DE102007027202A1 - Internal combustion engine, has connecting rod with additional part, which is coupled and equidistant with adjoining surfaces of piston chamber in vertical and horizontal planes - Google Patents

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Abstract

The internal combustion engine has a connecting rod (6) with an additional part, which is coupled and equidistant with the adjoining surfaces of a piston chamber in the vertical and horizontal planes. The dimension of the assembly of a piston pin (7) is different from original with the modernization of the engine due to the shortening of a piston (4) as a result of forced stabilization of the piston. A guide rail and a carrier are made from plastic such as from carbon fiber-reinforced plastic-monocoques.

Description

Die Erfindung optimiert ökonomische und ökologische Eigenschaften von Verbrennungsmotoren und anderen Kolbenmaschinen durch die Verminderung innerer Verluste mit Hilfe der Realisierung der Reserven, die in den Kurbelgetrieben der traditionellen Motoren existieren. Diese technische Lösung kann in verschiedenen Motoren eingesetzt werden, unabhängig von der Zielsetzung, der Kraftstoffart, der Taktzahl, des Durchmessers und der Zylinderplatzierung. 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.The Invention optimizes economic and ecological Properties of internal combustion engines and other piston engines through the reduction of internal losses with the help of the realization of the Reserves in the crank gears of traditional engines exist. This technical solution can be in different Motors are used, regardless of the objective, the fuel type, the stroke rate, the diameter and the cylinder placement. The application is both for the engines in the development phase as well as for the engines in operation possible as well as for the compressors and other piston machines.

Stand der Technik:State of the art:

Das Kurbelgetriebe der verschiedenen traditionellen Verbrennungsmotoren hat zwei wichtige objektive Besonderheiten:
Der Kolben wird mit Hilfe seiner notwendigen Lange in dem Zylinder geführt;
In dem Anfang des Arbeitshubs, wann der Druck in dem Zylinder maximal ist, das Drehmoment von dieser Kraft Null ist, weil das Kurbel und die Pleuelstange in der Zeit auf der einigen geraden Linie liegen. Das Drehmoment nähert sich Nennwert nur bei dem Wenden der Kurbelwelle um ca. 15–70 Winkelgrad, wenn der Druck im Zylinder schon 50–20% von dem höchsten Druck ist.The crank mechanism of the various traditional internal combustion engines has two important objective features:
The piston is guided by means of its necessary length in the cylinder;
In the beginning of the power stroke, when the pressure in the cylinder is maximum, the torque from this force is zero, because the crank and the connecting rod are in time on the some straight line. The torque approaches nominal value only at the turning of the crankshaft about 15-70 angular degrees when the pressure in the cylinder is already 50-20% of the highest pressure.

Diese Verluste vermindern wesentlich den effektiven Druck und folglich den möglichen Wirkungsgrad.These Losses significantly reduce the effective pressure and therefore the possible efficiency.

Es ist bekannt, dass Kolben in Zylinder eines Verbrennungsmotors mit einem notwendigen Montagewärmespiel montiert werden. Der Kolben hat dabei eine ballige Form mit abnehmendem Durchmesser in Richtung des Kolbenbodens. Während des Arbeitstaktes des Verbrennungsmotors (oder einer anderen Kolbenmaschine) entsteht bei geneigter Lage der Pleuelstange eine Kraft senkrecht zur Kolbengleitbahn. Diese Kraft erhöht im Bereich des Kontaktes zwischen dem Kolben und der Zylinderlauffläche einerseits die Reibungskraft des Kolbens mit der Zylinderlauffläche und andererseits verursacht sie durch das Spiel des Kolbens ein Kippmoment sowie Schwingungen um den Kolbenbolzen in der Ebene der Bewegung der Pleuelstange. Dabei werden die Kolbenringe mit dem Zylinder gewendet, so dass bei jedem Kolbenhub zwischen den Kolbenringen und der Zylinderlaufflächen Spalte entstehen. Obwohl diese Spalte sehr klein sind, führen sie zum Ausströmen der Gase aus dem Arbeitsraum während des Hubs.It is known to use pistons in cylinders of an internal combustion engine be mounted a necessary assembly heat game. Of the Piston has a spherical shape with decreasing diameter in the direction of the piston crown. During the power stroke of the internal combustion engine (or another piston engine) is formed at an inclined position the connecting rod a force perpendicular to Kolbengleitbahn. These Force increases in the area of contact between the piston and the cylinder running surface on the one hand the frictional force of the piston with the cylinder surface and on the other hand caused by the play of the piston a tilting moment and vibrations around the piston pin in the plane of movement of the connecting rod. The piston rings are turned with the cylinder, so that at each piston stroke between the piston rings and the cylinder surfaces Column arise. Although these columns are very small, lead to discharge the gases from the working space during of the hub.

Dadurch wird die Kompression und der effektive Arbeitsdruck und somit der Wirkungsgrad vermindert. Während des Betriebs vergrößert sich zudem das Kolbenspiel in Folge des Verschleißes beständig: so dass vermehrt Gas ausströmt. Dabei gelangt nicht vollständig verbranntes Brenngemisch in das Kurbelgehäuse, so dass die Lebensdauer des Motoröls infolge der intensiven Oxidation vermindert wird.Thereby is the compression and the effective working pressure and thus the Reduced efficiency. Enlarged during operation In addition, the piston clearance due to the wear resistant: so that more gas escapes. It does not get completely burned fuel mixture in the crankcase, so that the life of the engine oil due to the intense oxidation is reduced.

Ebenso wird die Effektivität der übrigen Takte gesenkt: Einsaugen, Kompression, Auspuff auch vermindert.As well the effectiveness of the remaining bars is lowered: Aspiration, compression, exhaust also diminished.

Zur Verkleinerung des Pendelwinkels des Kolbens muss dieser einen längeren Kolbenschaft aufweisen, so dass die Masse des Kolbens zunimmt. Dies erzeugt überflüssige Trägheitskräfte, wodurch der Wirkungsgrad verschlechtert wird.to Reduction of the pendulum angle of the piston must be a longer one Have piston stem, so that the mass of the piston increases. This generates superfluous inertial forces, whereby the efficiency is deteriorated.

Aus dem Stand der Technik sind Schiffsmotoren bekannt, bei denen der Kolben durch eine zusätzliche Stange, die durch eine Laufbuchse im unteren Teil des Zylinders läuft, mit dem Pleuel verbunden sind. Diese Stange ist fest am Kolben angebracht. Durch diese Konstruktionen werden zwar Schwindungen des Kolbens um den Kolbenbolzen vermieden jedoch stellt die Stange eine zusätzlich bewegte Masse dar und vergrößert das Baumaß des Motors.Out The prior art ship engines are known in which the Pistons through an additional rod, passing through a bushing running in the lower part of the cylinder, are connected to the connecting rod. This rod is firmly attached to the piston. Through these constructions Although shrinkage of the piston are avoided around the piston pin however, the rod provides an additional moving mass represents and increases the dimension of the engine.

Aus der DE 199 39 230 C2 und der DE 100 00 613 A1 sind weitere Methoden bekannt, die Amplitude von Kolbenschwingungen und die Baulänge bzw. Masse des Kolbens zu vermindern. Jedoch bestehen diese technischen Lösungen aus zahlreichen Einzelteilen, die sehr exakt gefertigt werden müssen, so dass die Herstellung sehr kompliziert ist.From the DE 199 39 230 C2 and the DE 100 00 613 A1 Further methods are known to reduce the amplitude of piston oscillations and the length or mass of the piston. However, these technical solutions consist of numerous individual parts, which must be made very accurately, so that the production is very complicated.

Darüber hinaus ist durch die DE 197 54 480 A1 eine Stabilisierungsvorrichtung bekannt, die aus einem am Kolben befestigen biegsamen Band besteht, welches durch Führungsleisten geführt wird. Zudem ist es mit einem benachbarten zweiten Kolben fest verbunden. Ein Kippen des Kolbens wird dadurch jedoch nicht sicher verhindert. Ferner ist die DE 29 20 381 A1 ein Triebwerk für Kolbenmaschinen bekannt, bei dem ein durch ein Gestänge fest mit dem Kolben verbundener Kreuzkopf den Kolben führt und am Kippen. Die Anwendung dieser technischen Lösung vergrößert jedoch den Bauraum und das Gewicht des Motors und ist daher nicht vorteilhaft.In addition, through the DE 197 54 480 A1 a stabilizing device is known, which consists of a fastened to the piston flexible band, which is guided by guide rails. In addition, it is firmly connected to an adjacent second piston. However, a tilting of the piston is not prevented by sure. Furthermore, the DE 29 20 381 A1 an engine for reciprocating engines, in which a fixed by a linkage with the piston crosshead guides the piston and tilting. However, the application of this technical solution increases the space and the weight of the engine and is therefore not advantageous.

Entsprechend der DE 103 20 207 A1 besteht die Vorrichtung aus einem bügelformigen Führungsteil das den Wellenzapfen umschleißt und am Kolben befestigt ist. Diese technische Lösung bei der Modernisierung der Motoren braucht eine Änderung der Konstruktion und folglich die Technologie der Herstellung der Kurbelwelle. Außerdem passt diese Modernisierung nicht für jeden Motor wegen möglicher Vergrößerung der Hohe des Motors.According to the DE 103 20 207 A1 the device consists of a bow-shaped guide member which wraps around the shaft journal and is secured to the piston. This technical solution in the modernization of the engines needs a change of the construction and consequently the technology of production of the crankshaft. Moreover, this modernization does not fit with any engine because of possible increase in engine height.

Es ist bekannt der Artikel „Gekröpfter Pleuel hilft Kraftstoff sparen" (VDI Nachrichten, 22. Nov. 2002. Nr. 47) . In diesem Artikel ist Foto des gewöhnlichen geraden Pleuels ebenso des Pleuels mit der Verbiegung der Pleuelstange, dabei die Krümmung sich zwischen den Pleuelköpfen befindet. In dem Artikel sind die positiven Ergebnisse der Prüfung und der Ausnutzung des Verbrennungsmotors mit den gekröpften Pleueln. Wahrscheinlich entsteht dieser Effekt infolge der Verschiebung des Schwerpunktes der Pleuelstange (in diesem Fall nach rechts) wegen ihrer Kröpfung. Der Kolben im Anfang des Arbeitshubs mit gewaltiger Beschleunigung – ungefähr 10 000–20 000 m/S2 und mehr in verschiedenen Verbrennungsmotoren. Das ist allbekannt, dass die Trägheitskraft FT = m × J; „m" ist die Masse der Pleuelstange, „J" ist die Beschleunigung des Kolbens. Deshalb entsteht von der Trägheitskräften ein Drehmoment, das durch die Pleuelstange das ergänzende Drehmoment auf der Kurbelwelle bildet. Diese technische Lösung hat jedoch bestimmte negative Besonderheiten: Der Vektor der Kraft, die auf die Pleuelstange wirkt, befindet sich immer auf die Mittellinie zwischen beiden Bohrungen des Pleuels. Die übliche gerade Pleuelstange nimmt nur der Druckverformung und Zugverformung auf. In der gekröpften Pleuelstange wird bei einer unveränderlichen Belastung zu dieser Deformation auch noch Längsbiegeverformung hinzugesetzt. Dabei ist diese Summenspannung wesentlich (um einige Male) höher als nur Druck- und Zugspannung. Deshalb ist nötig für die Befolgung der existierenden Sicherheitsfaktor und notwendigen Starrheit die Querschnittfläche der Pleuelstange mit der Kröpfung entsprechend zu vergrößern. Es vergrößert unvermeidlich die Masse der Pleuelstange, und deshalb wachsen die mechanischen Verluste wegen der Vergrößerung der Trägheitskraft wesentlich. Außerdem wird die Metalleinsatz und die Masse des Motors unvermeidlich auch wesentlich vergrößert. Das ist wahrscheinlich, dass für Erhöhung der Effektivität der Aktion der Trägheitskraft den Abstand zwischen dem Schwerpunkt und der Vertikalkolbenachse nötig vergrößert ist. Das bedeutet, dass die Pleuelstange noch starker nötig krümmen, was zu unzulässigen Vergrößerung der Masse des Pleuels führen kann. Dabei vermindert unabhängig bis Null die Effektivität Von Trägheitskraft bei der linken Lage der Pleuelstange, weil dieser Abstand dabei vermindert wird. Außerdem führt die Krümmung unabhängig zu Vergrößerung der Pleuelstangemasse wegen der Verlängerung der Stange.It is known the article "Cranked connecting rod helps save fuel" (VDI Nachrichten, Nov. 22, 2002. No. 47) , In this article is photo of the ordinary straight connecting rod as well of the connecting rod with the bending of the connecting rod, while the curvature is located between the connecting rod ends. In the article are the positive results of testing and utilization of the internal combustion engine with the cranked connecting rods. This effect is probably due to the shift of the center of gravity of the connecting rod (in this case to the right) because of its offset. The piston in the beginning of the power stroke with huge acceleration - about 10 000-20 000 m / S 2 and more in different internal combustion engines. It is well known that the inertial force F T = m × J; "M" is the mass of the connecting rod, "J" is the acceleration of the piston. Therefore, the inertia forces create a torque that forms the complementary torque on the crankshaft through the connecting rod. However, this technical solution has certain negative peculiarities: The vector of force acting on the connecting rod is always on the center line between both holes of the connecting rod. The usual straight connecting rod absorbs only the compression set and tensile deformation. In the cranked connecting rod is at a constant load to this deformation also added longitudinal bending deformation. This sum voltage is significantly (several times) higher than just compressive and tensile stress. Therefore for compliance with existing safety factor and necessary rigidity it is necessary to increase cross-section area of a connecting rod with crank accordingly. It inevitably increases the mass of the connecting rod, and therefore mechanical losses due to increase of inertial force substantially increase. In addition, the metal insert and the mass of the engine inevitably increased significantly. This is likely to increase the distance between the center of gravity and the vertical piston axis necessary to increase the effectiveness of the action of the inertial force. This means that the connecting rods bend even more strongly, which can lead to inadmissible increase in the mass of the connecting rod. At the same time, independently of zero, the effectiveness of inertial force in the left-hand position of the connecting rod is reduced, because this distance is thereby reduced. In addition, the curvature leads independently to increase the connecting rod mass because of the extension of the rod.

Entsprechend der DE 10 2004 010 074 A1 ist die Pleuelstange gerade. Deshalb arbeitet sie von der Hauptbelastung mit der Druck- und Zugspannung. An dem oberen Pleuelstangekopf rechts ordnet sich ein zusätzliche Teil an, der bei Arbeit des Motors die Erhöhung des Drehmomentes von einer Trägheitskraft durch die Pleuelstange bildet. Es vergrößert das Drehmoment auf der Kurbelwelle. Die negative Besonderheit dieser technischen Lösung ist Vergrößerung der Masse des Pleuels von den zusätzlichen Teilen, was die mögliche Effektivität dieser Konstruktion vermindert.According to the DE 10 2004 010 074 A1 the connecting rod is straight. Therefore, it works from the main load with the compressive and tensile stress. At the upper connecting rod head on the right, an additional part arranges, which forms the increase of the torque of an inertial force through the connecting rod during operation of the engine. It increases the torque on the crankshaft. Negative feature of this technical solution is increase in weight of a connecting rod from additional parts that reduces possible efficiency of this construction.

Aufgabe der Erfindung:Object of the invention:

Ziel der Erfindung ist die Senkung des Brennstoffverbrauchs und die Verminderung der Quantität der Schadstoffsemission der Verbrennungsmotoren infolge der Realisierung der Reserven des Kurbelgetriebes zugrunde durch eine Modernisierung der Baugruppe Kolben-Pleuel mit der gleichzeitigen Benutzung der Zwangsstabilisierung der Kolbenachse und des maximalen Drucks den Gasen in dem Zylinder bei dem Anfang des Arbeitshubs und während ganzes Zyklus der Arbeit des Motors mit Hilfe der Benutzung der Trägheitskräften mit der maximalen Effektivität.aim The invention is the reduction of fuel consumption and the reduction the quantity of pollutant emission of internal combustion engines as a result of the realization of the reserves of the crank mechanism by modernizing the assembly piston-connecting rod with the simultaneous Use of the forced stabilization of the piston axis and the maximum Press the gases in the cylinder at the beginning of the power stroke and during the whole cycle of work of the engine with the help the use of inertial forces with the maximum Effectiveness.

Das Ziel wird dadurch erreicht, dass jeder Kolben des Motors eine Führungsleiste, die parallel bezüglich der Kolbenachse ist und die mit der Nute des Trägers in dem Zylinder befestigt wird, dabei die Nute parallel bezüglich der Zylinderachse platziert wird; überdies hat jede Pleuelstange an dem oberen Kopf rechts einen zusätzliche Teil, der mit den anliegenden Oberflächen des Kolbenhohlraums in den Vertikalen- und Horizontalenebenen gekoppelt und äquidistant ist; bei der Modernisierung des Verbrennungsmotors erhaltet sich die ursprüngliche Masse der Baugruppe Kolben-Pleuel infolge der Verkürzung und Erleichterung der Kolben vorzugsweise wegen der Zwangsstabilisierung der Kolbenachse.The The aim is achieved by making each piston of the engine a guide rail, which is parallel with respect to the piston axis and with the groove of the carrier is fixed in the cylinder, thereby the groove is placed parallel to the cylinder axis; moreover Each connecting rod on the upper head on the right has an extra one Part that fits with the adjacent surfaces of the piston cavity coupled in the vertical and horizontal planes and equidistant is; in the modernization of the internal combustion engine is obtained the original mass of the assembly piston-connecting rod as a result the shortening and alleviation of the piston preferably because of the forced stabilization of the piston axis.

Die vorliegende Erfindung gewährleistet folgendes technisches Ergebnis:

  • – Das Erhalten des summarischen maximalen Effektes von der Zwangsstabilisierung der Kolbenachse (die Erhöhung der Kompression, die Verminderung der Masse des Kolbens und folglich Verminderung der mechanische Verluste wegen der Reduzierung seiner Trägheitskraft, die Verminderung der Quantität der Gase, die in das Kurbelgehäuse gelangt sind und folglich Vergrößerung der Motoröldauer), und verstärkte vor diesem Effekt von der Wirkung der Trägheitskraft des zusätzlichen Teiles an dem oberen Pleuelstangekopf rechts die Benutzung des maximalen Gasdrucks und der zusätzlichen Drehmoment während ganzen Zyklus der Arbeit des Verbrennungsmotors;
  • – Deshalb die Erhöhung des effektiven Drucks und folglich des Wirkungsgrads;
  • – Die Verminderung der spezifischen Kraftstoffverbrauch und ensprechend Abgasen;
  • – Die Einfachheit der technischen Lösung, die die Verbesserung allen Kennwerte Verbrennungsmotor mit Hilfe der Modernisierung des Kurbelgetriebes nur infolge des unmittelbaren Ersetzens der Baugruppe Kolben-Pleuel ohne irgendwelche Änderungen übrigen Details des Motors möglicherweise wesentlich erhöhen;
  • – Dabei ist eine Variante ohne dem Ersatz des Pleuels infolge der Befestigung eines zusätzlichen Details an der Pleuelstange.
The present invention provides the following technical result:
  • Obtaining the maximum summary effect of the forced stabilization of the piston axis (the increase of the compression, the reduction of the mass of the piston and consequently reduction of the mechanical losses due to the reduction of its inertial force, the reduction of the quantity of gases which have got into the crankcase and thus increasing the engine oil duration), and prior to this effect, amplified from the effect of the inertial force of the additional part on the upper connecting rod head right the use of the maximum gas pressure and the additional torque during the whole cycle of the work of the internal combustion engine;
  • - Therefore, increasing the effective pressure and consequently the efficiency;
  • - The reduction of specific fuel consumption and exhaust emissions;
  • - Simplicity of the technical solution which improvement of all characteristics of internal combustion engine with the help of modernization of a crank mechanism only as a result of immediate replacement of Assembly piston connecting rod without any changes may significantly increase other details of the engine;
  • - There is a variant without the replacement of the connecting rod due to the attachment of an additional detail on the connecting rod.

Beschreibung der Erfindung:Description of the invention:

Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.The Invention will be described below with reference to the illustrated embodiments explained.

Es zeugen:It witness:

1: Einen Längsschnitt des modernisierten Verbrennungsmotors mit den Details für die Zwangsstabilisierung der Kolbenachse an den Kolben und an den Zylinder. 1 : A longitudinal section of the modernized internal combustion engine with the details for the forced stabilization of the piston axis on the piston and on the cylinder.

2: Schnitt A-A gemäß 1.: Die Pleuelstange mit dem zusätzlichen Teil, der mit dem Kolbenraum des verkürzten und verleichterten Kolbens, gekoppelt wird: Lage L-1. 2 : Cut AA according to 1 .: The connecting rod with the additional part, which is coupled with the piston chamber of the shortened and reduced piston: Position L-1.

3: Schnitt A-A gemäß 1.: Lage L-2. 3 : Cut AA according to 1 .: Location L-2.

4: Schnitt A-A gemäß 1.: Die Lagen L-3, L-4 und eine Lage des zusätzlichen Teiles mit der Richtungen der Beschleunigungen und der Trägheitskräften. 4 : Cut AA according to 1 .: Layers L-3, L-4 and a position of additional part with directions of accelerations and inertial forces.

5: Detail I gemäß 1: Montage der Details für die Zwangsstabilisierung der Kolbenachse. 5 : Detail I according to 1 : Assembly of the details for the forced stabilization of the piston axis.

6: Ansicht B gemäß 5: Die Führungsleiste und der Träger für die Zwangsstabilisierung der Kolbenachse, der zusätzliche Teil an dem Pleuelstangekopf rechts, der mit dem Kolbenraum gekoppelt wird.: die Lagen L-2, L-0. 6 : View B according to 5 : The guide rail and the support for the forced stabilization of the piston axis, the additional part on the connecting rod head on the right, which is coupled to the piston chamber .: the layers L-2, L-0.

7: Schnitt C-C gemäß 6: Die Details für die Zwangsstabilisierung der Kolbenachse: die Lagen L-1 und L-2. 7 : Cut CC according to 6 : The details for the forced stabilization of the piston axis: the positions L-1 and L-2.

8: Schnitt D-D gemäß 6: Die Montage des Trägers und seine Kopplung mit der Führungsleiste. 8th : Cut DD according to 6 : The mounting of the carrier and its coupling with the guide rail.

9: Schnitt E-E gemäß 5: Die Montage der Führungsleiste auf dem Kolbenbolzennaben mit Hilfe Sperrklinken. 9 : Cut EE according to 5 : The assembly of the guide rail on the piston pin bosses with the aid of pawls.

10: Schnitt F-F gemäß 6: Befestigung des Trägers in dem Zylinder. 10 : Cut FF according to 6 : Mounting the carrier in the cylinder.

11: Ansicht G gemäß 6: Spezielle Schraube für die Befestigung des Trägers. 11 : View G according to 6 : Special screw for fixing the carrier.

12: Schnitt H-H gemäß 6: Montage des Pleuels mit dem zusätzlichen Teil, der mit dem Kolbenraum gekoppelt wird. 12 : Cut HH according to 6 : Assembly of the connecting rod with the additional part, which is coupled with the piston chamber.

13: Schnitt K-K gemäß 12: Eine Variante der Montage des zusätzlichen Teils. 13 : Cut KK according to 12 : A variant of the assembly of the additional part.

14: Schnitt M-M gemäß 13: Gegenseitige Anordnung des zusätzlichen Teiles, der Pleuelstange, der Führungsleiste, des Trägers und des Gegengewichtes der Kurbelwelle. 14 : Cut MM according to 13 : Mutual arrangement of the additional part, the connecting rod, the guide rail, the carrier and the counterweight of the crankshaft.

15: Schnitt A-A gemäß 1: Eine Variante der Konstruktion der Pleuelstange. 15 : Cut AA according to 1 : A variant of the construction of the connecting rod.

Der Verbrennungsmotor entsteht aus dem Zylinderblock (1) mit den Zylinder (Z), dem Zylinderkopf (2) und der Ölwanne (3). In den Zylinder (Z) befinden sich die Kolben (4) mit den Kompressions- und Ölabschiederingen (5). Die Kolben (4) sind mit Hilfe der Pleuelstange (6) und der Kolbenbolzen (7) mit den Kurbeln (8) der Kurbelwelle (9) verbunden. Die Kurbelwelle (9) läuft in der Lagern (10) mit Bedeckungen (11). Die Kurbelwelle (9) sind mit den Gegengewichten (12) versehen.The internal combustion engine arises from the cylinder block ( 1 ) with the cylinder (Z), the cylinder head ( 2 ) and the oil pan ( 3 ). In the cylinder (Z) are the pistons ( 4 ) with the compression and oil shutdown rings ( 5 ). The pistons ( 4 ) are with the help of the connecting rod ( 6 ) and the piston pin ( 7 ) with the cranks ( 8th ) of the crankshaft ( 9 ) connected. The crankshaft ( 9 ) runs in the camps ( 10 ) with coverings ( 11 ). The crankshaft ( 9 ) are with the counterweights ( 12 ) Mistake.

Entsprechend der Erfindung hat jeder Kolben (4) eine Führungsleiste (13), die mit Hilfe der Nuten (4b), (4c), der Stütze (4d), auf einer Kolbenbolzennabe (4a) montiert wird und mit Hilfe der Vorsprüngen (13b) und von der Sperrklinken (13c), (13d) fixiert wird. Die Leiste (13a) ist parallel bezüglich der Kolbenachse. Der Querschnitt der Führungsleiste (13) hat vorzugsweise eine U-Form und die Löcher (13f) für die Verminderung ihre Masse. Jede Leiste (13a) der Führungsleiste (13) wird mit der Führungsnute (14a) des Trägers (14), der in unten Teil des Zylinder montiert und gekoppelt. Es garantiert die Zwangsstabilisierung der Kolbenachse. Die Stabilisierung ermöglicht die Langeverkürzung des Kolbenschaftes. Es befreit einen Platz für die Montage dieses Trägers (14), zum Beispiel bei der Modernisierung des Motors während technischer Wartung. Der Träger (14) hat die runde Außenfläche für ihre Kopplung mit der Zylinderlauffläche und eine Öffnung (14b) für die Anordnung der bewegten Pleuelstange (6). Der Träger (14) hat einen Schnitt (14c) für die Montage in dem Zylinder (Z) mit Hilfe der speziellen Schraube (15) mit den Müttern und mit der Federscheibe (16), für die Befestigung des Trägers infolge seines Auseinanderdrückens. Dabei die Führungsnute (14a) ist parallel bezüglich der Zylinderachse. Die Leiste (13a) wird mit der Führungsnute (14a) mit dem minimalmöglichen Spiel verbunden. Jede Leiste (13a) ordnet sich in dem Raum zwischen den Pleuelstangeköpfen, der Pleuelstange (6) und dem Gegengewicht (12) der Kurbelwelle (9) an. Die Führungsleiste (13) ebenso Träger (14) können auch als einzig Ganze entsprechend mit dem Kolben (4) und mit dem Zylinderblock (1) herstellen. Diese Details (13) und (14) kann man auch aus dem Kunststoff, zum Beispiel, aus CFK-Monocoques herstellen.According to the invention, each piston ( 4 ) a guide strip ( 13 ), with the help of grooves ( 4b ) 4c ), the support ( 4d ), on a piston pin hub ( 4a ) and with the help of the projections ( 13b ) and the pawls ( 13c ) 13d ) is fixed. The bar ( 13a ) is parallel with respect to the piston axis. The cross section of the guide strip ( 13 ) preferably has a U-shape and the holes ( 13f ) for reducing their mass. Each bar ( 13a ) of the guide bar ( 13 ) with the guide groove ( 14a ) of the carrier ( 14 ), which is mounted in the lower part of the cylinder and coupled. It guarantees the forced stabilization of the piston axis. The stabilization allows the long shortening of the piston skirt. It frees a place for the mounting of this carrier ( 14 ), for example, during the modernization of the engine during technical maintenance. The carrier ( 14 ) has the round outer surface for its coupling with the cylinder surface and an opening ( 14b ) for the arrangement of the moving connecting rod ( 6 ). The carrier ( 14 ) has a section ( 14c ) for mounting in the cylinder (Z) by means of the special screw ( 15 ) with the mothers and with the spring washer ( 16 ), for the attachment of the carrier due to its pushing apart. In doing so, the guide groove ( 14a ) is parallel with respect to the cylinder axis. The bar ( 13a ) with the guide groove ( 14a ) associated with the least possible game. Each bar ( 13a ) is arranged in the space between the connecting rod heads, the connecting rod ( 6 ) and the counterweight ( 12 ) of the crankshaft ( 9 ) at. The guide bar ( 13 ) as well carrier ( 14 ) can also be used as the only whole according to the piston ( 4 ) and with the cylinder block ( 1 ) produce. These details ( 13 ) and ( 14 ) You can also from the plastic, for example play, made of CFK monocoques.

Entsprechend der Erfindung gibt es rechts an jedem Obenpleuelstangekopf ein zusätzliche Teil (6a), der bei der Arbeit des Verbrennungsmotors ein Drehmoment von einer Trägheitskraft schafft. Für die maximale Effektivität der Wirkung von der Trägheitskraft dieses Teiles (6a) muss das Drehmoment von der Kraft bezüglich der Kolbenbolzenachse möglichgroß sein. Es bedeutet, dass muss der Abstand (P) zwischen dem Schwerpunkt (S) des zusätzlichen Teiles (6a) und der Kolbenbolzenachse auch möglichgroß sein. Bei der Modernisierung des Motors muss nicht die Vergrößerung der Summenmasse der Baugruppe Kolben-Pleuel sein. Das ist möglich infolge Unverteilung der Masse zwischen dem Kolben (4) und der Pleuelstange (6) und unteren Berücksichtigung der Verminderung den Lange und Masse des Kolbens (4), mit einer Verminderung dieser Summenmasse der Baugruppe Kolben-Pleuel, machen. Deshalb ist nötig diese Massen des Kolbens (4) und der Pleuelstange (6) optimieren. Der maximale Effekt kann bei der Kupplung des Teiles (6a) mit dem Kolbenraum in der vertikalen und in horizontalen Ebenen und bei seiner optimalen Masse entstehen, weil es den Abstand (P) vergrößern lässt.According to the invention, there is an additional part on the right side of each upper plunger rod ( 6a ), which creates a torque of an inertial force in the work of the internal combustion engine. For the maximum effectiveness of the effect of the inertial force of this part ( 6a ), the torque of the force with respect to the piston pin axis must be possibly large. It means that the distance (P) between the center of gravity (S) of the additional part ( 6a ) and the piston pin axis also be possible large. When modernizing the engine, it is not necessary to increase the total mass of the piston-rod assembly. This is possible due to the distribution of mass between the piston ( 4 ) and the connecting rod ( 6 ) and taking into account the reduction in the length and mass of the piston ( 4 ), with a reduction in this sum mass of the piston-rod assembly. Therefore, these masses of the piston ( 4 ) and the connecting rod ( 6 ) optimize. The maximum effect can be achieved when coupling the part ( 6a ) with the piston space in the vertical and horizontal planes and at its optimum mass, because it allows to increase the distance (P).

Dabei die Verkürzung der Kolbenlange und folglich Verminderung der Masse des Kolbens (4) geben die Möglichkeit der Erhaltung der Masse der Baugruppe Kolben-Pleuel bei der Modernisierung des Motors in der Grenzen einer ursprünglicher Größe. Die Nuten (6b) und (6c) vergrößern zusätzlich den Abstand (P), was ergänzend erhöht den Effekt von dieser Modernisierung des Kurbelgetriebes des Motors.The shortening of the piston length and consequently reduction of the mass of the piston ( 4 ) give the possibility of preserving the mass of the assembly piston-connecting rod in the modernization of the engine within the limits of an original size. The grooves ( 6b ) and ( 6c ) additionally increase the distance (P), which additionally increases the effect of this modernization of the crank gear of the engine.

Es gibt eine Variante der Modernisierung der Baugruppe Kolben-Pleuel mit der Erhaltung der Pleuelstange (6) ohne Änderungen. In dieser Konstruktion der zusätzliche Teil (6c) wird mit Hilfe eines Bandes (15), zum Beispiel aus Metall, mittels der Schraube (16) und der Mütter (17) an der Pleuelstange (6) befestigt. Solche technische Lösung kann die Kosten der Modernisierung wesentlich senken.There is a variant of the modernization of the piston-rod assembly with the maintenance of the connecting rod ( 6 ) without changes. In this construction the additional part ( 6c ) with the help of a tape ( 15 ), for example of metal, by means of the screw ( 16 ) and mothers ( 17 ) on the connecting rod ( 6 ) attached. Such technical solution can significantly reduce the cost of modernization.

Es gibt eine Variante der Konstruktion der Pleuelstange (6v ) – in der Form eines Dreieckes. Dabei ist der Abstand P1 << P und folglich das Moment M3' < M3, und folbglich M4' < M4.There is a variant of the construction of the connecting rod ( 6 v ) - in the form of a triangle. The distance P 1 << P and consequently the moment M 3 '<M 3 , and consequently M 4 '<M 4 .

Entsprechend der Erfindung funktioniert der Motor wie folgt:
Während des Arbeitprozesses bewegt sich die Leiste (13a) der Führungsleiste (13) zusammen mit dem Kolben (4), wobei die sich in der Führungsnute (14a) des Trägen (14) befandet, was die Wendung des Kolbens (4) um Kolbenbolzen (7) vorbeugt. Es garantiert die Zwangsstabilisierung der Kolbenachse während ganzen Zyklus der Arbeit. Im Kontakt der Führungsleiste (13a) mit der Führungsnute (14a) gibt es die Flüssigkeitsreibung mit dem Reibungskoeffizient μF = 0,001–0,01. Die Berechnungen zeigen, dass die Kräften und Spannungen von der Zusammenwirkung oder Arbeitsflächen dieser Details sehr kleine sind. Zum Beispiel ist die Reibungskraft in diesem Kontakt nur 0,5–0.05 N. Es bedeutet, dass der Rückdruck in diesem Kontakt strebt gegen Null. Der Kolben (4) geht aus oberem Totpunkt mit maximaler Beschleunigung J1 hinaus (Lage L-1). Dabei wirkt auf dem zusätzlichen Teil (6a) der Pleuelstange (6) eine Trägheitskraft F1 = m × J1, (m-Masse des Teil (6a). Diese Kraft F1 bildet ein Drehmoment M1 = F1 × P, das auf der Pleuelstange (6) gegen den Uhrzeigersinn wirkt. In dem Ergebnis entsteht eine Kraft F2 = M1/L = F1 × P/L. Diese Kraft F2 bildet durch dem Kurbel (8) auf der Kurbelwelle (9) in Richtung ihrer Drehung das Drehmoment M2 = F2 × R. Bei dem Austritt des Kolbens (4) aus dem unteren Totpunkt (Lage L-2) mit der Beschleunigung J2 entsteht gleichartige Trägheitskraft F3 = m × J2, die das Drehmoment M3 = F3 × P bildet. Dabei entsteht die Kraft F4 = m × J2 × P/L. Diese Kraft F4 bildet das Drehmoment M4 = F4 × R, das auch in den Uhrzeigersinn auf der Kurbelwelle (9) wirkt. Dabei erhöht die Gleichmäßigkeit der Arbeit des Motors und vermindert notwendige Masse des Schwungrades.According to the invention, the engine works as follows:
During the working process, the bar moves ( 13a ) of the guide bar ( 13 ) together with the piston ( 4 ), which are in the Führungsnute ( 14a ) of lethargic ( 14 ) was what the turn of the piston ( 4 ) about piston pins ( 7 ) prevents. It guarantees the forced stabilization of the piston axis during the whole cycle of work. In contact of the guide bar ( 13a ) with the guide groove ( 14a ) there is the fluid friction with the coefficient of friction μ F = 0.001-0.01. The calculations show that the forces and tensions of the interaction or work surfaces of these details are very small. For example, the frictional force in this contact is only 0.5-0.05 N. It means that the back pressure in this contact tends to zero. The piston ( 4 ) goes out of top dead center with maximum acceleration J 1 (position L-1). It acts on the additional part ( 6a ) of the connecting rod ( 6 ) an inertial force F 1 = m × J 1 , (m-mass of the part ( 6a ). This force F 1 forms a torque M 1 = F 1 × P, which on the connecting rod ( 6 ) counterclockwise. The result is a force F 2 = M 1 / L = F 1 × P / L. This force F 2 forms by the crank ( 8th ) on the crankshaft ( 9 ) in the direction of its rotation, the torque M 2 = F 2 × R. At the outlet of the piston ( 4 ) from the bottom dead center (position L-2) with the acceleration J 2 produces a similar inertial force F 3 = m × J 2 , which forms the torque M 3 = F 3 × P. This produces the force F 4 = m × J 2 × P / L. This force F 4 forms the torque M 4 = F 4 × R, which is also in the clockwise direction on the crankshaft ( 9 ) acts. At the same time increases uniformity of work of the engine and reduces necessary weight of a flywheel.

Ein konkrete Beispiel: Ein Motor hat den Hub des Kolbens s = 82 mm, der Radius der Kurbel R = s/2 = 41 mm = 0,041 m.One concrete example: a motor has the stroke of the piston s = 82 mm, the radius of the crank R = s / 2 = 41 mm = 0.041 m.

n = 6100 l/mm, L = 0,167 m; λ = R/L = 41/167 = 0,245. Die Masse des Kolbens vermindert nach seine Verkürzung infolge der Zwangsstabilisierung auf ca. 0,08 kg. Die Masse des zusätzlichen Teiles (6a) m = 0,07 kg. Das Nominaldrehmoment ist 120 Nm; der Abstand P = 0,03 m; Winkelgeschwindigkeit ω = π × n/30 = 638,5 Rad/S.n = 6100 l / mm, L = 0.167 m; λ = R / L = 41/167 = 0.245. The mass of the piston decreases after its shortening due to the forced stabilization to about 0.08 kg. The mass of the additional part ( 6a ) m = 0.07 kg. The nominal torque is 120 Nm; the distance P = 0.03 m; Angular velocity ω = π × n / 30 = 638.5 rad / s.

Die maximale Beschleunigung des Kolbens bei dem Austritt aus dem oberen Totpunkt J1 = Rω2(1 + λ) = 0,041 × 638,52 × (1 + 0,245) = 20 810 m/S2.The maximum acceleration of the piston at the exit from top dead center J 1 = Rω 2 (1 + λ) = 0.041 × 638.5 × 2 (1 + 0.245) = 20 810 m / S 2 .

Die Trägheitskraft des Teils (6a) F1= 0,06 × 20810 = 1248,6 N.The inertial force of the part ( 6a ) F 1 = 0.06 × 20810 = 1248.6 N.

Die maximale Beschleunigung des Kolbens bei dem Austritt aus dem unteren Totpunkt J2 = 12619 m/S2; die Trägheitskraft F2 = 757,2 N. Das zusätzliche Drehmoment Mz = 0,07 × 0,03 × 0,041 × (20810 + 12619)/0,167 = 15,9 Nm, das heißt ca. 13,5% zum Nominaldrehmoment.The maximum acceleration of the piston at the exit from the bottom dead center J 2 = 12619 m / S 2 ; the inertia force F 2 = 757.2 N. The additional torque M z = 0.07 × 0.03 × 0.041 × (20810 + 12619) / 0.167 = 15.9 Nm, that is about 13.5% of the nominal torque.

Die Drehmomente variabler Maße wirken während ganzen Arbeitszyklus. Zum Beispiel in der Lagen L-3 und L-4 mit den Bescheinigungen die J1' und J2', was das Drehmoment von der Trägheitskräfte F1' und F2' auf der Kurbelwelle zusätzliche erhöht.The torques of variable dimensions work during the entire working cycle. For example, in the L-3 and L-4 plies with the certifications the J 1 'and J 2 ', which additionally increases the torque of the inertial forces F 1 'and F 2 ' on the crankshaft.

Die Effektivität wird infolge Erhöhung der Kompression und der Verminderung Trägheitskraft von den Kolben wegen ihrer Zwangsstabilisierung auch wesentlich vergrößert. Der summarische Effekt kann man nicht weniger 20% sein.The Effectiveness is due to increase in compression and diminishing inertial force from the pistons their forced stabilization also significantly increased. The total effect can be not less than 20%.

Außerdem senkt die Zentrifugalkraft von der Umdrehung des zusätzlichen Teils (6a) während seiner Pendelung um Kolbenbolzen die Seitenkraft der Einwirkung des Kolbens (4) an der Zylinderlauffläche, was die Reibungskraft vermindert und folglich den Wirkungsgrad erhöht.In addition, the centrifugal force decreases from the rotation of the additional part ( 6a ) during its oscillation about piston pin, the lateral force of the action of the piston ( 4 ) on the cylinder surface, which reduces the frictional force and consequently increases the efficiency.

Dadurch ergeben sich folgende Vorteile:

  • – Der summarische maximale Effekt von der Zwangsstabilisierung der Kolbenachse und von der Wirkung der Trägheitskraft des zusätzlichen Teiles rechts an Oberpleuelstangekopf, der mit dem Kolbenraum gekoppelt ist, unter anderen:
  • – Der Kraftstoffverbrauch wird reduziert.
  • – Die Lebensdauer des Motoröls verlängert sich.
  • – Der Verschleiß der Kolbenringe und des Kolbens wird reduziert.
  • – Der Materialeinsatz bei der Herstellung der Kolbenmaschine ist geringer.
  • – Das Beschleunigungsvermögen erhöht sich durch geringere bewegte Massen.
  • – Die ökologischen Eigenschaften des Verbrennungsmotors werden verbessert.
  • – Die Möglichkeit infolge der Montage der modernisierten Baugruppe Kolben-Pleuel ohne irgendwelche Änderungen übrigen Details anstatt der existierende die oben genannten Vorteile sichern.
  • – Diese technische Lösung ist tauglich für beliebige Verbrennungsmotor oder andere Kolbenmaschine sowohl in den neuen als auch in den bereits genutzten Motoren verschiedener Zweckbestimmung, verschiedener Konstruktionen und Größen zu nutzen.
This results in the following advantages:
  • The summary maximum effect of the forced stabilization of the piston axis and of the effect of the inertial force of the additional part on the right of the top plunger rod coupled to the piston chamber, among others:
  • - The fuel consumption is reduced.
  • - The life of the engine oil is extended.
  • - The wear of the piston rings and the piston is reduced.
  • - The use of material in the production of the piston engine is lower.
  • - The acceleration capacity is increased by lower moving masses.
  • - The ecological characteristics of the internal combustion engine are improved.
  • - To ensure a possibility as a result of assemblage of the modernized assembly piston connecting rod without any changes other details instead of the existing advantages mentioned above.
  • - This technical solution is suitable for any internal combustion engine or other piston engine both in the new and in the already used engines of different purpose, different constructions and sizes to use.

Diese technische Lösung lasst die überwiegende Mehrheit der Verbrennungsmotoren modernisieren für die wesentlichen Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und deshalb der Auspuffgasen infolge der Benutzung der modernisierten Baugruppen „Kolben-Pleuel" mit der Montage sowohl während der Serienproduktion der Motoren, als auch in den Werkstätten. Für die Prüfung der Idee und ihre folgende breite Verwertung werden minimale Kosten gefordert, weil die Prüfung auf einem beliebigen Serienmotor verwirklichen man kann. Deshalb ist keine Notwendigkeit einen neuen experimentalen Motor zu projektieren und zu herstellen. Der erwartende globale Effekt kann unvergleichlich höher als die Kosten der Prüfung sein. Diese Erfindung kann dem Kampf gegen das Globale Erwärmung beitragen. Dabei ist diese technische Lösung brauchbar für die Motoren mit beliebigem Brennstoffart, unter anderen alternativen, zum Beispiel „Ätanol", die auch die Triebkastengasen, CO2, CO in der Umwelt auch bei Brennung liefern.This technical solution allows the vast majority of internal combustion engines to modernize for substantial reduction of fuel consumption and therefore exhaust gases as a result of use of modernized assemblies "piston connecting rod" with assembly both during serial production of engines, and in workshops The idea and its subsequent wide exploitation require minimal cost because testing can be carried out on any standard engine, so there is no need to design and manufacture a new experimental engine.The expected global effect can be incomparably higher than the cost of testing This invention can contribute to the fight against global warming, and this technical solution is useful for engines of any fuel type, among other alternatives, for example "etanol", which also includes the engine case gases, CO 2 , CO in the environment, even at Bren supply.

Außerdem lasst diese Erfindung alle alternativen Brennstoffe auch zu sparen.Furthermore Let this invention also save all alternative fuels.

Diese Erfindung ist eine Ergänzung zu der Patentanmeldung Aktenzeichen 10 2007 010 723.6. Deshalb sind die Merkmale dieses Aktenzeichens hier wie bekannte.These Invention is an addition to the patent application file number 10 2007 010 723.6. That is why the features of this file number are here as known.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (6)

Verbrennungsmotor mit mindestens einem in einem Zylinder hin- und herbewegten Kolben, dessen Bewegung durch einem Pleuel in eine Drehbewegung einer Kurbelwelle umgesetzt wird, wobei eine Einrichtung zur Zwangsstabilisierung der Kolbenachse, vorzugsweise aus Führungsleiste (13) an dem Kolben (4) und dem Träger (14) mit der Führungsnute (14a) in unten Teil des Zylinders (Z) besteht, dabei jeder Obenpleuelstangekopf rechts einen zusätzlichen Teil (6a) hat, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Teil (6a) der Pleuelstange (6) mit den anliegenden Oberflächen des Kolbenraums in der Vertikalen- und Horizontalenebenen gekoppelt und äquidistant ist; bei der Modernisierung des Motors wegen der Verkürzung des Kolbens infolge seiner Zwangsstabilisierung, die Masse der Baugruppe Kolben-Bolzen nicht mehr als ursprünglicher ist.Internal combustion engine with at least one reciprocating piston in a cylinder, the movement of which is converted by a connecting rod into a rotational movement of a crankshaft, wherein a device for the forced stabilization of the piston axis, preferably of guide rail ( 13 ) on the piston ( 4 ) and the carrier ( 14 ) with the guide groove ( 14a ) in the lower part of the cylinder (Z), each upper plunger rod right has an additional part ( 6a ), characterized in that the additional part ( 6a ) of the connecting rod ( 6 ) is coupled to the adjacent surfaces of the piston space in the vertical and horizontal planes and is equidistant; in the modernization of the engine because of the shortening of the piston due to its forced stabilization, the mass of the assembly piston-bolt is no more than original. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Teil (6a) die Nuten (6b), (6c) für die Vergrößerung des Abstandes zwischen dem Schwerpunkt und der Kolbenbolzenachse hat.Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the additional part ( 6a ) the grooves ( 6b ) 6c ) for increasing the distance between the center of gravity and the piston pin axis. Verbrennungsmotor nach Ansprüche 1, 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsleiste (13) und der Träger (14) aus der Kunststoff zum Beispiel aus CFK-Monokocoques herstellen sein können.Internal combustion engine according to claims 1, 2, characterized in that the guide rail ( 13 ) and the carrier ( 14 ) may be made of the plastic, for example, CFK monococoques. Verbrennungsmotor nach Ansprüche 1, 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsleiste (13) und der Träger (14) als einzig Ganze entsprechend mit dem Kolben (4) und mit dem Zylinderblock (1) herstellen sein können.Internal combustion engine according to claims 1, 2, characterized in that the guide rail ( 13 ) and the carrier ( 14 ) as the only whole according to the piston ( 4 ) and with the cylinder block ( 1 ) can be produced. Verbrennungsmotor nach Ansprüche 1, 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Teil (6c) wird mit Hilfe eines Bandes (15) zum Beispiel aus Metall, mittels der Schraube (16) und Mütter (17) an der Pleuelstange (6) befestigt.Internal combustion engine according to claims 1, 2, characterized in that the additional part ( 6c ) with the help of a tape ( 15 ) made of metal, for example, by means of the screw ( 16 ) and mothers ( 17 ) on the connecting rod ( 6 ) attached. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5; dadurch gekennzeichnet, dass die Pleuelstange (6v) die Form des Dreieckes haben kann.Internal combustion engine according to one of claims 1 to 5; characterized in that the connecting rod ( 6v ) may have the shape of the triangle.
DE200710027202 2007-03-06 2007-06-13 Internal combustion engine, has connecting rod with additional part, which is coupled and equidistant with adjoining surfaces of piston chamber in vertical and horizontal planes Ceased DE102007027202A1 (en)

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