DE19517508A1 - Kraftübertragung auf Kurbelwelle mittels Planetenzahnrad(getriebe) in Otto- und Dieselmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Kraftübertragung von einem Kolben auf die Kurbelwelle in Otto- und Dieselverbrennungs­ motoren insbesondere in Kraftfahrzeugen.

Nach dem Stand der Technik werden derzeit in der (Kraftfahr­ zeug-)Industrie Otto- und Dieselverbrennungsmotoren gebaut, bei denen eine Pleuelstange Kolben und Kurbelwelle direkt mit­ einander verbindet. Eine solche Kraftübertragung hat jedoch den Nachteil, daß erstens in der Phase des stärksten Schubs des Arbeitshubs die Kraft wegen der Kreiselbewegung des Pleu­ els auf der Kurbelwelle nach der Seite abgelenkt wird und daß zweitens insbesondere bei Ottomotoren die Zündung bereits vor dem Zeitpunkt der höchsten Kompression ausgelöst werden muß, um die Explosionskraft des Treibstoffes nach dessen Entzündung und Erhitzung maximal ausnutzen zu können, jedoch mit der ne­ gativen Konsequenz eines vorübergehenden Umkehrschubs und da­ mit einhergehend eines verminderten Energiewirkungsgrades.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile möglichst weitgehend zu vermeiden und insgesamt ei­ nen höheren Wirkungsgrad bzw. bei gleicher Leistung einen ge­ ringeren Kraftstoffverbrauch und eine bessere Umweltverträg­ lichkeit von Otto- und Dieselmotoren zu erreichen. Anstoß war dabei das Patent des knickbaren Pleuels der Herren Amann und Mederer, mit dem bewiesen wurde, daß im Gegensatz zum ange­ wandten Stand der Technik noch weitere Energieeinsparungen möglich sind.

Erfindungsmäßig wurde die Aufgabe dadurch gelöst, daß Kurbel­ welle und Pleuel nicht direkt, sondern über ein durch einen Zahnkranz geführtes Zahnrad (Planetenzahnrad) miteinander ver­ bunden sind. Dieses läuft mit seinem Mittelpunkt an der Stelle um die Kurbelwelle, wo bei Motoren nach dem Stand der Technik das Pleuel angebracht ist. Es kann z. B. aus zwei Teilen oder mehr Teilen in geeigneter Weise zusammengefügt sein. Dabei wird es durch den Zahnkran so geführt, daß es pro Umdrehung der Kurbelwelle genau zwei Umdrehungen in entgegengesetzter Drehrichtung vollführt was am leichtesten dadurch zu erreichen ist, daß der Zahnkranz steht und genau doppelt soviele Zähne wie das Zahnrad hat. Seitlich am Zahnrad befindet sich ein scheibenartiger Vorsprung, dessen Durchmesser etwa oder etwas mehr als die Hälfte des Zahnrades beträgt und an dem das Pleu­ el nun statt an der Kurbelwelle umläuft. Jedoch haben Zahnrad und Vorsprung keinen gemeinsamen Mittelpunkt, sondern der Vor­ sprung ist zum Zahnradrand hin versetzt und das Zahnradmittel­ loch wird vom Vorsprung gerade noch mit eingefaßt. Durch diese Anordnung ergibt sich ein exzentrisches Kreiseln des Pleuels um die Kurbelwelle.

Die Vorteile der Erfindung liegen darin, daß bei geeigneter Pleuelstangenlänge sich eine länger dauernde Ruhephase des Kolbens bei maximaler Kompression ergibt, sofern das Zahnrad richtig auf die Drehbewegung der Kurbelwelle eingestellt ist. Insbesondere bei Ottomotoren wird dadurch der Umkehrschub fast vollständig vermieden. Die Explosionskraft des entzünde­ ten Treibstoffes kann sich voll entfalten und wird gerade in der Phase des stärksten Schubs fast unabgelenkt und schneller auf die Kurbelwelle übertragen. Dabei werden zusätzlich auf­ tretende Reibungseffekte bei geeigneter Materialauswahl und geeigneter Dimensionierung bzw. Lagerung von Kolben, Zahnrad, Zahnkranz, Pleuel und Kurbelwelle durch die Summe der Vortei­ le überstiegen.

In der Zeichnung ist ein in der nachfolgenden Beschreibung erläutertes Ausführungsbeispiel einer Kraftübertragung auf die Kurbelwelle gemäß der Erfindung vereinfacht dargestellt.

Dabei wurde auf die zeichnerische Darstellung eines Motoren­ gehäuses völlig verzichtet. Der Kolben (K) überträgt die Kraft an das mit ihm über eine drehbare Achse verbundene Pleuel (P1), welches an seinem anderen Ende mittels eines Wälzlagers oder direkt um den seitlichen Vorsprung (V) des Zahnrades (Z) umläuft. Der Vorsprung (V) ist dabei ein schei­ benartiger Zapfen, der sich exzentrisch am Zahnrad (Z) be­ findet, jedoch dessen Mittelloch (m), mit dem das Zahnrad (Z) zentrisch um die Kurbelwelle (Ku) läuft, umschließt.

Gleichzeitig wird das Zahnrad (Z) durch den feststehenden Zahnkranz (Zk) so geführt, daß es bei einer Umdrehung der Kurbelwelle (Ku) genau zwei Umdrehungen in entgegengesetzter Drehrichtung vollführt. Mittels dieser Anordnung wird das Pleuel (P1) exzentrisch drehbar um die Kurbelwelle (Ku) ge­ führt. Dies bewirkt bei konstanter Umdrehung der Kurbelwel­ le (Ku) einen nicht mehr der Sinusfunktion folgenden Bewe­ gungsablauf des Kolbens (K) und eine relative Verlängerung der Kompressionsphase bei richtiger Einstellung des Zahn­ rades (Z) in den Zahnkranz (Zk).

Die Zeichnung 1) zeigt einen Querschnitt, die Zeichnung 2) einen Längsschnitt der erfindungsmäßigen Anordnung.

Claims (6)

1. Kraftübertragung von Kolben auf die Kurbelwelle in Otto- und Dieselmotoren, wobei die Kraft des Kolbens mittels eines Pleuels auf die Kurbelwelle übertragen wird.

2. Kraftübertragung nach Anspruch 1, gekennzeichnet da­ durch, daß das Pleuel nicht direkt auf der Kurbelwelle (Ku), sondern exzentrisch über ein (Planeten-)Zahnrad (Z) auf der Kurbelwelle umläuft. Das Zahnrad wird durch einen Zahnkranz (Zk) so geführt, daß es bei einer Kurbelwellenumdrehung genau zwei Umdrehungen in entgegengesetzter Drehrichtung vollführt. Die exzentrische Drehbewegung des Pleuels (P1) um die Kurbel­ welle bewirkt eine relative Verlängerung der Kompressions­ phase im Bewegungsablauf des Kolbens (K) und eine geradlini­ gere Führung des Pleuels in der Phase des Arbeitshubes.

3. Als Unteransprüche werden folgende Details der Erfindung geltend gemacht:
Erstens: das Zahnrad (Z) wird vom Zahnkranz (Zk) in der Weise geführt, daß der Zahnkranz feststeht und doppelt soviele Zähne aufweist wie das Zahnrad. Statt Zähnen kann es sich auch um Noppen sonstiger Art handeln.

Zweitens: Die exzentrische Aufhängung des Pleuels (P1) am Zahnrad wird dadurch erreicht, daß es an einem scheibenarti­ gen seitlichen Vorsprung des Zahnrades (Zapfen) (V) umläuft, der exzentrisch am Zahnrad vorsteht, das zentrische Mittel­ loch des Zahnrades (m) mit umfaßt. Statt eines einfachen Mittelloches (m) ist auch eine besondere Lagerung, z. B. ein Wälzlager möglich.

Drittens: das Zahnrad kann aus mehreren Teilen zusammenge­ setzt sein.

Viertens: Das Pleuel (Pleuelstange) (P1) kann einen leich­ ten Z-Knick aufweisen, damit der Kolben (K) ausreichend Platz neben dem Zahnrad hat.