DE19504161C2 - Kraft- oder Arbeitsmaschine, insbesondere Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraft- oder Arbeitsmaschine, insbesondere Verbrennungskraftmaschine mit einer aus zwei Abschnitten bestehenden Pleuelstange zwischen Kolben und Kurbelwelle, die durch ein gemeinsames Gelenk miteinander verbunden sind, wobei der untere Pleuelabschnitt zwei Ar­ me aufweist, deren Enden je einen Bolzen mit je einer Rol­ le aufnehmen, die in je eine Kurvennut in einer senkrecht zur Kurbelwelle angeordneten Rippe im Motorgehäuse abroll­ bar hineinragen.

Bei den Verbrennungskraftmaschinen (DE 30 30 615 A1 und EP 0314773 B1) mit zwei gelenkig verbundenen Pleuelab­ schnitten und einem an das gemeinsame Gelenk angelenkten Schwenkhebel der an seinem anderen Ende an einer Anlenk­ stelle abgestützt ist, verfolgen das Ziel den unteren Pleu­ elabschnitt rascher als bei herkömmlichen Verbrennungs­ kraftmaschinen in eine tangentiale Stellung zur Bahn des Kurbelzapfens zu bringen, um dadurch eine maximale Drehmo­ mentenübertragung zu erreichen. Aus den schematischen Dar­ stellungen kann man jedoch zwei nachteilige Auswirkungen auf den Drehmomentenverlauf entnehmen:

Erstens, daß die Kraft die vom oberen Pleuelabschnitt auf das gemeinsame Gelenk übertragen wird, sich hier in zwei Teilkräfte zerlegt, wobei nur die eine Teilkraft deren Wir­ kungslinie durch die Mittellinie des unteren Pleuelabschnit­ tes verläuft und auf den Kurbelzapfen wirkt ein Drehmoment bewirken kann, während die zweite Teilkraft von der Anlenk­ stelle des Schwenkhebels aufgefangen wird und dadurch kein Drehmoment bewirken kann.

Zweitens, daß die Teilkraft deren Wirkungslinie durch die Mittellinie des unteren Pleuelabschnittes verläuft, auch durch oder annähernd durch den Drehpunkt der Kurbelwelle verläuft, wenn sich der Kolben in seiner oberen Totpunkt­ stellung befindet und zu Beginn des Arbeitstaktes kein oder nur ein geringes Drehmoment bewirkt. Erst durch die Weiter­ bewegung des Kurbelzapfens auf seiner Bahn vergrößert sich allmählich der Dreharm und bewirkt eine Steigerung des Drehmoments.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde bei Verbren­ nungskraftmaschinen der vorliegenden Gattung schon zu Be­ ginn des Arbeitstaktes ein beachtliches Drehmoment zu er­ zielen und während des Arbeitstaktes die gesamten Kräfte, die vom Kolben auf den oberen Pleuelabschnitt übertragen werden, ohne sie im gemeinsamen Gelenk zu zerlegen auch in ihrer Gesamtheit zur Drehmomentenumsetzung zu nutzen, um dadurch eine verbesserte Umwandlung der Druckenergie in me­ chanische Energie zu erreichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß der Winkel zwischen den beiden Pleuelabschnitten von zwei Kurvennuten gesteuert wird.

Die mit der Erfindung erreichten Vorteile bestehen ins­ besondere darin, daß eine Versetzung des oberen Totpunktes auf der Bahn des Kurbelzapfens um einen Kurbelwinkel von 30° in Drehrichtung erreicht wird. Durch die Kurvennuten wird der Winkel zwischen den beiden Pleuelabschnitten variiert, um bei dem größten Beugungswinkel es dem Kurbelzapfen zu er­ möglichen seinen oberen Totpunkt zu erreichen ohne den Kol­ ben in seine obere Totpunktstellung zu bringen. Dies wird erst nach einem Kurbelwinkel von 30° erreicht, wenn auch gleichzeitig der Beugungswinkel zwischen den beiden Pleuel­ abschnitten 0° ist.

Ferner ergibt sich noch der Vorteil des gesteuerten Beu­ gungswinkels, daß schon zu Beginn und im Verlauf des Arbeits­ taktes der Beugungswinkel zwischen den beiden Pleuelabschnit­ ten unverändert 0° bleibt, folglich wirken sie in diesem Zeitabschnitt wie ein starres Pleuel und es kommt zu keiner Kräftezerlegung im gemeinsamen Gelenk.

Von besonderem Vorteil für den Drehmomentenverlauf ist die Versetzung des oberen Totpunktes. Dadurch ist schon zu Beginn des Arbeitstaktes ein beachtlicher Dreharm vorhanden, wenn auch gleichzeitig der Verbrennungshöchstdruck besteht.

Ein weiterer Vorteil dieser Versetzung besteht darin, daß der Kurbelarm beim erfindungsgemäßen Motor um nahezu 10% län­ ger ist um denselben Kolbenweg zu erreichen, als bei einem herkömmlichen Motor, denn die Pleuelabschnitte befinden sich in gebeugter Stellung, wenn der Kurbelzapfen den obe­ ren Teil seiner Bahn durchläuft, dies ergibt auch einen län­ geren Dreharm und folglich eine Zunahme des Drehmoments.

Letztlich besteht noch ein Vorteil von größter Bedeutung der durch die Versetzung erreicht wird darin, daß sich der Kolben aus seiner oberen Totpunktstellung viel rascher ent­ fernt, als bei den üblichen Hubkolbenmotoren. Dadurch kommt es zu einer viel besseren Umwandlung der Druckenergie in mechanische Energie.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen im folgenden nä­ her beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch einen Zylinder und senkrecht zur Kurbelwellenachse,

Fig. 2 Pleuelabschnitte in Vorderansicht,

Fig. 3 Pleuelabschnitte im Schnitt,

Fig. 4 einen Schnitt durch den einen Arm des unteren Pleuel­ abschnittes mit Bolzen und Rolle.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Zylinder bezeichnet, der am obe­ ren Ende durch einen plattenförmigen Zylinderkopf 2 ver­ schlossen ist und der einen Kolben 3 verschieblich aufnimmt. Aus Gründen der Übersicht sind weder Zündkerze oder Ein­ spritzdüse noch Ventile dargestellt. Der obere Pleuelab­ schnitt 4 ist mit seinem oberen Lager 5, wie insbesondere die Fig. 2 bis 4 es verdeutlichen, durch einen Kolbenbolzen 6 mit dem Kolben 3 verbunden. Der untere Pleuelabschnitt 7 ist mit seinem unteren Lager 8 mit dem Kurbelzapfen 9 und der Kurbelwelle 10 verbunden, die in Fig. 1 durch ihren Drehpunkt 11 und der Kreisbahn des Kurbelzapfens 12 darge­ stellt ist. Beide Pleuelabschnitte 4 und 7 sind in einem ge­ meinsamen Gelenk 13 durch einen Bolzen 14 miteinander ver­ bunden, wobei der untere Pleuelabschnitt 7 im Gelenkbereich gabelförmig ausgebildet ist und den oberen Pleuelabschnitt übergreift. Ferner weist der untere Pleuelabschnitt 7 symme­ trisch zu seiner Mittellinie einen rechten Arm 15 und einen linken Arm 16 auf, wobei der rechte Arm 15 einen Bolzen 17 mit Preßsitz aufnimmt auf dem sich eine drehbar gelagerte Rolle 18 befindet und der linke Arm 16 nimmt ebenfalls mit Preßsitz den Bolzen 19 auf, auf dem sich die drehbar gela­ gerte Rolle 20 befindet. Beide Rollen 18 und 20 sind in den ihnen zugeordneten Kurvennuten 21 und 22 abrollbar unterge­ bracht, die in Fig. 1 durch ihre Mittellinien dargestellt sind. Beide Rollen 18 und 20 sind mittels Nadellager auf den Bolzen 17 und 19 gelagert.

In der Fig. 1 befindet sich der Kolben 3 in seiner obe­ ren Totpunktstellung, wobei die entsprechende Lage des Kur­ zapfens 9 durch die Buchstaben OT bezeichnet ist. Wie man erkennt, bedeutet diese Lage des Kurbelzapfens 9 eine Ver­ setzung des OT um einen Kurbelwinkel von 30° in Drehrich­ tung. Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 3 bewegt sich der Kolbenbolzen längs der Zylindermittellinie und die Rollen 18 und 20 bewegen sich in den Kurvennuten 21 und 22 und steu­ ern zusammen mit dem Kurbelzapfen 9 der sich auf seiner Kreisbahn 12 bewegt und gleichzeitig die Kurbelwelle 10 dreht, den Beugungswinkel zwischen den Pleuelabschnitten 4 und 7. Die Steuerung gewährleistet, daß während der Abwärts­ bewegung des Kolbens 3 der Beugungswinkel α unverändert 0° bleibt und während der Aufwärtsbewegung des Kolbens 3 sich der Beugungswinkel α allmählich vergrößert und seinen größ­ ten Wert erreicht, wenn sich der Kurbelzapfen 9 auf seinem höchsten Punkt seiner Bahn 12 befindet. Die Stellung in der sich der Kurbelzapfen 9 auf seinem höchsten Punkt seiner Bahn 12 befindet und die entsprechenden Stellungen der Pleu­ elabschnitte 4 und 7 sind mit gestrichelten Linien darge­ stellt.

Die Tatsachen, daß bei der erfindungsgemäßen Verbren­ nungskraftmaschine schon zu Beginn des Arbeitstaktes, wenn auch der Verbrennungshöchstdruck besteht, ein beachtlicher Dreharm vorhanden ist und daß sich der Kolben viel rascher aus seinem oberen Totpunkt entfernt, ergeben eine enorme Verbesserung in der Umwandlung der Druckenergie in mechani­ sche Energie.

Claims (2)

1. Kraft- oder Arbeitsmaschine, insbesondere Verbrennungs­ kraftmaschine mit einer aus zwei Abschnitten bestehenden Pleuelstange zwischen Kolben und Kurbelwelle, die durch ein gemeinsames Gelenk miteinander verbunden sind, wobei der un­ tere Pleuelabschnitt zwei Arme aufweist, deren Enden je ei­ nen Bolzen mit je einer Rolle aufnehmen, die in je eine Kur­ vennut in einer senkrecht zur Kurbelwelle angeordneten Rippe im Motorgehäuse abrollbar hineinragen, wobei die jeweils ei­ ne Führung bildenden Kurvennuten so ausgebildet sind, daß der sich im Verlauf einer Umdrehung der Kurbelwelle ändern­ de Winkel zwischen den beiden Pleuelabschnitten für jeden Drehwinkel der Kurbelwelle auf einen vorbestimmten Wert ein­ gestellt wird.

2. Kraft- oder Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rollen (18) und (20) mittels Nadellager auf den Bolzen (17) und (19) gelagert sind.