DE102009019537A1

DE102009019537A1 - Kolbenmotor mit drei Pleuelstangen

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Publication number: DE102009019537A1
Application number: DE102009019537A
Authority: DE
Original assignee: SCEPANIK HANS JUERGEN; Scepanik Hans-Juergen
Current assignee: SCEPANIK HANS JUERGEN; Scepanik Hans-Juergen
Priority date: 2008-07-01
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2010-01-14
Anticipated expiration: 2029-05-01
Also published as: DE102009019537B4

Abstract

Bei den üblichen Motoren mit Kolben wird eine Pleuelstange auf dem einen Ende in einem Gelenk im Kolben in eine lineare Gleitbahn, auf dem anderen Ende durch den Kurbelzapfen in eine kreisrunde Bahn geführt. Im oberen Totpunkt kann kein Druck für die Drehbewegung der Welle übertragen werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Motor mit linearer Kolbenbewegung zu schaffen, der den erzeugten Druck (P) auf den Kolben im oberen Totpunkt sofort auf die Kurbelwelle überträgt. Außerdem soll das Kompressionsverhältnis unter Last geändert werden können. Dieses wird erreicht durch die Anordnung Zylinder, Kolben, Pleuelstange, Gelenk mit zwei Pleuelstangen, die an zwei Kurbelwellen angelenkt sind. Die Erfindung wird mit Fig. 1 erläutert. Der Kolben (13) wird im Zylinder (12) linear geführt. Im oberen Totpunkt des Kolbens (13) zeigt die Pleuelstange (16) über den Mittelpunkt der Kurbelwelle (18), die Pleuelstange (17) auf den Mittelpunkt (M) der Kurbelwelle (19), der Masterkurbelwelle. Der Zünddruck wirkt im oberen Totpunkt auf einen Drehkreis der Kurbelwelle (18), die das Drehmoment auf die Masterkurbelwelle überträgt. Mit dem weiteren Drehvorgang zeigt Pleuelstange (17) in den Drehkreis, erzeugt das Drehmoment an der Masterkurbelwelle. Das Pleuelgelenk hebt Spannungen in den Lagern auf und verzögert den Kolben am oberen Totpunkt. In der Betriebsart Leerlauf ist ein kleineres Verdichtungsverhältnis von Vorteil. Um dieses zu erreichen, wird die Kurbelwelle (19) ...

Description

Stand der Technik:
Bei den Motoren mit einem Kolben und zwei Kurbelwellen und zwei Zahnrädern wird eine Pleuelstange auf dem einen Ende in einem Gelenk im Kolben in eine lineare Gleitbahn, auf dem anderen Ende verkoppelt mit einem Bolzen und zwei weiteren Pleuelstangen durch die Kurbelwellen in eine Bahn geführt. Die auftretenden Spannungen dieser Kopplung in Verbindung mit der Verzahnung führen zu Lagerschäden. Im oberen Totpunkt kann in der Regel kein Druck für die Drehbewegung der Welle übertragen werden, was besonders bei Gas-Motoren von Nachteil ist. Außerdem kann das Kompressionsverhältnis im Betrieb nicht geändert werden.
Aufgabenstellung:
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Motor mit linearer Kolbenbewegung zu schaffen, der den erzeugten Druck (P) auf den Kolben im oberen Totpunkt sofort auf die Kurbelwelle überträgt. Dadurch soll der Energieverbrauch gesenkt werden. Die Kurbelwellen sollen mit je zwei Kurbelschenkeln je Pleuelstange ausgestattet sein, um hohe Drücke sicher umzusetzen.
Außerdem soll das Verdichtungsverhältnis während des Betriebes verändert werden können, um im Leerlauf mit verringerter Kompression den CO2-Ausstoß zu reduzieren.
Die am Kolben in einem Gelenk geführte Pleuelstange soll gering pendeln, um den Druckkörper Zylinder nicht noch mehr zu belasten und Druckverlust vermeiden.
Ausführungsbeispiel:
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Zeichnungen mit 1, 2, 3 und 4 erläutert. Dabei zeigt 1 in schematischer Darstellung das Prinzip im oberem Totpunkt des Kolbens (13). 2 zeigt das Prinzip der Lagerung durch Gabel (22) mit Keil (23). 3 zeigt in schematischer Darstellung das Prinzip vor dem oberen Totpunkt des Kolbens (13). (4) zeigt in schematischer Darstellung das Prinzip mit erhöhtem Totpunkt durch Stopper (S). Die für den Motorbetrieb nötigen Ventile sind nicht dargestellt. Der Kolben (13) wird im Zylinder (12) linear geführt. Nach dem oberen Totpunkt des Kolbens (13) pendelt die Pleuelstange (14) über die Mittelinie von Zylinder (12). Der aufgebaute Druck, auch Zünddruck, wirkt kurz nach dem oberen Totpunkt über Pleuelstange (14), Pleuelgelenk (15) mit zwei Bolzen und einem Stopper (S). Hier verteilt sich der Druck auf Pleuelstange (16) und (17) und erzeugt das Drehmoment auf Kurbelwelle (18) und der Masterkurbelwelle. Dabei spreizen sich die Pleuelstangen (16) und (17), der Bolzen (B) von Pleuelgelenk (15) bewegt sich abwärts etwa linear. Der Stopper (S) von Pleuelgelenk (15) liegt dann an der Pleuelstange (17) und verlängert diese. Dann ist Pleuelstange (17) mit Pleuelgelenk (15) länger als Pleuelstange (16). Bei der Aufwärtsbewegung löst sich der Stopper (S) von der Pleuelstange (17) und die Pleuelstange (14) mit Bolzen (A) schwenkt zurück von rechts (Seite mit Pleuelstange (17)) nach links über die Mittellinie von Zylinder (12). Der Kolben (13) wird am oberen Totpunkt durch die Pleuelbewegung verzögert.
Jeder Kolben ist mit zwei Kurbelwellen gut auszuwuchten.
Für den Leerlaufbetrieb wird der Kolben (13) abgesenkt, um das Verdichtungsverhältnis zu verkleinern. Die Kurbelwelle (19) ist in zwei Armen einer Gabel (22) gelagert. Durch Ansteuerung von Keil (23) bewegt sich Gabel (22) auf einem Teilstück eines Kreises mit dem Mittelpunkt der Kurbelwelle (18) nach unten. Die Kurbelwelle (19) bewegt sich dann konzentrisch gegenüber Kurbelwelle (18). Über die an ihr angekoppelten Teile Pleuelstange (17), Pleuelgelenk (15) und Pleuelstange (14) senkt der Kolben (13) ab. Der obere Totpunkt ist dadurch tiefer gelegt. Die Gabel (22) wird in seiner Position mit einer Halteklinke (nicht gezeichnet) fixiert. Der Abstand von Zahnrad (20) zu Zahnrad (21) bleibt konstant.
Um umgekehrt vom Leerlaufbetrieb in den Lastbetrieb zu steuern, wird die Halteklinke gelöst und Gabel (22) mit Keil (23) bewegt. Der Zeitpunkt dazu ist im Arbeitstakt Ansaugen günstig, weil Keil (23) entlastet wird. Arbeitet der Motor mit einem Abgasturbolader, kann für diesen Vorgang der Luftkanal zum Zylinder geöffnet werden. Zur Verbesserung des Vorganges wird der Keil (23) kurz in Richtung für das Absenken der Gabel angesteuert, danach erst in Richtung für das Anheben. Danach wird der Keil in seiner Position fixiert.
Die Kompression kann unter Beibehaltung der Lage der Masterkurbelwelle erhöht werden, indem der exzentrische Stopper (S) über seinen Flügel in der Hubbewegung gedreht wird. Dadurch wird am oberen Totpunkt der Winkel zwischen dem Pleuelgelenk (15) und der Pleuelstange (17) spitzer. Pleuelstange (14) stellt sich steiler und der obere Totpunkt erhöht sich. Die Drehung von Stopper (S) wird erreicht durch das Einführen einer Stange in den Kurbelraum, z. B. ausgelöst durch einen Magnet. Der Flügelexenter dreht sich um einen vom Angriffspunkt der Stange abhängigen Winkel aufgrund der Berührung mit dieser. Eine Rückkehr in das normale Kompressionsverhältnis wird durch Drehung eines Flügels von Stopper (S) durch eine zweite Stange erreicht (nicht gezeichnet).
Der in 4 gezeichnete Stopper (F) begrenzt den Schwenkbereich des Pleuelgelenks (15). Stopper (F) legt sich an die Verlängerung von Pleuelstange (17), wenn der Kolben ansaugt. Er verhindert eine Überdrehung von Pleuelgelenk (15). Zur Vereinfachung sind Verlängerung und Stopper (F) nur in 4 angedeutet.
Die Pleuelstange (14) ist mit zwei Bohrungen versehen, hat keine Verschraubung und stellt eine sichere Kraftübertragung mit zwei Bolzen her. Sie kann in U-Profil ausgeführt werden und das Pleuelgelenk (15) mit kleinerem U-Profil aufnehmen. Das U-Profil lagert die Bolzen doppelt.
Der Zünddruck kann indirekt über Keil (23) gemessen werden.
Eine Weiterbildung des Patentanspruch 1 ermöglicht es, für einen Mehrzylinder-Motor eine modulare Bauweise zu wählen, indem eine Welle mit Zahnrädern die Motoren verkoppelt. Sie treibt die einzelnen Kurbelwellen und nimmt ihr Drehmoment auf. Um gewicht zu sparen kann die Welle als Hohlwelle ausgeführt sein. Für starke Motoren sind spezielle Zahnräder einzusetzen. In der Patentanmeldung DE 10 2007 053 170.4-12 sind Zahnräder als Dreierpaket mit stark elastischen Zähnen beschrieben. Die Gabel (22) erhält dann drei Arme, um Kurbelwelle (19) dreifach zu lagern. Ein etwas anderer Motor-Typ ist eine Anordnung mit Einzylinder-Motoren um eine Zahnradscheibe, gleich Welle.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102007053170 [0013]

Claims

Kolbenmotor mit mindestens zwei Kurbelwellen, drei Pleuelstangen, einem Pleuelgelenk und einem in einem Zylinder linear geführten Kolben, dessen hin- und hergehende Bewegung über eine Pleuelstange (14), einem Pleuelgelenk (15) mit zwei Bolzen (A) und (B) und einem Stopper (S), zwei Pleuelstangen (16) und (17) auf zwei Kurbelwellen (18) und (19) übertragen wird, die sich zusammen mit an ihnen zentrisch fixierten Zahnrädern (20) und (21) drehen, diese 1:1 verzahnt sind, die Kurbelwelle (19) mit Mittelpunkt (M) als Masterkurbelwelle fungiert dadurch gekennzeichnet, dass Pleuelgelenk (15) die drei Pleuelstangen mit zwei Bolzen verkoppelt, die Pleuelstange (14) im oberen Totpunkt leicht zur Seite von Kurbelwelle (18) zeigt, die Pleuelstange (17) in den Mittelpunkt (M) zeigt, die Pleuelstange (16) länger ist als Pleuelstange (17), im oberen Totpunkt, etwa zum Zündzeitpunkt, über den Mittelpunkt der Kurbelwelle (18) zeigt, die in ihr im weiteren Drehverlauf ein Drehmoment erzeugt, welches weiter über Zahnrad (20) und Zahnrad (21) die Masterkurbelwelle treibt, diese auch durch den Druck von Pleuelstange (17) getrieben wird, dabei die Bewegung von Bolzen (A) einen Schwenk hin über die Mittellinie von Zylinder (12) zur Masterkurbelwelle ausführt, zurück dann insgesamt etwa einer Achterbahn folgt, der Bolzen (B) in der Abwärtsbewegung etwa einer Geradführung folgt, das Pleuelgelenk (15) mit seinem Stopper (S) in der Abwärtsbewegung an Pleuelstange (17) anliegt, zurück das Pleuelgelenk (15) von Pleuelstange (17) abknickt, wobei die Masterkurbelwelle in einer Gabel (22) gelagert ist, die an ihrem Fußpunkt durch einen Keil (23) fixiert ist, wird er gelöst, die Gabel (22) im Drehkreis um den Mittelpunkt (M) absenkt, dadurch die angekoppelte Pleuelstange (17), das Pleuellager (15), die Pleuelstange (14) und der Kolben (13) den oberen Totpunkt tiefer legen, dadurch sich das Verdichtungsverhältnis verringert, um im Leerlauf oder Teillastbetrieb mit weniger Druck (P) den Energieverbrauch zu senken, in umgekehrter Richtung sich die Gabel (22) auf seinem Drehkreis mit Mittelpunkt (M) dreht, der Motor wieder das hohe Verdichtungsverhältnis erreicht, dazu der Keil (23) vor dem Hochschieben kurz umgekehrt angesteuert wird, um zu lockern, dieses im Motortakt Ansaugen, wenn der Fußpunkt von Gabel (22) entlastet wird, wobei sich unter Beibehaltung der Lage der Masterkurbelwelle die Kompression erhöht, indem der exzentrische Stopper (S) während der Hubbewegung um etwa 90 Grad gedreht wird, dadurch das Pleuelgelenk (15) im oberen Bereich anhebt, die Pleuelstange (14) steiler stellt und somit den oberen Totpunkt weiter nach oben verlegt.