DE19939230A1 - Verbrennungsmotor mit stabilisierten und erleichterten Kolben - Google Patents
Verbrennungsmotor mit stabilisierten und erleichterten KolbenInfo
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Abstract
In den Verbrennungsmotoren schwingen die Kolben um die Kolbenbolzen herum, was auf das Einbauspiel und die ballige Form zurückzuführen ist. DOLLAR A Das führt zum Gasausströmen durch den Ringspalt, der zwischen der Zylinderlauffläche und den Kolbenringen entsteht. Um die Schwingungsamplitude des Kolbens zu verringern, wird er mit einem längeren Kolbenschaft versehen, was dazu führt, daß die Masse und die Trägheit zunimmt. DOLLAR A Die Erfindung gewährleistet eine Zwangsstabilisierung der Kolbenachse. Dafür wird der Motor mit den Hebeln versehen, die sich in der Ebene des Pendels der Pleuelstange befindet. Sie verbinden den Kolben mit dem Kurbelgehäuse. DOLLAR A Die Zwangsstabilisierung des Kolbens macht es möglich, den Kolbenschaft zu verkürzen und den Kontakt zwischen den Kolbenringen und dem Zylinder zu verbessern. Die Trägheit der Hebel ist kleiner als die Trägheit des gesparten Kolbenmetalls. DOLLAR A Dadurch wird der effektive Druck und der Wirkungsgrad erhöht, der spezifische Kraftstoffverbrauch und die spezifische Motormasse verringert, dabei entstehen weniger Abgase und auch die Menge der im Kurbelhause entstehenden Gase nimmt ab, wobei die Lebensdauer des Motors steigt. DOLLAR A Die Erfindung ist in allen Kolbenmotoren (in neuen und hergestellten), in Verdichtern und ähnlichen Geräten verwendbar.
Description
Diese Erfindung betrifft das Gebiet des Maschinenbaus, die Verbrennungsmotoren insbesondere.
Diese Motoren sind allgemein bekannt. Die Erfindung kann in den Konstruktionen der Otto- und
Dieselmotoren für Kraftwagen, Traktoren, Motorräder, Schiffe, Diesellokomotive, Hubschrauber,
Flugzeuge und andere bewegende und stationierte Maschinen und Geräte sowie auch für
Kolbenkompressoren angewendet werden. Die Anwendung ist sowohl für die Motoren in der
Entwicklungsphase als auch für die sich im Betrieb befindenden Motoren - durch ihre
Modernisierung - möglich.
Die Erfindung schlägt vor, ein Problem der traditionellen Motoren zu lösen. In diesen Motoren sind
die Zylinder vorhanden, in denen es die bewegenden Kolben mit den Kompressions- und
Ölabscheideringe gibt. Die Kolben sind mit den Pleueln durch die Kolbenbolzen und die Pleuel mit
der Kurbelwelle verbunden. Die Beispiele sind auch im Buch [1] von Prof Dr-Ing. Alfred Urlaub:
Verbrennungsmotoren. Grundlagen, Verfahrenstheorie, Konstruktion. Springer-Verlag S. 128-165;
[2] C. C. Pounder: Marine Diesel Engines. Newnes-Bufferworths. London - Boston, 1972, S. 251,
253, [3] Johannes Feihl: Die Diesellokomotive. Transpress-Verlag 1. Auflage, 1997, Bild 4/3, 4/4.
In den bereits bestehenden Kolbenmotoren ist die Brennkammer und das Gesamthubvolumen der
Zylinder von oben und von unten ungleichmäßig verdichtet. Von oben: Das Gaswechselsteuerventil,
das eng an den Ventilsitzen festgemacht ist, gewährleistet die hundertprozentige Dichte; von unten:
Die Kolbenringe am Kolben, der die Möglichkeit der Schwingung um den Kolbenbolzen hat, sind durch den beidseitigen Kontakt mit der Zylinderlauffläche eingeschränkt. Die Schwingungen des Kolbens sind unvermeidliche Folgen des nötigen Kolbenspiels zwischen dem Zylinder und dem Kolben und auch der balligen Form des Kolbens selbst ([4] Urlaub A. Verbrennungsmotoren Band 3, Konstruktion, Springer Verlag Berlin 1989 S. 84), [5] Entwicklungstendenzen auf dem Gebiet der Ottomotoren (19 Mitautoren) Expertverlag 1993 S. 128,132).
Die Kolbenringe am Kolben, der die Möglichkeit der Schwingung um den Kolbenbolzen hat, sind durch den beidseitigen Kontakt mit der Zylinderlauffläche eingeschränkt. Die Schwingungen des Kolbens sind unvermeidliche Folgen des nötigen Kolbenspiels zwischen dem Zylinder und dem Kolben und auch der balligen Form des Kolbens selbst ([4] Urlaub A. Verbrennungsmotoren Band 3, Konstruktion, Springer Verlag Berlin 1989 S. 84), [5] Entwicklungstendenzen auf dem Gebiet der Ottomotoren (19 Mitautoren) Expertverlag 1993 S. 128,132).
Während des Motorbetriebs kommen die obengenannten Schwingungen unter der Wirkung
des altemierenden Kippenmomentes, das durch die Reibung beim Kontakt zwischen dem Zylinder
und dem Kolben bei der Entstehung der Seitenkraft hervorgerufen wird ([1] S. 366, 367).
Aufgrund dieser Schwingungen entsteht ein kleiner Spalt auf der beinah gesamten Kontaktfläche der
Ringe mit dem Zylinder, da die Ellipse den Kreis(Zylinder) berührt. Es ist allgemein bekannt,
daß der kleinste Verlust an Dichte der Passung auch nur eines einzigen Ventils in nur einem
Zylinder zu einem erheblichen Verlust an Kompression und zum Sinken des effektiven Drucks führt,
was auf das Ausströmen der Gase zurückzuführen ist.
Andererseits entsteht im Laufe der Betriebszeit des Motors in allen Zylindern der obenerwähnte Spalt,
durch den das Gasausströmen und alle damit verbundenen Verluste ermöglicht wird.
([6] Chatschijan A. Verbrennungsmotoren, Verlag Hochschule Moskau 1984, S. 35). Es ist offensichtlich.
daß diese Tatsache immer eine Rolle spielt und im Endeffekt dazu führt, daß der Wirkungsgrad
abnimmt. Diese Gase, im Gegensatz zu den Auspuffgasen, in das Kurbelgehäuse des Motors
eindringen und so verringern sie die Effektivität des Motors. Diese Gase enthalten nicht verbrannte
Komponente, darunter auch CO. Außerdem werden die im Kurbelgehäuse entstehenden Gase, im
Gegensatz zu den Auspuffgasen, vom Katalysator nicht unschädlich gemacht, sie gelangen
durch das Ventilationssystem des Motors in die Umwelt und verschmutzen sie damit.
Das Gasausströmen beeinträchtigt auch die Effektivität der Ausführung der anderen Takte bei
der Motorarbeit (Das Einsaugen, die Kompression, der Auspuff).
Um die Pendelbewegung des Kolbens einzuschränken, werden alle Kolben in den modernen Motoren
mit einem verlängerten Kolbenschaft in der Zone der Seitenkraftwirkung, also in der Ebene des
Pendelns der Pleuelstange versehen ([4] S. 83 Bild 3.4a), ([7] Böge A; Das Technikerhandbuch,
Wiesbaden 1995 S. 1117), [3], S. 51 Bild 4/12), oder man verlängert den ganzen Kolben ([2], S. 158,
Fig. 6.28). Die Folge dieser Verlängerung ist die überschüssige Kolbenmasse.
Die effektive Leistung der Verbrennungsmotoren wird nach der folgenden Formel berechnet:
Hierin bedeuten:
Pe-effektive Leistung
n-Drehzahl
pe-effektiver Druck
Vhg-Gesamthubraum
i - Kurbelwellenumdrehung pro Arbeitsspiel (Zweitakter: i = 1; Viertakter: i = 2)
([1] S. 49).
Pe-effektive Leistung
n-Drehzahl
pe-effektiver Druck
Vhg-Gesamthubraum
i - Kurbelwellenumdrehung pro Arbeitsspiel (Zweitakter: i = 1; Viertakter: i = 2)
([1] S. 49).
Aus dieser Formel geht hervor, daß die Entwickler der Verbrennungsmotoren immer versucht
haben, den effektiven Druck und auch die Drehzahl der Kurbelwelle zu erhöhen.
Allerdings wird die Erhöhung der Drehzahl durch das Zunehmen der Massenkräfte der
Kolben und anderer Bestandteile eingeschränkt, was zu größeren Verlusten führen kann,
beispielsweise in Vierzylinder-, Viertakt-, PKW und Ottomotoren (VW) d = 81 mm, S = 86,4 mm,
P1 = 102 kW, n = 61001/min ([1] S. 140, 141).
Die maximale Kolbenbeschleunigung in dem Moment, als er den oberen Totpunkt verläßt beträgt
22740,4 m/s2, errechnet nach der Formel ([6], S. 211).
Bei so riesigen Beschleunigungen kann sogar eine winzige Masse, die in Gramm gemessen
wird, sehr große Massenkräfte auslösen, die in Hunderten von Newton gemessen werden, da es
nach der allgemein bekannten Formel F = m j (m - Masse, j - Beschleunigung) errechnet wird.
Dabei werden die Massenkräfte aller Kolben durch die Energie der Kraftstoffverbrennung in
nur einem Zylinder überwältigt, wo momentan der Arbeitshub durchgeführt wird.
Ein Teil der Energie, die bei der Kraftstoffverbrennung in einem Zylinder ausgesondert worden ist,
wird für die Überwindung der Massenkräfte der Kolben und anderen Einzelteilen auch in den
übrigen Zylindern verbraucht.
Die Folge ist die Verminderung des effektiven Drucks und infolgedessen die Erhöhung des
spezifischen Kraftstoffverbrauchs sowie die Verschlechterung der anderen sowohl wirtschaftlichen
als auch ökologischen Merkmale durch die überflüssige Menge der abgeleiteten Gase.
Die überflüssige Kolbenlänge vergrößert die Höhe des Zylinderblocks, die Länge der Pleuelstange
und ihre Masse. Deshalb werden die Massenkräfte noch größer; was auch zur Vergrößerung der
Reibungskräfte in den bewegenden Verbindungen der Kurbelgetriebe führt. Als Ergebnis wird der
effektive Druck verringert.
Die überflüssige Masse des Kolben, des Zylinderblocks und anderer Einzelteilen vergrößert auch
den Materialverbrauch und den Arbeitsaufwand bei der Motorherstellung.
Die überflüssige Materialmenge im Herstellungsvorgang führt zur Vergrößerung der schädlichen
Abfallstoffe und beeinträchtigt die Umwelt. Das Einbauspiel führt auch zum Kolbengeräusch
([5] S. 130, Bild 5.15).
Es gibt Verbrennungsmotoren als Schiffskraftwerken z. B., wo der Pleuel mit dem Kolben durch
eine zusätzliche Stange, die durch eine Richtbuchse im unteren Teil des Zylinders läuft, verbunden
ist. Diese Stange ist hart an den Kolben gefestigt. Das Gelenk, das die Stange mit dem Pleuel
verbindet, stützt sich auf eine zusätzliche Seitenstrebe und bewegt sich sie entlang ([2], S. 59). In
dieser Konstruktion ist tatsächlich keine Schwingung des Kolben um den Kolbenbolzen
vorhanden. Allerdings entsteht wegen einer zusätzlichen Stange die zusätzliche Massenkraft und so
erhöht sich das Außenmaß des Motors in seiner Länge.
Im Buch "Entwicklungstendenzen auf dem Gebiet der Ottomotoren" werden für die Perspektive
die Kolbenkonstruktionen mit dem verringerten Gewicht vorgeschlagen (S. 131, Bild 5.16.) und die
asymmetrische Kolbenbauarten (S. 133, Bild 5.18.). Allerdings wird in diesen Konstruktionen das
Vermeiden des Kolbenkippens durch eine örtliche Vergrößerung des Kolbenschaftes auf der
Achsenebene, die senkrecht zur Kolbenbolzenachse liegt, erreicht. Die Asymmetrie der
Massenverteilung auf dieser Ebene erregt ein zusätzliches Moment des Kolbenkippens durch die
Massenkraft.
Bekannt ist der Erfindungsvorschlag "Kolbenmotor mit reduzierter Kolbenmasse",
Offenlegungsschrift DE 197 54 480 A von 10.06.99. Da enthält der Zylinderblock die Kolben, die
durch eine Pleuelstange mit der Kurbelwelle verbunden sind. In diesem Motor sind die in den
benachbarten Zylindern vorhandenen und durch die Pleuelstangen mit den diametral befindenden
Kurbeln verbundenen Kolben mit dem dünnen breiten biegsamen und elastischen Band verbunden.
Der Querschnitt des Bandes wird in Bogenform gemacht. Deshalb sind die Abschnitte zwischen
den Kolben und der Richtleiste geradlinig. Diese Abschnitte liegen mit ihrer breiten Seite auf den
zur Kolbenbolzenachse senkrecht liegenden Ebenen. Die Starrheit des Bandes auf seiner Breite und
seine Zusammenwirkung mit der Richtleiste verhindern das Kolbenkippen. Dies ermöglicht die
Kolbenschaftlänge zu vermindern; außerdem kann auf der Ebene der Triebstangeschwingung die
Kolbenmasse und die Massenkräfte verringert werden.
Der Nachteil dieser technischen Lösung ist ihre beschränkte Anwendung, weil sie grundsätzlich
nur in den 2- und 4-Zylindermotoren mit der kleinen Kolbenbohrung angewendet werden kann.
Die Erfindung, die der vorliegenden vom Technischen her am meisten entspricht, ist "Kolbenmotor
mit dem Mechanismus der Kolbenstabilisierung". Die letzte wurde am 12.10.98 beim deutschen
Patentamt angemeldet; Akz 198 46 909.8-15. Diese technische Lösung umfaßt verschiedene
Motoren, die unterschiedliche Funktionen, Treibstoffarten, Größen und Zylinderaufstellungen
haben. Sie ist sowohl für die sich erst in der Entwicklungsphase befindlichen als auch für die
bereits verwendbaren Motoren geeignet. Diese technische Lösung sieht auch verschiedene
Varianten des Mechanismus mir der Kolbenstabilisierung vor, entsprechend der
Motorkonstruktion. Solche Motoren enthalten die Hebel, die die Kolben mit dem Zylinderblock
durch die Leiste verbinden, die sich um die Achse dreht, die senkrecht zu der Schnittebene der
Länge nach, die die Zylinderachsen schneidet. Der Nachteil dieser technischen Lösung ist der
räumliche Charakter des Mechanismus mit der Kolbenstabilisierung, was die Konstruktion
erschwert.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Verbrennungsmotoren zu verbessern, indem man die inneren
Verluste mit Hilfe des vereinfachten Mechanismus der Kolbenstabilisierung senkt.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß, der Erfindung entsprechend, auf den Kolben
mindestens ein Paar der Hebel montiert ist, die miteinander durch ein Gerät verbunden sind, das
ihre symmetrische und synchrone Drehung gewährleistet und das z. B. in Form der Zahn- segmente
hergestellt wird, die sich an einem der Hebelenden befinden; dabei befinden sich die
Zahnsegmente in der gegenseitigen Verzahnung; die anderen Hebelenden sind beweglich mit dem
Zylinderblock durch ergänzende symmetrische Hebel verbunden; die Drehachsen der Hebel
befinden sich parallel zu der Kolbenbolzenachse. Die Gesamtheit der Hebel bildet einen ebenen
Mechanismus der Stabilisierung der Kolbenachse entsprechend der Zylinderachse.
Die Symmetrie der Hebel zu der Schnittebene der Länge nach, die die Zylinderachsen und ihre
Zahneingriffe schneidet, gewährleistet ihre synchrone symmetrische Bewegung bei der Hin- und
Herbewegung des Kolbens. Das sichert eine stabile Lage seiner Achse im Verhältnis zu der
Zylinderachse. Die Kräfte, die auf die Hebel, ihre Verbindungen und auch auf den Zahndruck
wirken, sind ziemlich gering im Vergleich zu den Arbeitsbelastungen, denen die Kolben und die
Bestandteile des Kurbelgetriebes ausgesetzt sind, da sie den Kolben nur daran hindern, sich um
den Kolbenbolzen herum zu drehen, und keine Arbeitsbelastung übernehmen. Deshalb kann man
sie mit kleinen Schnitten und geringer Masse herstellen.
Die vorliegende Erfindung gewährleistet folgendes technisches Resultat:
- - auf dem Kolben werden symmetrische Hebel mit den Zahnsegmenten plaziert, die mit Hilfe der ergänzenden Hebel mit dem Kurbelhause verbunden sind und somit den Mechanismus der Kolbenstabilisierung vereinfachen und erleichtern. Das sichert die Dichtesteigerung beim Kontrakt der Kolbenringe mit der Zylinderlauffläche und ermöglicht die Verkürzung der Kolben mit der entsprechenden Masseverringerung, unter anderem auch die Masse des Schwungrades,
- - dies macht es möglich, das Gasausströmen, die Menge der im Kurbelhause entstehenden Gase und auch die mechanischen Verluste, die auf die Verminderung der Massenkräfte und der Reibungskraft zurückzuführen sind, zu senken;
- - die Verminderung der Verluste erhöht den Wirkungsgrad des Motors, verringert den spezifischen Treibstoffverbrauch und die Menge der abgeleiteten Gase, unter anderem auch der Gase, die im Kurbelhause entstehen;
- - die Erhöhung des Wirkungsgrades des Motors macht es möglich, seine spezifische Masse zu vermindern, die auf eine Leistungseinheit fällt, seine effektive Leistung und das Beschleunigungsvermögen dagegen zu vergrößern;
- - die Verminderung der Menge der abgeleiteten Gase und der spezifischen Masse des Motors ermöglicht die Verringerung der Umweltschäden, sowohl bei der Herstellung als auch bei der Inbetriebnahme des Motors.
Das Wesentliche der Erfindung wird in den Zeichnungen verdeutlicht:
Die Fig. 1 zeigt den Querschnitt eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors mit Sicht
auf den Kolben, Pleuel, Hebel und stabilisierende Kolben.
Die Fig. 2 zeigt den Schnitt A-A der Fig. 1.
Die Fig. 3 zeigt die Sicht 1 Fig. 1, auf der die Variante der Kulissenverbindung zwischen den
Hebeln für die Kolbenstabilisierung abgebildet ist.
Die Fig. 4 zeigt die Sicht 2 Fig. 1, auf der die Variante der Befestigung des zusätzlichen Hebels
dargestellt wird.
Der Verbrennungsmotor enthält den Zylinderblock (1) mit den Zylindern (B), den Zylinderkopf (2)
und die Ölwanne (3). In den Zylindern (B) befinden sich die Kolben (4) mit den Kompressions-
und Ölabscheideringen (5). Die Kolben sind mit Hilfe der Pleuel (6) und der Kolbenbolzen (7) mit
den Kurbeln (8) der Kurbelwelle (9) verbunden. Die Kurbelwelle (9) läuft in Lagern (10) mit
Bedeckung (11). Die Kurbelwelle (9) ist mit Gegengewichten versehen (12). Auf dem Kolben (4)
befindet sich eine Leiste (C), derer Ebene senkrecht auf der Kolbenbolzenachse steht. Die
Leiste(C) ist mit zwei Zapfen (D) versehen, auf denen sich ein Paar der drehbaren symmetrischen
Hebel (13)und (14) befindet, die ein Ganzes mit den Zahnsegmenten (E) und (F) bilden, die im
Zahneingriff sind. Die Hebel (13) und (14) sind gelenkig mit einem Paar der zusätzlichen Hebel
(15) verbunden, die symmetrisch zu der Längsachse des Zylinders sind. Die Hebel (15) sind
gelenkig mit den Trägern (16) verbunden, die symmetrisch zueinander im Kurbelhause des
Zylinderblocks (1) aufgestellt sind.
Die Hebel (13), (14) und (15) haben Löcher (G) für die Verringerung ihrer Masse.
Kolben (4) wird in Form eines Discus mit Kolbenringen ausgeführt und mit durchlöcherten Ösen
für die Kolbenbolzenmontage versehen, dabei kann der Discus mit lokalen Verlängerungen (H)
hergestellt werden, die sich in der Ebene der Pleueldrehung befinden und z. B. bis zur Nähe der
Querschnittebene des Kolbens reichen, die die Kolbenbolzenachse schneidet.
Die Fig. 2 zeigt Konstruktion der Kurbelwelle, die ein Gegengewicht auf der einen Seite des
Pleuels (6). Wenn die Gegengewichte auf beiden Seiten des Pleuels plaziert sind, kann auf einem
der beiden Gegengewichte eine Ringnut (K) ausgeführt werden, die für die partielle Plazierung der
Hebel (13), (14) und (15) während der Kurbelwellendrehung vorgesehen ist. Die Verbindung der
Hebel (13), (14) und (15) mit den Trägern (16) ist mit Hilfe der Kulisse entsprechend der
Möglichkeit, die auf der Fig. 3 dargestellt wird, ebenfalls möglich. Für die Kompensierung der
Querbewegung des Kolbens wegen der Seitenkraftwirkung wird einer der Träger so hergestellt,
wie es auf der Fig. 4 dargestellt ist, mit der Möglichkeit der horizontalen Bewegung des Gelenkes
(17) mit der Leiste in der Nut des Trägers (16).
Der Motor funktioniert wie folgt:
Bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens (4) im Zylinder (B) bewegen sich die Hebel (13), (14) und die zwei Hebel (15) symmetrisch und synchron, was auf das Zusammenwirken der Zahnsegmente (E) und (F) zurückzuführen ist. Das gewährleistet eine Zwangsstabilisierung der vertikalen Lage der Kolbenachse (4) beim Drehen der Kurbelwelle. Außerdem ist es möglich, die symmetrischen Hebel (13) und (14) mit Hilfe der symmetrischen Kulissen (17) mit dem Kurbelhause zu verbinden (Blick 1). Die elastische Deformation und die Spiele in den Gelenken und im Zahneingriff entstehen unter der Wirkung der Seitenkraft Fn und des Kippenmomentes mit großem Überschuß werden durch das Montagewärmespiel und die ballige Form des Kolbens kompensiert. Dabei kann die Seitenkraft Fn teilweise oder auch vollständig durch diese Konstruktionsbestandteile wahrgenommen werden, wenn die elastische Deformation nicht größer ist als das Spiel zwischen dem Kolben (4) und dem Zylinder (B). Das vermindert die Verluste, die durch die Reibung verursacht werden, und erhöht die Größe des Kippenmomentes des Kolbens. Die Zwangsstabilisierung der Kolbenachse verbessert die Arbeitsbedingungen der Kolbenringe bei ihrem Kontakt mit der Zylinderlauffläche. Dadurch wird die Kontaktdichte erhöht, das Gasauströmen, die Menge der im Kurbelhause entstehenden Gase, der Verschleiß der Kolbenringe und der Zylinder werden hingegen vermindert.
Bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens (4) im Zylinder (B) bewegen sich die Hebel (13), (14) und die zwei Hebel (15) symmetrisch und synchron, was auf das Zusammenwirken der Zahnsegmente (E) und (F) zurückzuführen ist. Das gewährleistet eine Zwangsstabilisierung der vertikalen Lage der Kolbenachse (4) beim Drehen der Kurbelwelle. Außerdem ist es möglich, die symmetrischen Hebel (13) und (14) mit Hilfe der symmetrischen Kulissen (17) mit dem Kurbelhause zu verbinden (Blick 1). Die elastische Deformation und die Spiele in den Gelenken und im Zahneingriff entstehen unter der Wirkung der Seitenkraft Fn und des Kippenmomentes mit großem Überschuß werden durch das Montagewärmespiel und die ballige Form des Kolbens kompensiert. Dabei kann die Seitenkraft Fn teilweise oder auch vollständig durch diese Konstruktionsbestandteile wahrgenommen werden, wenn die elastische Deformation nicht größer ist als das Spiel zwischen dem Kolben (4) und dem Zylinder (B). Das vermindert die Verluste, die durch die Reibung verursacht werden, und erhöht die Größe des Kippenmomentes des Kolbens. Die Zwangsstabilisierung der Kolbenachse verbessert die Arbeitsbedingungen der Kolbenringe bei ihrem Kontakt mit der Zylinderlauffläche. Dadurch wird die Kontaktdichte erhöht, das Gasauströmen, die Menge der im Kurbelhause entstehenden Gase, der Verschleiß der Kolbenringe und der Zylinder werden hingegen vermindert.
In großen Motoren, beispielsweise in Schiffkraftanlagen, ist die Anwendung der Kugellager in
den Verbindungen der Bauteile des Stabilisierungsmechanismus möglich. Die Stabilität der Achse
des Kolbens ermöglicht seine Länge und Masse zu verringern, d. h. eine bestimmte Menge des
Kolben-, Pleuel-, Schwungrad- und andere Teilenmaterials zu sparen.
Bei der Motorarbeit unterziehen sich die Hebel des Stabilisierungsmechanismus der Wirkung der
Kräfte, die vom Reibungsmoment des Kolbens am Zylinder hervorgerufen werden. Diese Kraft
wirkt auf der Schulter, die einem Halbdurchschnitt des Kolbens gleich ist. Die Größe der
Reibungskraft ist gleich der normalen Seitenkraft Fn mal Reibungskoeffizient
Kraft FK = Fn.tan χ ([1], S. 366, 367).
FK ist eine Kraft, die den Kolben beim Takt "Arbeitshub" bewegt. In den herkömmlichen Motoren
ist tan χ ≈ 0,24 . . . 0,33. Bei der Kolbenarbeit im Kontakt zwischen dem Kolbenschaft und der
Zylinderlaufbahn ist die Flüssigkeitsreibung vorhanden, bei der
µ = 0,001 . . . 0.01. Die Reibungskraft der Kolbenringe beeinflußt das Kippenmoment des Kolbens
nicht, denn diese Kraft wird gleichmäßig auf den Kreiskontakt verteilt. Bei µ = 0,01 macht die
Reibungskraft, die das Kolbenkippen hervorruft, 0,3 × 0,01 0,003 aus,
d. h., unter Berücksichtigung der eventuellen Abweichungen, nicht mehr als 0,5% von der
Belästigung auf die Bauteile des Kurbelbetriebes. Dabei ist die Kraft Fn und folglich das
Kippenmoment des Kolben gleich 0 am Anfang des Takts "Arbeitshub", wenn die Anstrengung
auf den Kolben Fk maximal ist, den in diesem Moment tan χ = O. Dies bedeutet, daß unter
Berücksichtigung der relativ kleinen Belästigungen können die Hebel und Baugruppen des
Stabilisierungsmechanismus mit kleinen Arbeitsgrößen und -Schnitten ausgefertigt werden.
Deshalb ist ihre Masse weniger, als die Masse des gesparten Metalls sein.
Die Hebel und Baugruppen des Stabilisierungsmechanismus arbeiten unter Bedingungen des
reichhaltigen Schmierens.
Ihre Schwerpunkte bewegen sich mit den Beschleunigungen, die weniger, als die
Kolbenbeschleunigungen sind, weil sie kürzere Abschnitte durchgehen. Folglich sind die
Massenkräfte, die bei ihrer Bewegung entstehen, kleiner, als die Massenkräfte des gesparten
Metalls der Kolben und anderen Teilen.
Ein besonders großer Effekt kann bei dieser technischen Lösung in den Motoren mit einem großen
Durchschnitt der Zylinder und Kolben erreicht werden auf den Kosten der aus dem leichten Metall
ausgefertigten Bauteile des Stabilisierungsmechanismus.
Die Temperatur der Umgebung, in der die Bauteile des Stabilisierungsmechanismus arbeiten,
überschreitet 120°-130°C nicht. Dies ermöglicht ihre Herstellung aus den thermodauerhaften
polymerisierten Kunststoffen, was zur zusätzlichen Verminderung ihrer Masse führt. Dies
entspricht den Rechercheergebnissen und Empfehlungen, die im Buch
"Entwicklungstendenzen auf dem Gebiet der Ottomotoren". S. 101, Bild 4.16 dargelegt werden.
Die vorgeschlagene technische Lösung ermöglicht es, den Mechanismus der Kolbenstabilisierung
zu vereinfachen, den effektiven Druck im Motor und den Nutzeffekt zu erhöhen, den spezifischen
Brennstoffverbrauch zu veringern, die wirtschaftlichen und ökologischen Merkmale zu
verbessern.
Ihre Anwendung ist in allen Kolbenmotoren und Kompressoren möglich, unabhängig von der Zahl,
Größe und Aufstellung der Zylinder. Die Anwendung ist sowohl in den entworfenen als auch im
Betrieb laufenden Motoren - durch ihre Modernisierung - möglich, ohne Veränderungen von dem
Zylinderblock, der Kurbelwelle und anderen Grundteilen.
Claims (5)
1. Ein Verbrennungsmotor mit mindestens einem Zylinder (B), in dem mit der
Möglichkeit einer Hin- und Herbewegung ein Kolben (4) aufgestellt wird, dessen
Bewegung durch den Pleuel(6) in eine Drehbewegung einer Kurbelwelle (9) umgesetzt
wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben mit dem Zylinderblock mit Hilfe
eines ebenen Stabilisierungsmechanismus verbunden ist, der mindestens ein Paar von
symmetrischen Hebeln (13) und (14)enthält, die auf dem Kolben (4) befestigt sind und
miteinander durch ein Gerät verbunden sind, das ihre symmetrische und synchrone
Drehung gewährleistet und das z. B. in Form der Zahnsegmente (E) und (F) hergestellt
wird, die sich an einem der Hebelenden befinden; dabei befinden sich die
Zahnsegmente in der gegenseitigen Verzahnung; die anderen Hebelenden sind
beweglich mit dem Zylinderblock (1) durch ergänzende symmetrische Hebel (15)
verbunden; die Drehachsen der Hebel (13), (14), (15) befinden sich parallel zu der
Kolbenbolzenachse (7); das Verhältnis der Hebellängen ist frei bestimmbar.
2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kolben in
Form eines Diskus mit dem Kolbenring hergestellt wird und mit durchlöcherten
Ösen für die Kolbenbolzenmontage versehen wird; dabei kann der Diskus mit
lokalen Verlängerungen (H) hergestellt werden, die sich in der Ebene der
Pleueldrehung befinden und z. B. bis zur Nähe der Querschnittebene des Kolbens
reichen, die die Kolbenbolzenachse schneidet.
3. Verbrennungsmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kolben mit den Leisten für die Montage der Hebel (13) und (14) mit Hilfe der
Zapfen versehen werden.
4. Verbrennungsmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet
daß die Verbindung zwischen den Hebeln (13) und (14) mit den Hebeln (15) in Form
eines Kulissenmechanismus ausgeführt wird.
5. Verbrennungsmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet
daß einer der Träger (16) mit der Möglichkeit der horizontalen Bewegung des
Gelenkes hergestellt wird, das den zusätzlichen Hebel (15) mit diesem Träger
verbindet.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE1999139230 DE19939230C2 (de) | 1999-08-18 | 1999-08-18 | Verbrennungsmotor mit stabilisierten und erleichterten Kolben |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999139230 DE19939230C2 (de) | 1999-08-18 | 1999-08-18 | Verbrennungsmotor mit stabilisierten und erleichterten Kolben |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19939230A1 true DE19939230A1 (de) | 2001-03-01 |
DE19939230C2 DE19939230C2 (de) | 2003-01-16 |
Family
ID=7918842
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1999139230 Expired - Fee Related DE19939230C2 (de) | 1999-08-18 | 1999-08-18 | Verbrennungsmotor mit stabilisierten und erleichterten Kolben |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19939230C2 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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