DE19806065A1

DE19806065A1 - Special articulated piston and connecting rod construction for two-stroke or four-stroke diesel or Otto cycle engine

Info

Publication number: DE19806065A1
Application number: DE1998106065
Authority: DE
Inventors: Mosdell
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-02-13
Filing date: 1998-02-13
Publication date: 1999-08-19

Abstract

The acceleration or deceleration of the upper piston half in the course of its upwards or downwards movement in the direction of the top or bottom dead centers is controlled by the sweep of the connecting rod through the crankshaft journal to a maximum value with a 270 or 90 degree crank journal angle, after which the maximum value reduces until the uppermost or lowermost dead center point is reached.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sonderkonstruktion des Kurbelgetriebes von Verbrennungsmotoren der bekannten Bauart des Viertakt- bzw. Zweitakt-Dieselmotors und des Viertakt-bzw. Zweitakt-Otto motors zum Zwecke der Beeinflussung des Verbrennungsverlaufs oben genannter Motoren derart, daß durch die Gestaltung des veränderlichen Kolbenhubs einer neuartigen Gelenkkolben-Pleuel Konstruktion im Vergleich zu einer konventionellen Kolben-Pleuelanordnung in eine unveränderliche feste aber drehbare Verbindung durch den Kolbenbolzen, das jeweilige dynamische Verbrenn ungsraumvolumen beliebig verringert bzw. vergrößert werden kann dadurch, daß die obere Kolben hälfte in Kraftschluß über eine Gelenkverbindung mit einem feststehenden Kolbenbolzen der unteren Kolbenhälfte bzw. des Pleuels (Abb. 1-1 und 1-2), bzw. in einer Hebelverbindung mit einer Steuerkulisse eines verlängerten Pleuels (Abb. 1-3 und 1-4) besteht und dadurch vorteilhaft eine erhöhte Ausnutzung der Verbrennungsenergie ermöglicht wird.The invention relates to a special construction of the crank mechanism of internal combustion engines of the known type of the four-stroke or two-stroke diesel engine and the four-stroke or. Two-stroke Otto engines for the purpose of influencing the combustion process of the above-mentioned engines such that the design of the variable piston stroke of a novel articulated piston-connecting rod construction compared to a conventional piston-connecting rod arrangement in an unchangeable fixed but rotatable connection by the piston pin, the respective dynamic Combustion chamber volume can be reduced or increased as desired by having the upper piston half in frictional engagement via an articulated connection with a fixed piston pin of the lower piston half or the connecting rod ( Fig. 1-1 and 1-2), or in a lever connection there is a control link of an extended connecting rod ( Figs. 1-3 and 1-4) and this advantageously enables increased use of the combustion energy.

Bei der Umsetzung der Linearbewegung eines Kolbens eines Verbrennungsmotors unter Zuhilfe nahme eines Pleuels und einer damit verbundenen drehbaren Kurbelwelle in einer nutzbaren rotierenden Bewegung ist es Stand der Technik, daß die momentane kinematische Lage des Kolbens im Zylinder in Bezug auf die Lage des Kurbelzapfens der Kurbelwelle unveränderlich ist und es von der jeweiligen Winkellage des Kurbelzapfens des Pleuels zu einer axialen Ebene des bewegenden Kolbens bestimmt wird.With the help of the implementation of the linear movement of a piston of an internal combustion engine Take a connecting rod and a rotatable crankshaft connected to it in a usable rotating motion, it is state of the art that the current kinematic position of the Piston in the cylinder is invariable in relation to the position of the crank pin of the crankshaft and it from the respective angular position of the crank pin of the connecting rod to an axial plane of the moving piston is determined.

Beispielsweise ist die kinematische Aufwärtsbewegung des Kolbens vom untersten bis zum obersten Totpunkt bestimmt durch die jeweilige Winkellage des Kurbelzapfens des Pleuels zu einer axialen Ebene des bewegenden Kolbens und ist damit veränderlich in seiner Geschwindigkeit, so daß beginnend mit einer geringen Anfangsgeschwindigkeit während der Kurbelzapfen den unter sten Totpunkt durchläuft, die höchste Geschwindigkeit des Kolbens bei der Mittellage des Hubs, d. h. bei 270 Grad Kurbelzapfenwinkel erreicht wird.For example, the kinematic upward movement of the piston is from the lowest to the top dead center determined by the respective angular position of the crank pin of the connecting rod to one axial plane of the moving piston and is therefore variable in speed, so that starting with a low initial speed during the crank pin the under Most dead center passes, the highest speed of the piston at the central position of the stroke, d. H. at 270 degrees crank pin angle is reached.

Danach ist es umgekehrt der Fall, nämlich ab der Mittellage des Hubs bis zum obersten Totpunkt ist eine Verzögerung des Kolbens zu verzeichnen, wobei die axiale Geschwindigkeit des Kolbens in der Lage OTP bis auf Null reduziert wird.Then it is the other way around, namely from the center position of the stroke to the top dead center a deceleration of the piston is noted, the axial speed of the piston in the Location OTP is reduced to zero.

Wird nun eine nach heutigem Stand der Technik bekannte konventionelle Kolben-Pleuelanordnung in eine unveränderlich feste aber drehbare Verbindung mit dem Kolbenbolzen, wie oben beschrieb en, statt dessen durch eine zusätzliche Veränderung des Kolbenhubs durch die Erfindung ermöglicht, kann die kurbeltriebliche Charakteristik des Kolbens derart kompensiert werden, daß sowohl eine Erhöhung bzw. ein Herabsetzen des momentanen Verbrennungsraumvolumens gegeben ist dadurch, daß die obere Kolbenhälfte in Kraftschluß über eine Gelenkverbindung mit einem feststehenden Kolbenbolzen der unteren Kolbenhälfte bzw. des Pleuels (Abb. 1-1 und 1-2), bzw. in einer Hebel verbindung mit einer Steuerkulisse eines verlängerten Pleuels (Abb. 1-3 und 1-4) besteht.If a conventional piston-connecting rod arrangement known according to the current state of the art is now made in an invariably fixed but rotatable connection with the piston pin, as described above, instead being made possible by an additional change in the piston stroke by the invention, the crank-drive characteristic of the piston can be compensated in this way are that both an increase or a decrease in the current combustion chamber volume is given by the fact that the upper piston half in frictional engagement via an articulated connection with a fixed piston pin of the lower piston half or the connecting rod ( Fig. 1-1 and 1-2), or . there is a lever connection with a control link of an extended connecting rod ( Fig. 1-3 and 1-4).

Dies hat zur Folge, daß anstatt daß die von der Kurbelzapfenlage gekennzeichnete Charakteristik der Kolbenbewegung den Verbrennungsverlauf bestimmt, die verzögerte bzw. beschleunigte Hub bewegung der oberen Kolbenhälfte (Verbrennungsraum) kompensierend auf den Verbrennungsprozeß und damit auf die Kraftentwicklung Einfluß nimmt.The result of this is that instead of the characteristic characterized by the position of the crank pin the piston movement determines the course of combustion, the decelerated or accelerated stroke movement of the upper half of the piston (combustion chamber) compensating for the combustion process and thus influences the development of strength.

Die Beschleunigung bzw. Verzögerung der oberen Kolbenhälfte im Verlauf seiner Aufwärts- bzw. Abwärtsbewegung in Richtung oberem bzw. unterem Totpunkt wird gesteuert von der Auslenkung des Pleuels durch der Kurbelwellenzapfen bis zu einem Maximalwert bei 270 bzw. 90 Grad Kurbel zapfenwinkel. Danach ist der Maximalwert abnehmend bis der oberste bzw. unterste Totpunkt erreicht wird. The acceleration or deceleration of the upper piston half in the course of its upward or Downward movement towards the top and bottom dead center is controlled by the deflection the connecting rod through the crankshaft journal up to a maximum value at 270 or 90 degrees crank pivot angle. Then the maximum value decreases until the top or bottom dead center is achieved.

Dies hat zur Folge, daß beispielsweise während des Verdichtungshubs ab 180 Grad Kurbelzapfen winkel, die axiale Kolbenbewegung (Verbrennungsraum) kontinuierlich effektiv beschleunigt wird und dadurch eine Erhöhung des jeweiligen momentanen Verdichtungsdrucks verursacht. Diese neu artige Gestaltungsmöglichkeit des kinematisch bedingten Verdichtungsdruckaufbaus im Verbrenn ungsraum erlaubt es beispielsweise, daß der in Nähe (ca. 24 Grad) vor obersten Totpunkt des Kolbens ausgelöste Zündungsvorgang nun abweichend eingeleitet werden kann, zur Vermeidung von übermäßig starken Druckspitzen mit der Gefahr der Detonation des Gemisches (Klingelerscheinung).This has the consequence that, for example, crank pins from 180 degrees during the compression stroke angle, the axial piston movement (combustion chamber) is continuously effectively accelerated and thereby causes an increase in the respective current compression pressure. This new Similar design options for the kinematic compression build-up in combustion ungsraum allows, for example, that the near (about 24 degrees) before top dead center of the Piston-triggered ignition process can now be initiated differently, to avoid excessive pressure peaks with the risk of detonation of the mixture (Ringing).

Umgekehrt ist es der Fall, wenn nach der Zündung und dem Fortschreiten des Kurbelwellenzapfens durch den obersten Totpunkt eine Abwärtsbewegung des Kolbens eingeleitet wird. Die Verzöger ung bzw. die Beschleunigung der oberen Kolbenhälfte im Verlauf seiner Abwärtsbewegung in Richt ung unterstem Totpunkt wird gesteuert von der Auslenkung des Pleuels bis zu einem Maximalwert bei 90 Grad Kurbelzapfenwinkel, danach ist der Maximalwert abnehmend bis der unterste Totpunkt erreicht wird.Conversely, it is the case if after the ignition and the progress of the crankshaft journal a downward movement of the piston is initiated by the top dead center. The delay or the acceleration of the upper piston half in the course of its downward movement in the direction The bottom dead center is controlled from the deflection of the connecting rod to a maximum value at 90 degrees crank pin angle, then the maximum value decreases until the bottom dead center is achieved.

Dies hat zur Folge, daß beispielsweise während des Verbrennungshubs ab Null Grad Kurbelzapfen winkel, die axiale Kolbenbewegung (Verbrennungsraum) kontinuierlich effektiv verzögert und da durch eine Steigerung des jeweiligen momentanen Verbrennungsdrucks verursacht wird. Diese neuartige Gestaltungsmöglichkeit der kinematisch bedingten Verbrennungsdrucksteigerung im Verbrennungsraum erlaubt zeitlich eine Verlängerung der Nutzungsdauer des erhöhten Verbrenn ungsdrucks und eine damit verbundene erhöhte Kraftentwicklung.This has the consequence that, for example, crank pins from zero degrees during the combustion stroke angle, the axial piston movement (combustion chamber) continuously effectively retarded and there is caused by an increase in the respective instantaneous combustion pressure. This novel design option for the kinematic combustion pressure increase in the Combustion chamber allows the useful life of the increased combustion to be extended over time pressure and an associated increased power development.

Nach gegenwärtigem Stand der Technik ist bekannt, daß die sogenannte Knickpleuel-Anordnung von Mederer eine gewisse Verzögerung des Kolbens im Bereich des oberen Totpunkts ermöglicht. Nachteilig jedoch ist hier die insgesamt erheblich gesteigerte bewegliche Masse von Pleuel, Gelenk arm und Drehgelenk der Konstruktion und des damit verbundenen erhöhten Unwuchtmoments mit der daraus resultierenden Begrenzung der nutzbaren Höchstdrehzahl.According to the current state of the art it is known that the so-called articulated connecting rod arrangement Mederer allows a certain deceleration of the piston in the area of the top dead center. The disadvantage here, however, is the significantly increased overall movable mass of the connecting rod, joint arm and swivel of the construction and the associated increased unbalance torque the resulting limitation of the usable maximum speed.

Dagegen ist es erstmals mit Hilfe der Erfindung möglich, beispielsweise ohne die oben aufgeführten konstruktiven Nachteile des Knickpleuels eine erhebliche Steigerung der Kraftentwicklung eines Verbrennungsmotors der Bauart des Viertakt- bzw. Zweitakt-Dieselmotors und des Viertakt- bzw. Zweitakt-Ottomotors durch Beeinflussung des Verbrennungsverlaufs oben genannter Motoren zu erreichen derart, daß durch die Gestaltung des veränderlichen Kolbenhubs einer neuartige Gelenk kolben-Pleuel Konstruktion im Vergleich zu einer konventionellen Kolben-Pleuelanordnung in eine unveränderlich feste aber drehbare Verbindung durch den Kolbenbolzen, das jeweilige dynamische Verbrennungsraumvolumen beliebig verringert bzw. vergrößert werden kann und dadurch vorteilhaft eine erhöhte Ausnutzung der Verbrennungsenergie ermöglicht wird.In contrast, it is possible for the first time with the help of the invention, for example without the ones listed above constructive disadvantages of the articulated connecting rod a considerable increase in the force development Internal combustion engine of the four-stroke or two-stroke diesel engine and the four-stroke or Two-stroke gasoline engine by influencing the combustion process of the above-mentioned engines achieve such that a new joint by the design of the variable piston stroke Piston-connecting rod design compared to a conventional piston-connecting rod arrangement in one unchangeable fixed but rotatable connection through the piston pin, the respective dynamic Combustion chamber volume can be reduced or increased as desired and is therefore advantageous an increased utilization of the combustion energy is made possible.

Claims

1. A conventional piston-connecting rod arrangement known in the current state of the art in an invariably fixed but rotatable connection with the piston pin with the feature that an additional change in the piston stroke can be designed by the invention in such a way that the crank-driving characteristics of the piston are compensated for that there is both an increase or a decrease in the current combustion chamber volume, in that the upper piston half in frictional engagement via an articulated connection with a fixed piston pin of the lower piston half or the connecting rod ( Figs. 1-1 and 1-2), or in a lever connection with a control link of an extended connecting rod ( Figs. 1-3 and 14), with the result that, instead of the crank-driven characteristics of the piston movement determining the combustion process, the delayed or accelerated stroke movement of the upper piston half ( Combustion chamber) compensation erend on the combustion process and thus on the power development advantageous influence, and is characterized in that the acceleration or deceleration of the upper piston half in the course of its upward or downward movement in the direction of upper or lower dead center is controlled by the deflection of the Connecting rods through the crankshaft journal up to a maximum value at 270 or 90 degrees crankpin angle, after which the maximum value decreases until the top or bottom dead center is reached.

2. Articulated piston-connecting rod construction according to claim 1, with the feature that the control link of the extended connecting rod can be represented both as a straight line and as a curvature and ver individually or in a combination of both tax types.

3. Articulated piston-connecting rod construction according to claim 1 and 2, with the feature that the control link the extended connecting rod directly, d. H. directly on a surface of the upper piston (Combustion chamber) acts, and thereby any change in the axial stroke made possible without detours.

4. Articulated piston-connecting rod construction according to claim 1 to 3 with the feature that parts of Control link of the extended connecting rod to enable a firm connection to the upper one Piston when changing direction after passing the top dead center, in recesses of the engage the upper piston or parts of its piston pin.