachteile des Standes der Technik; besitzt jedoch gleichzeitig deren Anspruch auf Verbesserungen, insbesondere des Verbrennungsgeschehens. Und auch die Massendynamik wird erfindungsgemäß sehr viel besser beherrschbar. Außerdem ist der erfindungsgemäß sehr hohe Arbeitsdruck mit konventioneller Technologie konstruktiv nicht zu kontrollieren.All in all Machine according to the invention is much simpler in construction than the above-outlined prior art. The Invention thus avoids the disadvantages of the prior art; At the same time, however, it has the right to improvements, in particular of the combustion process. And also the mass dynamics according to the invention is very much better controllable. Furthermore the invention is very high Working pressure with conventional technology is not constructive check.

2: Gezeigt werden hier die Kolbenwege des Standes der Technik (g) und der Erfindung (h). Klar erkennbar ist die in der Umgebung des OT länger verfügbare Zeit der optimalen thermodynamischen Bedingungen bei der Erfindung (gestrichelte Linie und Distanz f; e beim Stand der Technik). Hierdurch gewinnt man doppelt so viel Zeit für eine bessere Verbrennung. Dies wird erfindungsgemäß möglich, weil pro Kurbelwellenumdrehung wenigstens (je nach Verfahren; 2-Takt, 4-Takt) doppelt so viele Arbeitstakte realisiert werden können und hierdurch das Drehzahlniveau um die Hälfte reduziert werden kann. 2 : Shown here are the piston paths of the prior art (g) and the invention (h). Clearly recognizable is the time of optimal thermodynamic conditions available in the environment of the TDC (dashed line and distance f in the prior art). This will give you twice as much time for better combustion. This is inventively possible because per crankshaft revolution at least (depending on the method, 2-stroke, 4-stroke) twice as many strokes can be realized and thereby the speed level can be reduced by half.

Der Erfindung liegt also der diametrale Gedanke zugrunde: Nicht den Kolben länger verweilen zu lassen, sondern die Prozessparameter derart zu verbessern, so dass für die Einspritzung, die Entflammungsphase und die vollständige Verbrennung sehr viel weniger Zeit benötigt wird; mit anderen Worten: diese Prozesse werden drastisch beschleunigt, so dass Zeit „eingespart" werden kann. Dem „statischen" Verweilen des Kolbens in OT (Stand der Technik) wird demzufolge erfindungsgemäß eine "quasidynamische" Verweilzeit übergeordnet. D.h.: Günstigere thermodynamische Bedingungen werden erfindungsgemäß durch die ungewöhnlich hohe Verdichtung längere Zeit (Kurbel- bzw. Exzenterwinkel γ) aufrechterhalten. Der gesamte Verbrennungsprozeß wird stark intensiviert und dabei verkürzt.Of the Invention is therefore based on the diametrical idea: not the Longer to linger, but to improve the process parameters in such a way so for the injection, the ignition phase and the complete combustion much less time needed becomes; in other words, these processes are drastically accelerated, so that time can be "saved." The "static" lingering of the piston in OT (state of the art), therefore, a "quasi-dynamic" residence time is superordinated according to the invention. D.h .: Cheaper Thermodynamic conditions are inventively the unusual high compression longer Time (crank or eccentric angle γ) maintained. The whole Combustion process becomes intensified and shortened.

Erklärung: Beim Stand der Technik herrscht nur unmittelbar im OT ein günstiger thermodynamischer Zustand, welcher für die Entflammung und Durchbrennung der Ladung verantwortlich ist. Oder anders beschrieben: Der thermodynamisch günstige Zustand bleibt erfindungsgemäß länger erhalten. Dies wird nunmehr anhand der jetzt folgenden 3 detailliert.Explanation: In the prior art, there is only a favorable thermodynamic state directly in TDC, which is responsible for the ignition and burning of the charge. Or described differently: The thermodynamically favorable state remains longer according to the invention. This will now be apparent from the following 3 detail.

3: Die Linien A-A und B-B markieren den Bereich der erfindungsgemäß zusätzlich abgedeckt wird, bei dem also thermodynamisch günstigere Bedingungen vorherrschen, als beim Stand der Technik; hier für den OTTO-Prozeß bei Verdichtungsverhältnissen um ε = 11. 3 The lines AA and BB mark the area which is additionally covered according to the invention, in which therefore thermodynamically more favorable conditions prevail than in the prior art; here for the OTTO process with compression ratios around ε = 11.

Desgleichen gilt für den DIESEL-Prozeß, dessen erfindungsgemäße Verbesserungen durch die Linien C-C und D-D markiert sind, bei Verdichtungsverhältnissen um ε = 22.Similarly applies to the DIESEL process, whose improvements according to the invention are marked by the lines C-C and D-D, at compression ratios around ε = 22.

Es ist also offensichtlich, dass die Erfindung durch die o.g. „dynamischen" Maßnahmen den „statischen" Maßnahmen des Standes der Technik deutlich überlegen ist und hiermit die oben erwähnten Zielvorgaben der Erfindung erfüllt.It So it is obvious that the invention by the o.g. "Dynamic" measures the "static" measures Of the prior art is clearly superior and hereby the above mentioned targets of the invention.

Da bei räumlicher und zeitlicher Betrachtung des Geschehens nahezu eine vollständige, dynamisierte, Gleichraumverbrennung passiert („Quasi-Verweilzeit"), ist der thermische Wirkungsgrad dieses erfindungsgemäßen Prozesses entsprechend deutlich besser als beim Stand der Technik.There at spatial and temporal consideration of the event almost a complete, dynamic, Equilibrium combustion happens ("quasi-residence time"), is the thermal Efficiency of this process according to the invention accordingly significantly better than in the prior art.

Erfindungsgemäßes Aggregat ist einfach und kostengünstig in der Herstellung sowie effektiv in seiner Wirkung. Der Treibstoffkonsum wird stark reduziert und die Abgasqualität um ein Vielfaches verbessert.Inventive unit is easy and inexpensive in production as well as effective in its effect. The fuel consumption is greatly reduced and improves the exhaust gas quality many times over.

Neben Benzin, Diesel und anderen herkömmlichen Brennmitteln können auch minderwertigere, schwerentflammbare Stoffe oder Pflanzenöle bzw. Wasser (Gemische) zum Einsatz gelangen und insbesondere „selbstständig" bzw. „automatisch" gezündet werden.Next Gasoline, diesel and other conventional Burning agents can also inferior, flame-retardant substances or vegetable oils or Water (mixtures) are used and in particular "autonomous" or "automatically" ignited.

(Statt dem hier exemplarisch beschriebenen Ausführungsbeispiel lässt sich z. B. auch ein Tauchkolben realisieren; mit den gleichen, günstigen, aber nicht ganz so effektiven Eigenschaften.)(Instead of The exemplary embodiment described here can be z. B. also realize a plunger; with the same, cheap, but not quite as effective properties.)

Claims

Lifting gear, in particular rotary piston units, with an eccentricity 2 which are drivingly connected about a relatively stationary point 1 stands and with a connecting rod 3 is articulated and the latter with a lever 4 is movably connected, which in turn around the (possibly variable) point 5 is pivotable, characterized in that the top dead center OT of this transmission is defined by an angle β between the connecting rod 3 and levers 4 which is in the range of 30 ° and the bottom dead center UT of this transmission is defined by an angle β between the connecting rod 3 and levers 4 which is within the range of 150 °, so that these gear members constructing the kinematic chain obviously form two substantially congruent triangles (a, b, c, d).

Screw jack according to claim 1, characterized in that the gear members 2 . 3 . 4 essentially behave to each other like 30:70:30.

Rotary piston assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the lever 4 Part of the oscillating piston 7 is and the latter is articulated laterally by the transmission according to the invention.

Rotary piston assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the lever 4 Part of the oscillating piston 7 is and the latter is articulated centrally by the transmission according to the invention.

Rotary piston unit according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the compression ratio ε greater than 25 and in particular in the range around 44 lies.

Rotary piston assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the eccentricity 2 is designed as an eccentric shaft.

Rotary piston unit according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting rod 3 one-piece and made of steel, aluminum or titanium and has at the ends of enlarged cross sections, which serve in particular to increase the bending moment of resistance.

Rotary piston assembly according to one of the preceding claims, characterized in that in the preferably arcuate roof of the piston 7 - consisting of predominantly aluminum or steel or titanium - at least one trough 10 is trained.

Rotary piston unit according to one of the preceding claims, characterized in that in the cylinder or housing 6 at least one injection nozzle 11 exists, which in the vicinity of top dead center, at least partially, directly into the trough (s) 10 can emit.

Rotary piston assembly according to one of the preceding claims, characterized in that a (not shown in detail here) flushing blower through the opening (s) 9 , arranged in particular in the range of half the angle of rotation φ, supplies the cylinder with fresh medium.

Rotary piston unit according to one of the preceding claims, characterized in that in the cylinder or housing 6 Lifting and / or rotary valves are installed, which control the gas exchange process and the latter possibly supported by a Spülgebäse.

Swivel piston unit according to one of the previous Claims, characterized in that the cycle either a 2- or 4-stroke OTTO or DIESEL process is.

Rotary piston unit according to one of the preceding claims, characterized in that the sealing limit 8th trained according to the system WANKEL.