DE102019006463A1

DE102019006463A1 - Rocker arm mechanism with counter-coupling function on the piston stroke, especially for Otto engines

Info

Publication number: DE102019006463A1
Application number: DE102019006463.1A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-09-05
Filing date: 2019-09-05
Publication date: 2021-03-11

Abstract

Schwinghebeltriebwerk mit Gegenkopplungsfunktion an Kolbenhub zwecks z.B. drehmomentsteigernder Verdoppelung des Kurbelwellenhubes gegenüber dem Kolbenhub, realisiert über Lagerung des Schwinghebels auf einer drehverstellbaren Exzenterschwinge und weiter ergänzt mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Über die wegmässige Gegenkopplung an Kolbenhub und der daraus resultierenden Kraft-Weg-Komprimierung, wirken thermodynamisch erzeugte Kolbenkräfte mit weniger Abschwächung entlang des thermodynamischen Kurvenverlaufs und zudem noch auf verlängerten Hebelarm einer radiusgeweiteten Kurbelwelle, was in zweifacher Hinsicht zu einer Anhebung des Drehmoments führt und zusammen mit der zugleich erzeugten Streckung der Weglänge des Trieb-Kreisbogens an der Kurbelwelle eine gravierende Steigerung des Wirkungsgrades auf ca. 50% auch bei relativ kleinem Hubvolumen von ca. 100cm3bedeutet. Ein Zweizylinder-Zweitakter nach Ausführungsvorschlag, versehen mit Ölschmierung wie beim Viertakter, eignet sich besonders als Hilfsmotor für E-Autos, der einen Generator antreibt, desse Strom bei Bedarf für Batterieladung und/oder direkt für den Elektroantrieb nutzbar ist.Rocker arm drive mechanism with counter-coupling function on the piston stroke for the purpose of e.g. doubling the crankshaft stroke torque compared to the piston stroke, realized by mounting the rocker arm on a rotatably adjustable eccentric rocker and further supplemented with the features of claim 1. About the path-moderate counter-coupling to the piston stroke and the resulting force-displacement compression Thermodynamically generated piston forces act with less weakening along the thermodynamic curve and also on the extended lever arm of a radius-widened crankshaft, which leads to an increase in torque in two respects and, together with the elongation of the path length of the drive circular arc on the crankshaft, a serious increase the efficiency to approx. 50% even with a relatively small displacement of approx. A two-cylinder two-stroke engine according to the proposed design, provided with oil lubrication like the four-stroke engine, is particularly suitable as an auxiliary motor for e-cars, which drives a generator whose electricity can be used for battery charging and / or directly for the electric drive.

Description

Schwinghebeltriebwerk mit Gegenkopplungsfunktion an Kolbenhub zwecks drehmomentsteigernder Vergrösserung des Kurbelwellenhubes realisiert über Lagerung des Schwinghebels auf einem drehverstellbaren Exzenterelement, das von einem separaten Koppelpleuel der Kurbelwelle betätigt wird, insbesondere für 2-Takt-Ottomotor mit Frischluftzuführung über Einlass-Schlitze und Abgas-Beseitigung über ein Ventil, sowie mit Direkt-Kraftstoff-Dosierung in Brennraum, in dem die durch Fremdzündung ausgelösten thermodynamischen Kolbenkräfte von einem Kolbenpleuel und einem Triebpleuel auf die Kurbelwelle übertragen werden.Rocker arm drive mechanism with counter-coupling function on the piston stroke for the purpose of increasing the torque of the crankshaft stroke realized by mounting the rocker arm on a rotatable eccentric element that is actuated by a separate coupling rod of the crankshaft, especially for 2-stroke gasoline engines with fresh air supply via inlet slots and exhaust gas removal via a valve , as well as with direct fuel metering in the combustion chamber, in which the thermodynamic piston forces triggered by external ignition are transmitted from a piston connecting rod and a drive connecting rod to the crankshaft.

Stand der TechnikState of the art

Zweck der Erfindung ist, mit thermodynamisch erzeugten Gaskräften, insbesondere beim 2-Takt-System, bestmögliche Drehmomente über vergrösserte Hebelarmwirkung auf eine Kurbelwelle zu übertragen und stellt eine Weiterentwicklung der Realisierungsvorschläge der Patentanmeldung DE 10 2017 007 812 A1 dar.The purpose of the invention is to use thermodynamically generated gas forces, especially in the 2-stroke system, to transfer the best possible torques to a crankshaft via an increased lever arm effect and represents a further development of the implementation proposals of the patent application DE 10 2017 007 812 A1 represent.

Einer der Nachteile bei der Umsetzung translatorischer Bewegungselemente in eine Rotation mit Hilfe der Kurbelwelle, wie das bei thermodynamisch betriebenen Systemen über Kolben-Pleuel-Kurbelwelle der Fall ist, resultiert aus der zwangsläufig vorhandenen Gegebenheit, dass die drehmomenterzeugende Hebelarmbildung an der Kurbelwelle zwischen den zwei Totpunkten der Kurbelwelle sinusförmig variiert und lediglich in einer Winkelstellung der Kurbelwelle maximal den halben Kolbenhub betragen kann.One of the disadvantages of converting translational movement elements into rotation with the help of the crankshaft, as is the case with thermodynamically operated systems via piston-connecting rod-crankshaft, results from the inevitable fact that the torque-generating lever arm formation on the crankshaft between the two dead points the crankshaft varies sinusoidally and can only amount to a maximum of half the piston stroke in one angular position of the crankshaft.

Desweiteren bewirkt das Ausschwenken des Kolbenpleuels bei einem Norm-Kurbeltriebwerk, während des ausschlaggebenden ersten Drittels des Kolbenhubs, einen vergrösserten Anteil vom Gesamtkolbenweg, wodurch in diesen Bereich ein entsprechend steilerer Abfall des kolbenwegabhängigen thermodynamischwirksamen Kraftverlaufs entsteht und dadurch ein Teil der Kraftwirkung für die Drehmomentbildung verloren geht. Daran ändert auch nichts die cosinusabhängige Steigerung der Pleuelkraft über die Stützkraft des Kolbens im Zylinder, weil gleichzeitig dabei auch die Reibwiderstände wachsen, insbesondere verstärkt beim Verdichtungshub.Furthermore, in a standard crankshaft drive, the pivoting of the piston connecting rod causes an increased proportion of the total piston travel during the decisive first third of the piston stroke, which results in a correspondingly steeper drop in the piston travel-dependent thermodynamically effective force curve in this area and thus a part of the force for the torque generation is lost . The cosine-dependent increase in the connecting rod force via the supporting force of the piston in the cylinder does not change anything in this regard, because at the same time the frictional resistances also increase, especially during the compression stroke.

Insgesamt führt das dazu, vor allem aber durch den Zusammenhang „Kolbenhub gleich Kurbelwellenhub“, dass die gewünschten Drehmomemte und damit auch Leistungen nur mit Wirkung grösstmöglicher thermodynamischer Kräfte an dem relativ kleinen Hebelarm an der Kurbelwelle erzeugt werden können, was die maximal mögliche Steigerung des Verdichtungsverhältnisses bei möglichst hoher Drehzahl zur Folge hat, mit entsprechend voluminös verstärkt ausgebildeten Triebelementen, vor allem der Kurbelwelle, um den extremen Belastungskräften standzuhalten.All in all, however, mainly due to the connection “piston stroke equals crankshaft stroke”, the desired torques and thus also outputs can only be generated with the effect of the greatest possible thermodynamic forces on the relatively small lever arm on the crankshaft, which is the maximum possible increase in the compression ratio at the highest possible speed, with correspondingly more voluminous, reinforced drive elements, especially the crankshaft, in order to withstand the extreme load forces.

Weiterer gravierender Nachteil der Brennvorgänge bei grösstmöglichem Verdichtungsverhältnis ist die Entstehung unerwünschter Abgasbestandteile, die eine aufwendige Nachbehandlung erforderlich machen, mit zusätzlicher Negativbelastung der ohnehin ungünstigen Wirkungsgradbilanz und Umweltverträglichkeit, was derzeit die Hauptursache für die Ablehnung thermodynamischer Antriebsysteme für zukünftige Mobilität darstellt.Another serious disadvantage of the combustion process at the highest possible compression ratio is the formation of undesirable exhaust gas components, which make complex aftertreatment necessary, with additional negative impact on the already unfavorable efficiency balance and environmental compatibility, which is currently the main reason for the rejection of thermodynamic drive systems for future mobility.

Die Beseitigung dieser Nachteile ist zum Inhalt der Patentanmeldung DE 10 2017 007 812 A1 und zeigt auch auf, wie mit einem frei drehbaren Schwinghebel, der auf einem drehverstellbaren Exzenterelement (nachfolgend Exzenterschwinge genannt) gelagert ist, eine wegmässige Gegenkopplung an Kolbenhub über die variierende Exzenterwirkung im Lager des Schwinghebels entsteht, die stets kolbenwegreduzierend bei der Ausführung des Kolbenhubs wirkt, wobei der Kolben und die Kurbelwelle auf einer Seite zum Schwinghebel angeordnet sind, mit dem Ziel, das Triebpleuel am Schwinghebel mit Druckkraft auf die Kurbelwelle mit dem gegenüber dem Kolbenhub vergrösserten Kurbelwellenhub wirken zu lassen.The elimination of these disadvantages is part of the content of the patent application DE 10 2017 007 812 A1 and also shows how a freely rotatable rocker arm, which is mounted on a rotatably adjustable eccentric element (hereinafter referred to as the eccentric rocker), creates a path-moderate counter-coupling to the piston stroke via the varying eccentric effect in the rocker arm bearing, which always reduces the piston travel when the piston stroke is executed, wherein the piston and the crankshaft are arranged on one side of the rocker arm, with the aim of allowing the drive connecting rod on the rocker arm to act with compressive force on the crankshaft with the crankshaft stroke which is greater than the piston stroke.

Die gewählte Anordnung von Kolben und Kurbelwelle auf einer Seite zum Schwinghebel, bedingt durch die gewünschte Druckpleuelbetätigung der Kurbelwelle, beeinträchtigt jedoch die optimalen Reduzierraten der Gegenkopplungsfunktion auf den Kolbenweg, vor allem im wichtigen Anfangsbereich des Kolbenhubs, wodurch der grösstmöglichen Steigerung des Drehmomentes durch die wegmässige Gegenkopplung an Kolbenhub und der damit einhergenenden Kurbelhuberweiterung engere Grenzen gesetzt sind.The selected arrangement of the piston and crankshaft on one side of the rocker arm, due to the desired actuation of the pressure connecting rods of the crankshaft, however, impairs the optimal reduction rates of the negative feedback function on the piston travel, especially in the important starting area of the piston stroke, which results in the greatest possible increase in torque due to the negative feedback there are narrower limits set on the piston stroke and the associated crank stroke extension.

AufgabenstellungTask

Die Aufgabe des vorliegenden Realisierungswegs besteht darin, z.B. problemlos eine Verdoppelung des Kurbelwellenhubs gegenüber dem Kolbenhub zu ermöglichen, um damit eine vorteilhafte Steigerung des Drehmoments an der Kurbelwelle zu erzeugen mit Steigerungspotential des Drehmoments über den gesamten Kolbenhub, verbunden mit entsprechender Wirkungsgradanhebung in ähnlicher Grössenordnung, bei Anwendung eines moderaten Verdichtungsverhältnisses von ε =10.The task of the present implementation method is, for example, to easily double the crankshaft stroke compared to the piston stroke in order to generate an advantageous increase in the torque on the crankshaft with the potential to increase the torque over the entire piston stroke, combined with a corresponding increase in efficiency of a similar magnitude Use of a moderate compression ratio of ε = 10.

Dieses Steigerungspotential des Drehmomentes wird durch Anordnung von Kolben und Kurbelwelle jeweils auf gegenüberliegender Seite des Schwinghebels ermöglicht, wodurch das Triebpleuel mit Zugkraft das Drehmoment auf die Kurbelwelle überträgt und das Koppelpleuel mit Schubkraft den dafür ausgebildeten Hebelansatz der Exzenterschwinge betätigt.This potential for increasing the torque is made possible by arranging the piston and crankshaft on the opposite side of the rocker arm Driving connecting rod with pulling force transfers the torque to the crankshaft and the coupling connecting rod with pushing force actuates the lever attachment of the eccentric rocker designed for this purpose.

Bei dieser Anordnung können vorteilhaft die Kurbelwellenzapfen von Triebpleuel und Koppelpleuel winkelmässig sowie radial relativ nahe zueinander gesetzt werden, wobei die Kraftwirkung des Koppelpleuels in jeder Winkelstellung der Kurbelwelle während des gesamten Arbeithubs fast parallel zueinander verläuft. Ebenso vollführt auch das Triebpleuel beim Arbeitshub eine annähernd parallele Bewegung in Längsrichtung aus.With this arrangement, the crankshaft journals of the drive connecting rod and coupling rod can be placed relatively close to one another in terms of angle and radial direction, with the force of the coupling rod running almost parallel to one another in every angular position of the crankshaft during the entire working stroke. The drive connecting rod also executes an approximately parallel movement in the longitudinal direction during the working stroke.

Offensichtlich ist die Realisierung der Gegenkopplung über Kurbelwellenbetätigung der Exzenterschwinge über ein Koppelpleuel die bestmögliche Lösung für die gewünschte Steigerung des Triebdrehmoments an der Kurbelwelle.Obviously, the implementation of the negative coupling via crankshaft actuation of the eccentric rocker via a coupling rod is the best possible solution for the desired increase in the drive torque on the crankshaft.

Der Grund hierfür ist die Art der Betätigung der Exzenterschwinge, wo in umkehrweise zum Kolben-Pleuel-Kurbelwelle-Normsystem ein doppelter Verstellbereich gegenüber dem dabei wirkenden Hebelarm am Exzenter der Exzenterschwinge erreicht wird, mit dem Vorteil, des ebenfalls halbierten Drehmomentaufwands in Bezug zum Verstellweg bei Überwindung eines Drehwiderstandes an der Exzenterschwinge.The reason for this is the type of actuation of the eccentric rocker, where, in reverse to the piston-connecting rod-crankshaft standard system, a double adjustment range compared to the lever arm acting on the eccentric of the eccentric rocker is achieved, with the advantage that the torque expenditure is also halved in relation to the adjustment path Overcoming a rotational resistance on the eccentric rocker.

Vorteile bringt auch das Absinken des Schwinghebels über die Exzenterwirkung im Lager des Schwinghebels, einmal durch die nahezu liniare Bewegung des Kolbenpleuels mit nahezu stützkraftfreier Führung des Kolbens im Zylinder und zusätzlich durch die vergrösserte Bogenführung beim Auslenken des Triebpleuels, wodurch der kurbelwellenseitige Hebelarm des Schwinghebels das Triebpleuel dahingehend lenkt, dass beim Arbeitshub die vom Zugpleuel auf die Kurbelwelle übertragenen Triebkräfte einmal über die Winkelstellung von Schwinghebelarm zum Triebpleuel und weiter über vergrösserte Hebelarmbildung an der Kurbelwelle wirken, was teilweise zu einer Verdoppelung des Trieb-Drehmoments entlang des gesamten Kolbenhubs führt, bezogen auf ein Norm-Druckpleuel mit vergleichbaren Kolbenhubvolumen.The lowering of the rocker arm via the eccentric action in the rocker arm's bearing also brings advantages, firstly through the almost linear movement of the piston connecting rod with virtually no support force-free guidance of the piston in the cylinder, and also through the enlarged arcuate guide when the driving rod is deflected, whereby the crankshaft-side lever arm of the rocking arm acts as the drive connecting rod steers to the effect that during the working stroke the driving forces transmitted from the connecting rod to the crankshaft act once via the angular position of the rocker arm to the drive connecting rod and further via increased lever arm formation on the crankshaft, which partially leads to a doubling of the drive torque along the entire piston stroke, based on a Standard pressure connecting rods with comparable piston stroke volumes.

Hinzu kommt, dass durch die Gegenkopplungsfunktion keine höhere Verdichtungsarbeit anfällt, trotz Ausführung mit einem vergrösserten Kurbelwellenhub, weil das von Koppelpleuel ausgehende Drehmoment dem Drehmoment an der Kurbelwelle für die Ausführung der Verdichtung entgegenwirkt und damit anteilig abschwächt. Daher ist die Verdichtungsarbeit mit einem minimierten Aufwand durchführbar, nicht zuletzt durch die reibarme Kraftübertragung der Triebelemente. Somit ist zusätzlich mit Hilfe der Gegenkopplung erreichbar, dass die Bildung des Triebdrehmoments an der Kurbelwelle weitgehend ohne prinzipbedingte Hemmnisse erfolgen kann.In addition, the negative feedback function does not result in any higher compression work, despite the design with an increased crankshaft stroke, because the torque from the coupling rod counteracts the torque on the crankshaft for performing the compression and thus weakens it proportionally. The compression work can therefore be carried out with minimal effort, not least due to the low-friction power transmission of the drive elements. Thus, with the help of the negative coupling, it can also be achieved that the formation of the drive torque on the crankshaft can take place largely without any obstacles inherent in the principle.

Die gesamte Triebleistung des Arbeitshubes nach Realisierungsvorschlag setzt sich zusammen einmal aus der Haupt-Drehmomentbildung durch die radiale Schwinghebelwirkung und weiter aus den Zug- bzw. Druckkräften, die das Schwinghebellager belasten und sofern diese mit einem Hebelarm auf das Lager der Exzenterschwinge wirken, entstehen Drehmomente die überwiegend den Drehmomenten der Gegenkopplung entgegen wirken und somit die Triebleistung an der Kurbelwelle steigern.The total drive power of the working stroke according to the implementation proposal is composed of the main torque generation through the radial rocker arm effect and further from the tensile or compressive forces that load the rocker arm bearing and if these act with a lever arm on the bearing of the eccentric rocker, torques arise predominantly counteract the torques of the negative feedback and thus increase the drive power on the crankshaft.

Bei der Betätigung der Kurbelwelle mit Gegenkopplungsfunktion über separates Koppelpleuel, dessen Länge über das erforderliche Mindestmass hinaus um einen geringen auf Wirkung sorgfältig abgestimmten Betrag erweitert ist und dem dazugehörigen mit Zugkraft wirkende Triebpleuel, entsteht eine systembedingte gegenseitige Drehmomentbeeinflussung zwischen Triebpleuel und Koppelpleuel, so das beim Arbeitshub eine Verschiebung des OT in Drehrichtung erfolgt, wo sich der „labile“ Gleichgewichtzustand befindet.When the crankshaft with counter-coupling function is operated via a separate coupling rod, the length of which is extended beyond the required minimum by a small amount that is carefully tailored to the effect, and the associated drive rod that acts with tensile force, a system-related mutual torque influence occurs between the drive rod and the coupling rod, i.e. during the working stroke there is a shift of the TDC in the direction of rotation, where the "unstable" equilibrium is.

Zusätzlich werden aus der OT-Verschiebung in Drehrichtung am Anfang des Kolbenhubes vorteilhaft minimierte Verstellraten des Kolbenwegs erreicht, wodurch die Übertragung der Höchstwerte der thermodynamischen Kolbenkräfte auf eine zusätzlich vergrösserte Bogenlänge des Triebzapfens der Kurbelwelle gestreckt wird.In addition, from the TDC shift in the direction of rotation at the beginning of the piston stroke, advantageously minimized adjustment rates of the piston travel are achieved, whereby the transfer of the maximum values of the thermodynamic piston forces is extended to an additionally increased arc length of the drive pin of the crankshaft.

Dabei ist von einem höheren Wandlungspotenzial der thermischen Energie in mechanische Arbeit auszugehen, was durch eine Absenkung der Abgastemperatur auch beim „Kurzhuber“ anschaulich wird.It can be assumed that the thermal energy has a higher potential for converting thermal energy into mechanical work, which is also illustrated by the lowering of the exhaust gas temperature with the “Kurzhuber”.

Der UT der Kurbelwelle, am Ende des Kolbenhubs, behält dagegen unverfälscht seine Winkelposition auf der Kolbenhub-Linie, wobei Triebpleuel und Koppelpleuel in dieser Stellung keine gegenseitige Beeinflussung erfahren und jedes für sich die „stabile“ Position einnehmen.The BDC of the crankshaft, at the end of the piston stroke, on the other hand, maintains its angular position on the piston stroke line, whereby the drive connecting rod and the coupling connecting rod do not experience any mutual influence in this position and each assume the "stable" position.

Die Gegenbewegung von Kolben zum Verstellweg der Lagerung des Schwinghebels auf der Exenterschwinge wirkt durch die Gegenkopplungsfunktion in gleichem Masse beim Arbeitshub wie auch beim Verdichtungshub. Ein Unterschied besteht jedoch darin, dass sich beim Arbeitshub das Lager des Schwinghebels und der Kolben gegenläufig zueinander und beim Verdichtungshub gegenläufig weg voneinander bewegen, weshalb der Verdichtungshub kraftmässig ohne Kolbenhubübersetzung ausgeführt wird, trotz z.B. doppelten Kurbelwellenhubs bezogen auf den Kolbenhub.The countermovement of the piston to the adjustment path of the mounting of the rocker arm on the eccentric rocker acts due to the counter-coupling function to the same extent on the working stroke and on the compression stroke. One difference, however, is that the bearing of the rocker arm and the piston move in opposite directions on the working stroke and away from one another in opposite directions on the compression stroke, which is why the compression stroke is carried out in terms of force without a piston stroke translation, despite e.g. double crankshaft stroke related to the piston stroke.

Desweiteren ergibt sich aus der Art der Anordnung der Betätigung der Exzenterschwinge durch das von der Kurbelwelle angetriebene Koppelpleuel die Möglichkeit, von dem am Hebelansatz der Exzenterschwinge gelagerten Endstück des Koppelpleuels/oder von der Schwinghebelnabe direkt, die Betätigung des Abgasventils mit/oder ohne Zwischenschaltung eines Schlepphebels ausführen zu lassen.Furthermore, the type of arrangement of the actuation of the eccentric rocker by the coupling rod driven by the crankshaft results in the possibility of actuating the exhaust valve with / or without the interposition of a rocker arm directly from the end piece of the coupling rod mounted on the lever attachment of the eccentric rocker arm / or from the rocker arm hub to be carried out.

Es ist auch möglich, mit dem Schwinghebel oder der Exzenterschwinge die Kraftstoffdosierung zu realisieren und damit auch eine entsprechende Fremdzündung des Kraftstoffgemisches punktgenau zu koppeln.It is also possible to implement the fuel metering with the rocker arm or the eccentric rocker and thus also to couple a corresponding external ignition of the fuel mixture with pinpoint accuracy.

Hierzu ist der Brennraum quer zum Zylinder im Zylinderkopf länglich verjüngend gestaltet, wobei an einem Endbereich die Einspritzdüse sitzt und den gegenüberliegenden Brennraum-Endbereich das Abgasventil markiert.For this purpose, the combustion chamber is designed to be elongated tapering transversely to the cylinder in the cylinder head, the injection nozzle being seated at one end area and the exhaust gas valve marking the opposite end area of the combustion chamber.

Die längliche Ausbildung des Brennraums sorgt für das Vorhandensein eines ausreichenden Luftüberschusses, in den mit der Direktdosierung des Kraftstoffs und einer geeigneten Platzierung der Zündelektroden eine Flammenfront gebildet werden kann, die im wesentlichen nicht die Brennraumwandung befeuert.The elongated design of the combustion chamber ensures that there is a sufficient excess of air in which, with the direct metering of the fuel and suitable placement of the ignition electrodes, a flame front can be formed that does not essentially fire the combustion chamber wall.

Daher ist es vorteilhaft beide Enden der Sekundärwicklung der Zündspule als Zündelektroden auszubilden und diese im Anfangsbereich des kraftstoffsprühenden Dosierstrahls zu platzieren, so dass die Flamme von der Kraftstoffströmung mitgerissen wird und schneller das gesamte Kraftstoffgemisch erfasst.It is therefore advantageous to design both ends of the secondary winding of the ignition coil as ignition electrodes and to place them in the starting area of the fuel-spraying metering jet so that the flame is carried away by the fuel flow and covers the entire fuel mixture more quickly.

Über ein separates Gebläse erfolgt die über Einlass-Schlitze geleitete Frischluftspülung des Zylinders, die zusätzlich bis max. 1bar Aufladung die Verdichtung unterstützt.A separate blower is used to flush the cylinder with fresh air, which is conducted through the inlet slots and additionally supports compression up to a maximum of 1 bar.

Dadurch das lediglich Einlassschlitze die Zylinderwandung unterbrechen, die Frischluft mit Überdruck zugeführt wird und die Abgase über ein am anderen Ende des Zylinders sitzendes Ventil abgeführt werden, ist eine Kolbenschmierung möglich, wie sie beim Viertaktmotor Anwendung findet.Because only the inlet slots interrupt the cylinder wall, the fresh air is supplied with overpressure and the exhaust gases are discharged via a valve located at the other end of the cylinder, piston lubrication is possible, as is used in four-stroke engines.

Die Gestaltung eines Zweizylinder-Zweitakters nach Ausführungsvorschlag eignet sich besonders zum Einsatz als Hilfsmotor, insbesondere wegen des zu erwartenden hohen Wirkungsgrades von ca. 50%, auch bei kleinen Hubvolumen um die 100cm³, der bei Bedarf als Stromerzeuger für Batterieladung und/oder direkt als Stromlieferant für den Elektroantrieb einsetzbar ist.The design of a two-cylinder two-stroke engine according to the proposed design is particularly suitable for use as an auxiliary engine, in particular because of the expected high efficiency of approx. 50%, even with a small stroke volume of around 100 cm ³ , which can be used as a power generator for battery charging and / or directly as a Electricity supplier for the electric drive can be used.

Wegen der geringen ohne zusätzlichen Mehraufwand erreichbaren Abgasemissionen, bedingt durch die direkte Kraftstoffdosierung und Zündung mit Luftüberschuss bei moderaten Verdichtungsverhältnis und wegen des geringen Volumens und Gewichts eines Hilfsmotors nach Realisierungsvorschlag, könnte auch bei einem E-Auto mit halbierter Batteriestärke uneingeschränkte Fahrweite erreicht werden.Because of the low exhaust gas emissions that can be achieved without additional effort, due to the direct fuel metering and ignition with excess air at a moderate compression ratio and because of the low volume and weight of an auxiliary engine according to the implementation proposal, unlimited driving distance could also be achieved with an electric car with half the battery strength.

FigurenlisteFigure list

Anhand der beiliegenden Zeichnungen werden die Anordnungen und die Funktionen der Realisierungselemente der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

1 Hauptansicht des Schwinghebeltriebwerks mit Gegenkopplungsfunktion an Kolbenhub mit Anordnung von Kolben(15) und Kurbelwelle(9) auf je einer Seite des Schwinghebels(1), dessen Triebpleuel(7) mit Zugkraft und das Koppelpleuel(8) mit Druckkraft bewegt wird, teilweise nur mit Funktionslinien und Drehpunkten dargestellt. Der Kolbenhub und der Kurbelwellenhub(N/S) sind mit zugeordneten Kraft-bzw. Drehmomentdiagrammen versehen.
2 Seitenansicht des Schwinghebels(1), teilweise geschnitten dargestellt, der drehend auf dem Lagerstück(5) der Exzenterschwinge(4) geführt wird, die wiederum im Gehäuse(14) einen festen Drehpunkt(25) besitzt, um den die Exzenterschwinge(4) mittels eines separaten Koppelpleuels(8) der Kurbelwelle(9) betätigt wird.
3 Hauptansicht eines Schwinghebeltriebwerks mit Gegenkopplungsfunktion an Kolbenhub bei Anordnung von Kolben und Kurbelwelle auf einer Seite des Schwinghebels.
4 Hauptansicht eines Schwinghebeltriebwerks mit Gegenkopplungsfunktion an Kolbenhub, wie in 1 dargestellt, jedoch nicht mit Bezugszeichen versehen.

The arrangements and functions of the implementation elements of the invention are explained in more detail with the aid of the accompanying drawings. Show it:

1 Main view of the rocker arm mechanism with counter-coupling function on the piston stroke with an arrangement of pistons ( 15th ) and crankshaft ( 9 ) on each side of the rocker arm ( 1 ), whose connecting rods ( 7th ) with pulling force and the coupling rod ( 8th ) is moved with pressure force, sometimes only shown with function lines and pivot points. The piston stroke and the crankshaft stroke (N / S) are associated with the force or. Provide torque diagrams.
2 Side view of the rocker arm ( 1 ), shown partially in section, rotating on the bearing piece ( 5 ) the eccentric rocker ( 4th ), which in turn is in the housing ( 14th ) a fixed pivot point ( 25th ) around which the eccentric rocker ( 4th ) by means of a separate coupling rod ( 8th ) the crankshaft ( 9 ) is operated.
3 Main view of a rocker arm drive mechanism with counter-coupling function on the piston stroke with the piston and crankshaft arranged on one side of the rocker arm.
4th Main view of a rocker arm mechanism with negative feedback function on the piston stroke, as in 1 shown, but not provided with reference numerals.

Die vorliegende Ausführung korrespondierender Triebelemente, teilweise nur in Funktionslinien dargestellt, für ein thermodynamisches Antriebsystem mit Gegenkopplungsfunktion an Kolbenhub über Führung eines drehend gelagerten Schwinghebels(1) auf einem Lagerstück(5) einer Exzenterschwinge(4), zwecks z.B. Verdoppelung des Kurbelwellenhubes(S) gegenüber dem Kolbenhub und sind dahingehend zueinander angeordnet und ausgestaltet, dass dadurch gegenüber einem vergleichbaren Norm-Kurbeltrieb(N) beim Arbeitshub mindestens 50% höhere Drehmomente an der Kurbelwelle(9) wirksam werden und beim Verdichtungshub die minimierte Verdichtungsarbeit über die wirksame Gegenkopplungsfunktion erhalten bleibt und daher ohne zusätzliche Hemmnisse ausführbar ist, was einen Unterschied zu den zwangsläufig bei einer Norm-Verdichtung bestehenden Durchführungshemmnissen darstellt.The present embodiment of corresponding drive elements, partly only shown in functional lines, for a thermodynamic drive system with counter-coupling function on the piston stroke via the guidance of a pivoting rocker arm ( 1 ) on a bearing piece ( 5 ) an eccentric rocker ( 4th ), for the purpose of e.g. doubling the crankshaft stroke (S) compared to the piston stroke and are arranged and designed in such a way that compared to a comparable standard crankshaft drive (N) during the working stroke, at least 50% higher torques on the crankshaft ( 9 ) become effective and during the compression stroke the minimized compression work is retained via the effective negative feedback function and can therefore be carried out without additional obstacles, which inevitably differs from the a standard consolidation represents existing implementation obstacles.

Desweiteren kennzeichnet das in den 1 und 2 weitgehend im richtigen Grössenverhältnis dargestellte Ausführugsbeispiel eines Zweitakters die Bestrebung, Hebelarme(2/3) des Schwinghebels(1) möglichst kurz auszuführen, um die Wirkkräfte in sämtlichen Drehlagern und auf die Wangen(10) der Kurbelwelle(9) beherrschbar- und das Bauvolumen, bezogen auf Leistung, klein zu halten, was mit einem „Kurzhuber“ im Verhältnis von Kolbendurchmesser 36mm zu Kolbenhub 27mm realisiert wird.It also indicates that in the 1 and 2 An example of a two-stroke engine, shown largely in the correct size ratio, the effort to use lever arms ( 2 / 3 ) of the rocker arm ( 1 ) as short as possible to ensure that the effective forces in all pivot bearings and on the cheeks ( 10 ) the crankshaft ( 9 ) manageable - and to keep the construction volume, based on power, small, which is achieved with a "short stroke" in the ratio of piston diameter 36mm to piston stroke 27mm.

Der Brennraum(20) des Zweitakters ist quer zum Zylinder(17) im Zylinderkopf(16) länglich verjüngend gestaltet, wobei an einem Endbereich die Einspritzdüse(21) mit den in näheren Nachbarschaft platzierten Zündelektroden(26) sitzt und den gegenüberliegenden Brennraum-Endbereich das Abgasventil(22) markiert.The combustion chamber ( 20th ) of the two-stroke engine is perpendicular to the cylinder ( 17th ) in the cylinder head ( 16 ) designed elongated tapering, with the injection nozzle ( 21 ) with the ignition electrodes placed in close proximity ( 26th ) and the opposite end of the combustion chamber is the exhaust valve ( 22nd ) marked.

Für die nahezu Verdoppelung des Kurbelwellenhubs(S) auf 52mm gegenüber dem Kolbenhub von 27mm ist die Exzenterschwinge(4) mit einem Exzenterradius(26) von 8,8mm gestaltet, was eine Verstellweite des Lagerstücks(5) der Exzenterschwinge(4) von 16,4mm erzeugt. Desweiteren wird zusätzlich die Betätigungsweite der Exzenterschwinge(4) über das am Hebelansatz(6) drehbefestigte Koppelpleuel(8) auf einen kraftreduzierenden Verstellbereich von 37,6mm erweitert, dem eine angepasste Koppelhubweite(G) von 37,2mm des Koppelzapfens(12) der Kurbelwelle(9) für das Koppelpleuel(8) zugeordnet liegt.For almost doubling the crankshaft stroke (S) to 52mm compared to the piston stroke of 27mm, the eccentric rocker ( 4th ) with an eccentric radius ( 26th ) of 8.8mm, which means an adjustment range of the bearing piece ( 5 ) the eccentric rocker ( 4th ) of 16.4mm. Furthermore, the operating range of the eccentric rocker ( 4th ) via the lever attachment ( 6th ) swivel-mounted coupling rods ( 8th ) extended to a force-reducing adjustment range of 37.6mm, to which an adapted coupling stroke width (G) of 37.2mm of the coupling pin ( 12th ) the crankshaft ( 9 ) for the coupling rod ( 8th ) is assigned.

Der auf dem Lagerstück(5) drehend gelagerte Schwinghebel(1) vollführt somit durch die Verstellung der Exzenterschwinge(4) auf den beiden fluchtend angeordneten Lagerbolzen(13) im Gehäuse(14) eine kombinierte Bewegung aus, bestehend einmal aus einer Drehbewegung im Winkel von 60° und der zugleich vollzogenen Wegverschiebung über die Führung des Schwinghebels(1) auf dem Lagerstück(5) der Exzenterschwinge(4) von 16,4mm, die jedoch bogenförmig ausgeführt wird, was unter anderem vorteilhaft die Seitenkräfte und die daraus resultierenden Reibwiderstände des Kolbens(15) im Zylinder(17) weitestgehend eliminiert.The one on the bearing piece ( 5 ) pivoting rocker arms ( 1 ) thus performs by adjusting the eccentric rocker ( 4th ) on the two aligned bearing pins ( 13th ) in the housing ( 14th ) a combined movement consisting of a rotary movement at an angle of 60 ° and the simultaneous displacement of the path via the guide of the rocker arm ( 1 ) on the bearing piece ( 5 ) the eccentric rocker ( 4th ) of 16.4mm, which, however, is curved, which, among other things, advantageously reduces the lateral forces and the resulting frictional resistance of the piston ( 15th ) in the cylinder ( 17th ) largely eliminated.

Kolbenhublinie(18), Linie(19) der Verstellweite des Lagersstücks(5) der Exzenterschwinge(4) und Kurbelhublinie(27) sind ohne drehmomentsteigernde Optimierungsanpassung parallel und symmetrisch übereinander bzw. untereinander angeordnet.Piston stroke line ( 18th ), Line ( 19th ) the adjustment range of the bearing piece ( 5 ) the eccentric rocker ( 4th ) and crank stroke line ( 27 ) are arranged in parallel and symmetrically one above the other or one below the other without torque-increasing optimization adjustment.

Die vorteilhafte Optimierungsanpassung besteht darin, dass die Linie(19) der Verstellweite des Lagerstücks(5) der Exzenterschwinge(4) um ca. 5° im Uhrzeigersinn verlegt wird mit Drehpunkt zentrisch zum Lagerstück(5) bei Stellung der Exzenterschwinge(4) im UT. Diese winkelmässige Verschiebung hat zur Folge, das auch die Kolbenhublinie(18) eine Verlegung erfährt, die jedoch winkelmässig grösser ausfällt mit gegensätzlicher Verdrehrichtung und es bilden sich in den Endstellungen des Kolbenhubs zwischen Kolbenhublinie(18) und den Stellungslinien des Schwinghebels(1) in den beiden Totpunkten unterschiedlich grosse Winkel aus, wobei der Startwinkel des Arbeithubes deutlich grösser ausfällt, als der Endwinkel des Arbeithubes, was sich vorteilhaft für die Drehmomentbildung an der Kurbelwelle(9) auswirkt.The advantageous optimization adjustment is that the line ( 19th ) the adjustment range of the bearing piece ( 5 ) the eccentric rocker ( 4th ) is moved by approx. 5 ° clockwise with the pivot point centric to the bearing piece ( 5 ) at the position of the eccentric rocker ( 4th ) in the UT. This angular shift has the consequence that the piston stroke line ( 18th ) is relocated, but the angle is larger with the opposite direction of rotation and it is formed in the end positions of the piston stroke between the piston stroke line ( 18th ) and the position lines of the rocker arm ( 1 ) in the two dead centers differently large angles, whereby the starting angle of the working stroke is significantly larger than the end angle of the working stroke, which is advantageous for the torque generation on the crankshaft ( 9 ) affects.

Die unterschiedlichen Längen der Hebelarme(2/3) des Schwinghebels(1), kurbelwellenseitige Hebelarmlänge beträgt 36,8mm, ergeben das Übersetzungsverhältnis von 1,23 , womit die Kolbenkräfte mit Übersetzung auf die Kurbelwelle(9) wirken, sowohl beim Arbeitshub wie auch im Umkehrsinn beim Verdichtungshub.The different lengths of the lever arms ( 2 / 3 ) of the rocker arm ( 1 ), the crankshaft-side lever arm length is 36.8mm, result in a transmission ratio of 1.23, which means that the piston forces with transmission on the crankshaft ( 9 ) act, both on the working stroke and in the reverse direction on the compression stroke.

Die vergrösserten Triebkräfte an der Kurbelwelle(9) über das Übersetzungsverhältnis der Hebelarmlängen des Schwinghebels(1) belasten anteilig beim Arbeitshub auch verstärkt das Lagerstück(5) über den Schwinghebel(1) und somit auch die Kraftwirkung des Koppelpleuels(8) mit dessen Gegenwirkung auf die Kurbelwelle(9), weshalb Hebelübersetzungen vorzugsweise nur in moderatem Umfang anzuwenden sind.The increased driving forces on the crankshaft ( 9 ) via the transmission ratio of the lever arm lengths of the rocker arm ( 1 ) proportionally stress the bearing piece during the working stroke ( 5 ) via the rocker arm ( 1 ) and thus also the force of the coupling rod ( 8th ) with its counteraction on the crankshaft ( 9 ), which is why leverage ratios should preferably only be used to a moderate extent.

Der Abstand im Gehäuse(14) zwischen Lagerbolzen(13) der Exzenterschwinge(4) zum Kurbelwellenlager beträgt 58,4mm und in gleicher Länge ist auch das Koppelpleuel(8) ausführbar, was eine Mindestlänge darstellt und darüber hinaus vorzugsweise geringfügig auf 58.85mm verlängert wird, um einmal selbsthemmender Überbestimmung vorzubeugen und weiter die vorteilhafte Totpunktverschiebung am Anfang des Arbeitstaktes zu bewirken, was zusammen mit dem zwangsläufig bedingten radialen Versatz des Triebzapfen(11) zum Koppelzapfen(12) auf der Kurbelwelle(9) realisiert wird.The distance in the housing ( 14th ) between the bearing pin ( 13th ) the eccentric rocker ( 4th ) to the crankshaft bearing is 58.4mm and the coupling rod ( 8th ), which represents a minimum length and is also preferably slightly extended to 58.85mm in order to prevent self-locking overdetermination and further to bring about the advantageous dead center shift at the beginning of the work cycle, which together with the inevitable radial offset of the drive pin ( 11 ) to the coupling spigot ( 12th ) on the crankshaft ( 9 ) is realized.

Die Verlegung des OT in Drehrichtung um einen Winkelbetrag von ca. 20° erfolgt an die Stelle, wo das „labile“ Gleichgewicht an der Kurbelwelle(9) sich einstellt zwischen dem Drehmoment des mit zugkraftwirkenden Triebpleuels(7) und dem Gegenmoment des mit druckkraftwirkenden Koppelpleuels(8).The relocation of the TDC in the direction of rotation by an angle of approx. 20 ° takes place at the point where the "unstable" equilibrium on the crankshaft ( 9 ) is set between the torque of the drive connecting rod that acts as a traction force ( 7th ) and the counter-torque of the coupling rod that acts with the pressure force ( 8th ).

Ein Vorteil des verlegten OT in Drehrichtung besteht darin, dass eine günstige Drehmomentanhebung über die Kolbenweg-Verstellrate im Verhältnis zum Kurbeldrehwinkel entsteht, die über eine vorteilhafte Steigerung des wegmässigen Gegenkopplungspotentials am Kolben(15) im wichtigen ersten Drittel des Kolbenhubs wirkt, wo Kolbenkräfte den Höchstwert haben.One advantage of the relocated TDC in the direction of rotation is that a favorable increase in torque is created via the piston travel adjustment rate in relation to the crank rotation angle, which is achieved via an advantageous increase in the potential for negative feedback on the piston ( 15th ) acts in the important first third of the piston stroke, where piston forces have their maximum value.

Die gesamte Triebleistung an der Kurbelwelle(9) beim Arbeitshub setzt sich zusammen, einmal aus der Drehmomentbildung durch die radiale Kraftwirkung am Schwinghebel(1) und weiter aus den Zug- bzw. Druckkräften des Schwinghebels(1) die das Lagerstück(5) belasten und sofern diese mit einem Hebelarm auf die Lagerbolzen(13) der Exzenterschwinge(4) wirken, entstehen Drehmomente an der Exzenterschwinge(4), die überwiegend dem Drehmoment des Koppelpleuels(8) entgegen wirken und somit die Triebleistung an der Kurbelwelle(9) steigern.The entire drive power on the crankshaft ( 9 ) during the working stroke is composed of the torque generated by the radial force on the rocker arm ( 1 ) and further from the tensile and compressive forces of the rocker arm ( 1 ) which the bearing piece ( 5 ) and if this is placed with a lever arm on the bearing pin ( 13th ) the eccentric rocker ( 4th ) act, torques occur on the eccentric rocker ( 4th ), which mainly depends on the torque of the coupling rod ( 8th ) counteract and thus the drive power on the crankshaft ( 9 ) increase.

Die Betätigung der Exzenterschwinge(4) mit dem von der Kurbelwelle(9) angetriebenen Koppelpleuel(8) wird zugleich auch für die Betätigung des Abgasventils(22) mit Zwischenschaltung eines Schlepphebels(23) genutzt, wobei das Endstück des Koppelpleuels(8) zum Eisatz kommt.The operation of the eccentric rocker ( 4th ) with that of the crankshaft ( 9 ) driven coupling rod ( 8th ) is also used to operate the exhaust valve ( 22nd ) with the interposition of a rocker arm ( 23 ), whereby the end piece of the coupling rod ( 8th ) comes to Eisatz.

Beim Dreizylindersystem nach Ausführungsvorschlag mit in Reihe angeordneten Zylindern und mit liniarer Lageranordnung der drei Exzenterschwingen parallel zur Kurbelwelle, ist weitgehend ein natürlicher Massenausgleich erreichbar.With the three-cylinder system according to the proposed design with cylinders arranged in series and with a linear bearing arrangement of the three eccentric rockers parallel to the crankshaft, a natural balance of masses is largely achievable.

Mit einem thermodynamischen Triebwerk, wie zuvor beschrieben, sind überdurschnittliche Ergebnisse an Leistung bei entsprechend niedrigen Verbrauch bereits mit Drehzahlen von 4500/min. erreichbar, so das auf die Anwendung der üblichen Höchstdrehzahlen verzichtet werden kann, nicht zuletzt wegen der Vermeidung von höheren Abgasemissionen, von Ursachen der Festigkeitsproblematik und von vorzeitiger Verschleissbildung.With a thermodynamic engine, as described above, above-average results are achieved in terms of performance with correspondingly low consumption at speeds of 4500 rpm. achievable, so that the use of the usual maximum speeds can be dispensed with, not least because of the avoidance of higher exhaust gas emissions, causes of strength problems and premature wear.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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.This list of the documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102017007812 A1 [0002, 0007]

Claims

Rocker arm drive mechanism with modest counter-coupling function on the piston stroke for the purpose of increasing the torque of the crankshaft stroke (S), implemented by mounting the rocker arm (1) on a rotatably adjustable eccentric rocker arm (4), which is actuated by a separate coupling rod (8) of the crankshaft (9), in particular for 2 -Thread gasoline engine with fresh air supply via inlet slots and exhaust gas removal via a valve (22), as well as with direct fuel metering in the combustion chamber (20), in which the thermodynamic piston forces generated by external ignition from a piston connecting rod (24) and a Crankshaft connecting rod (7) (transferred to the crankshaft (9), characterized in that the piston (15) and the crankshaft (9) are each arranged on the opposite side of the rocker arm (1), whereby the drive connecting rod (7) with tensile force Torque is transmitted to the crankshaft (9) while the coupling rod (8) pushes the lever attachment (6) of the eccentric speed designed for this purpose ge (4) actuated.

Rocker arm drive according to Claim 1 , characterized in that the type of actuation of the eccentric rocker (4) with the coupling rod (8) driven by the crankshaft (9) simultaneously actuates the exhaust valve (22) with / or without the interposition of a rocker arm (23), wherein the end piece of the coupling rod (8) / or the rocker arm hub comes directly to the Eisatz.

Rocker arm drive according to Claim 1 u 2, characterized in that both ignition electrodes (26) of the secondary coil are placed separately in the first third of the exit area of the fuel spray flow.

Rocker arm drive according to Claim 1 to 3 , characterized in that the crankshaft stroke (S) preferably has twice the length of the piston stroke.

Rocker arm drive according to Claim 1 to 4th , characterized in that the rocker arm (23) for the actuation of the valve (22) is designed so that a limitation of the actuation path and / or an additional restoring force acts on the eccentric rocker (4) in the BDC position.