DE2616372A1

DE2616372A1 - Kurbelgetriebe mit kurbelzapfenweg auf einer kardioidenbahn

Info

Publication number: DE2616372A1
Application number: DE19762616372
Authority: DE
Inventors: Friedrich Wittkowsky
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-04-14
Filing date: 1976-04-14
Publication date: 1977-11-03
Also published as: DE2616372C2

Description

Kurbelgetriebe mit Kurbelzapfenweg auf einer
Kardioidenbahn Die Erfindung betrifft ein Kurbelgetriebe mit Selbstgesteuerter, regelmäßig verschiedener Länge des Kurbelarms, insbesondere zur Erzeugung des verlängerten Expansionshubes in Viertakt-Kolben-Brennkreftmaschinen, bei Einzel- und Reihenanordnung der Zylinder.
Die regelmäßige Veränderung der Kurbelarmlänge und der dadurch erzeugte verhingerte Expansionshub ermöglichen neben der verhältnismäßigen Steigerung des mechnischen-, eine solche des thermodynamischen Wirkungsgrads, was einer Leitstungssteigerung des Triebwerks bei gleichem Brennstoffbedarf entspricht. Zildetit mindert eine gleichzeitig stattfindende vollständigere Verbrennung der Abgase, sowie deren weitere Entspannung, die Abwärme- und Gerauschintensität und somit ihre Umweltschädlichkeit.
Die Forderung nacii Steigerung des wirtschaftlichen und ökologischen Wirkungsgrads bei Verbrennungsmotoren ist so alt wie diese. Unter der Vielzahl verschiedenster diesbezüglicher Vorschläge, wie die Beeinflussung des Kompressionsverhältnisses (Offenlegungsschrift 2114833), eine belastungsabhängige Kompressionsregulierung (Offenlegungsschrift 1909563) oder die verlängerte Dehnung des Expansionshubes (Endes, Verbrennungsmotoren, Sammlung Göschen, Band 1184/1184 a, S. 82) findet sich ein Ausführungsvorschlag für einen Viertakt-Hubkolben-Verbrennungsmotor zur Durcnführung der verlangerten Dehnung des Expansionshubes (Offenlegungsschrift So51818).
Ihrer begrenzten Wirkung, zu spezialisierten Aufgabe und/ oder zu aufwendigen Gestaltung wegen fanden alle diese bisherigen Vorschläge seines Wissens keine praktische Anwendung.
Weil die Theorie zur verlängerten Dehnung des Exponsionshubes einen bedeutenden praktischen Nutzen erkennen ließ, mußte ein dementsprechendes, allgemein anwendbares Kurbeltriebsystem ür Ein- und Mehrzylinder-Reihen-Verbrennungsmotoren gefunden werden, des der Forderung zu entsprechen vermochte: möglichst wenig Zuwachs an bewegten massen, sowie an Material-, Fertigungsaufwand und Herstellungskosten aufzuweisen.
Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die starr miteinander verbundenen Funktionselemente aer bekannten und allgemein üblichen Kurbeltriebswelle in teils sich unstarr ergänzende, auf- und miteinander wirkende Elemente gegliedert sind, wodurch eine gesteuerte Eurbelarm-Längehänderung und somit die Führung des Kurbelzapfenwegs - abweichend vom üblichen Kurbelkreis mit festem Radius R - auf einer Radkurvenbann ermöglicht ird, die eine Kardioide mit schleife 14 darstellt, wobei die Nutzung ihres Durchmesser-Längenunterschieds die Steuerung regelmäßig sich abwechselander, unterschiedlicher Kolbennublängen bewirkt, und diese insgesamt als geometrischer Ort aller jeweiligen Kurbelarmlängen dadurch entsteht, da'. ß der feste Kurbelarm R des üblichen Eurbelkreises funktionell am Drehpunkt 11 eines Gelenks um den in gleicher Ebene drehbaren Gelenkarm r zu einem Dreligelenk ergänzt ist, wobei die Verbindungslinie vom Ansatzpunkt des Kurbelarms R in der Achse des Triebwellenzapfens 6 zum freien Ende des Gelenkarms r in der Achse des dorthin verlarnerten Kurbelzapfens 12, dem resultierenden Kurbelarm K entspricht.
Die technische Ausführung eines Kurbelgetriebes zur Anwendung der Kurbelzapfensteuerung auf einer Kardioidenbahn 14 -bei speziellen anforderungen nach unterschiedlichen Systemvarianten möglich -ist für die Mehrzahl der Ein- und sehrzylinder-Verbrenungsmotoren dadurch gekennzeichnet, daß der Kurbelzapfen 12 im Abstand des Gelenkarms r vom Drehpunkt 11, senkrecht auf einer Kurbel-Kreisscheibe 7 fest sitzt, die mit ibrem innenverzannten zylindrischen R8nd 10 ständig in die Verzahnung eines gehäusefesten Stirnzahnrades 9, mit dem Durchmesserverhältnis 2:1, eingreift und darauf abrollend, die entstehende Kreisbewegung des Drehpunkte 11 über eine im zylindrischen Rand 10 beweglich und zu ihr parallel gelagerte Parallel-Kreisscheibe 8, auf den senkrecht an dieser, im Abstand des Kurbelarms R vom Drehpunkt 11, fest sitzenden Triebwellenzapfen 6 überträgt, der durch die Bohrung des Stirnzahnrades 9 geführt ist.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile ergeben sich aus der Überlegenbeit der Kardioidenbahn gegenüber der üblichen Kreisbahn als Kurbelzapfenweg, weil durch die hiermit erschlossene Möglichkeit, auf einfache Weise den verlangerten Expansionshub zu steuern, die vielfach erstrebte, wesentliche Verbesserung des thermodynazischen, mechanischen und des ökologischen Wirkungsgrads von Verbrennungsmotoren gleichzeitig verwirklicht werden kann.
Ein Auführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird in Aufbau und Wirkungsweise ie folgt beschrieben: Es zeigen die phasenidentischen Figuren 1 und 2 mit den folgenden 3, 4 und 5 die bekannten vier Phasen eines Viertakt-Verbrennungsmotoren-Arbeitsspiels, sowie funktionsgetreu die ihnen zugeordneten Wirkungen der Elemente des Kurbeltriebsystems, für dessen Funktionsablauf das Wirkungsdreieck, bestehend aus den Armen R und r des Drehgelenks mit ihrem Gelenkdrehpunkt 11 und dem Kurbelarm K, als eine Funktion des von diesen gebildeten Winkels bestimlnend ist. Auf der Stirnseitenansicht 1 und der phasenidentischen Seitenansicht 2 befindet sich - bei vorausgesetztem Drehsinn nach rechts -der Kolben kurz vor Beendigung des Ausschubs und Erreichen des oberen Kolben-2otpunkts, welcher mit der Position des Kurbelzapfens 12, etwa auf dem linken oberen Kulminationspunkt der Kardioide 14, mittels der Pleuelstange korrespondiert.
Im Ubergang von 1/2 nach 3 wirkt das Schwungmoment des Getriebes aus dem Triebwellenzapfen 6 über die Parallel-Ereisscheibe 8 auf die Kurbel-Kreisscheibe 7 und zwingt diese zum Abrollen eines Viertels ihres Umfangs um die Hälfte des gehäusefesten Stirnzahnrades 9, wobei der Kurbelzapfen 12 auf der Kardioidenschleife abwärts gesteuert und somit iiber die Pleuelstanoe der Ansaughub des Kolbens bewirkt wird. Der resultierende Kurbelarm K, aus der Drehgelenk-Decklage R-r, bestimmt die kurze hnsaughublänge des Kolbens mit seinem unteren Totpunkt.
Im Übergang von 2 nach 3 und Fortsetzung der bescnriebenen Bewegung der Kurbel-Kreisscheibe 7 um das Stirnzahnrad 9, wodurch der Kurbelzapfen 12 auf der Bahn der Kardioidenschleife nun aufwärts gesteuert wird, erfolgt etwa bei Erreichen ihres rechten oberen Kulminationspunkts über die Pleuelstange die Beendigung des Verdichtungshubes des Kolbens im oberen Totpunkt.
Setzt nun gleichzeitig die Zündung des verdichteten Gemischs ein, so ist - bei Fortwirken der hescrlriabenen Bewegung der Elemente des Kurbeltriebsystems im übergang von 3 nach 4 - ersichtlich, daß die Kolbenkraft bei Beginn des Expansionshubes huber die Pleuelstange bereits auf eine Komponente des kraftübertragenden Kurbelarms K, zwischen Kolbenführungsbahn- und Pleuelstangenmitte, zu wirken vermag, die, verhältnismäßig schneller wachsend, jene vergleichbare im üblichen Kurbeikreis mit dem Radius R, an Wirkung iibertrifft. In dieser Taktphase erreicht der Kurbelarm E seine größte Länge während der Strecklage von R + r und bewirkt über die Plauelstange mit dem unteren Kolben-Totpunkt den verlängerten Expansionshub.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 1. Kurbelgetriebe mit selbstgesteuerter, regelmäßig verschiedener Länge des Kurbelarms, insbesondere zur ER-zeugung des verlängerten Expansionshubes in Viertagt-Kolben-Brennkraftmaschinen, bei Einzel- und Zeihenanordnung der Zylinder, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Kurbelarm (8) des üblichen Kurbelkreises funktionell am Drehpunkt (11) eines Gelenks um den in gleicher Ebene drehbaren Gelenkarm (r) zu einem Drehgelenk ergänzt ist, wobei die Verbindungslinie vom Ansatzpunkt des Kuroelarrns () in der Achse des Triebwellenzapfens (6) zum freien Ende des Gelenkarms (r) in der Achse des dorthin verlagerten Kurbelzapfens (12), dem resultierenden Kurbelarm (K) entspricht, 2. Kurbelgetriebe nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daB die Fiihrung des Kurbelzapfenwegs - abweichend vom üblichen Kurbelkreis mit festem Radius (X) - auf einer Radkurvenbahn erfolgt, die, als der geometrische Ort aller jeweiligen Kurbelarmlängen (K), eine Karioide mit Schleife (14) darstellt.

3. Kurbelgetriebe nach Anspruch 1. und 2., dadurch gekennzeichnet, daß der Kurbelzapfen (12), im Abstend des Gelenkarms (r) vom Drehpunkt ('11), senkrecht auf einer Kurbel-Kreisscheibe (7) fest sitzt, die mit ihrem innenverzalinten zylindrischen Rand ('lo) ständig in die Verzahnung eines gehäusefesten Stirnzannrads (9), mit dem Durchmesserverhaltnis 2:1, eingreift und darauf abrollend, die entstehende Kreisbewegung des Drehpunkts (11), über eine im zylindrischen Rand (10) beweglich und zu inr parallel gelagerte Parallel-Kreisscheibe (8), auf den senkrecht an dieser, im Abstand des Kurbelarms (R) vom Drehpunkt (11), fest sitzenden Triebwellenzapfen (6) überträgt, der durch die Bohrung des Stirnzahnrades (9) geführt ist.