DE2755859A1

DE2755859A1 - IC engine piston torque stabiliser - has free flight piston to permit connecting rod to pass through TDC without stress

Info

Publication number: DE2755859A1
Application number: DE19772755859
Authority: DE
Inventors: Paul Ing Handl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-12-27
Filing date: 1977-12-15
Publication date: 1978-06-29

Abstract

The piston is indirectly coupled to the connecting rod or crank pin, so that the connecting parts are able to pass the TDC position without stress. The exhaust valve is off set from the combustion chamber and connected to it by a transfer channel (8), which is completely closed by the piston at TDC. The exhaust valve face is protected from the exhaust gas flow by a spherical combustion chamber (7). The piston has free flight by means of a sliding block (5) arrangement of the crank pin assembly. Alternatively a telescopic piston could be used. The inner piston is connected to the connecting rod in the usual way and is surrounded by a larger outer piston. The inner piston slides freely in an axial direction between two limiting stops formed on the outer piston. A lubrication system diminishes wear and noise.

Description

Anmelder:Applicant:

Amtliches Aktenzeichen:Official file number:

Aktenzeichen des Anmelders:Applicant's file number:

Vertreter:Representative:

Bezeichnung:Description:

Paul H a η d Haydngasse 25 A-3003 GabiitζPaul H a η d Haydngasse 25 A-3003 Gabiitζ

Neuanmeldung P 35 002New registration P 35 002

Patentanwalt Dr. Hans Karl Hach Tarunstr. 23 6950 Mosbach-WaldstadtPatent attorney Dr. Hans Karl Hach Tarunstr. 23 6950 Mosbach-Waldstadt

Verfahren zur Stabilisierung des Drehmoments von Kolbenbrennkraftmaschinen und Kolben brennkraftmaschinen zur Durchführung des VerfahrensMethod for stabilizing the torque of piston internal combustion engines and piston internal combustion engines for carrying out the method

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Paul Handl Haydngasse 25 GablitzPaul Handl Haydngasse 25 Gablitz

Verfahren zur Stabilisierung des Drehmoments von Kolbenbrennkraftmaschinen und Kolbenbrennkraftmaschinen zur Durchführung des VerfahrensMethod for stabilizing the torque of piston internal combustion engines and piston internal combustion engines for carrying out the method

Die vorliegende Erfindung betrifft Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit veränderlichem Verdichtungsverhältnis, insbesondere solche, bei denen die Bewegung des Kolbens über die bei den üblichen Kurbel triebwerken kinematisch bestimmte Bahn hinausgehen.The present invention relates to reciprocating internal combustion engines with variable compression ratio, particularly those in which the movement of the piston is about which go beyond the kinematically determined path in the usual crank drives.

Es sind schon zahlreiche Versuche bekanntgeworden, insbesondere in den U.S.A. bei denen Abweichungen von der normalen Schwingbewegung des Kolbens mit Hilfe von geteilten Triebwerksgliedern (Kolben, Pleuelstangen) erreicht werden, unter anderem auch zu dem Zweck den höchsten, durch die Auslegung ermöglichten Verdichtungsdruck, auch bei TeilfUllungen des Zylinders zu erreichen, um dadurch den thermodynamischen Wirkungsgrad des Motors zu verbessern. Bei den bekannt gewordenen Vorschlägen dieser Art handelt es sich aber durchwegs um Zwangssteuerungen, welche von der Drehzahl unabhängig sind, was den Nachteil hat, daß man die obere Grenze für den Verdichtungsdruck nur mit sehr klopffesten, d.h. bleihaltigen Kraftstoffen einigermaßen hoch auslegen kann, denn hohe Verdichtungsdriicke verursachen rasante Verbrennungen, welche ein Kurbeltriebwerk allenfalls bei hohen Drehzahlen verkraften kann. Im unteren Drehzahlbereich und bei Verwendung von Normalbenzin würden sehr hohe VerdichtungsdrUcke unweigerlichNumerous attempts have already become known, especially in the U.S.A. in which deviations from the normal oscillating movement of the piston can be achieved with the help of split engine members (pistons, connecting rods), among other things also for the purpose of achieving the highest Compression pressure made possible by the design, even with partial filling of the cylinder, in order to achieve this to improve the thermodynamic efficiency of the engine. With the proposals that have become known this Art it is all about forced controls, which are independent of the speed, which is the disadvantage has that the upper limit for the compression pressure can only be reached with very knock-resistant, i.e. lead-containing fuels can be reasonably high, because high compression pressures cause rapid burns, which a crank drive can only cope with at high speeds. In the lower speed range and when using regular gasoline, very high compression pressures would inevitably be achieved

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zu dem gefürchteten "Klopfen" führen,welches auch «it Nachzündung nicht sicher zu vermelden 1st.lead to the dreaded "knocking", which also «it Post-ignition not sure to report 1st.

Die vorliegende Erfindung schlägt zur Venaeidung dieser Nachteile deshalb ein Verfahren vor, bei dem der Massendruck der hin- und hergehenden Triebwerkstelle, (welcher bekanntlich ingeometrischer Reihe mit der Drehzahl steigt und fällt und bei die üblichen .Verdlchtungsdrücke bei Ottomotoren schon bei mittleren Drehzahlen überschreitet,) den Kolben bei seiner Annäherung an den oberen Totpunkt, bei höheren Drehzahlen, aus seiner kraftschlüssigen Verbindung mit dem Kurbelzentrum, mittels eines geteilten, oder elastisch verformbaren Gliedes des Kurbeltrlebwerkes (Kolben, Pleuel oder Kurbel schenkel) löst und ihn in den Zylinder hineinschleudert, so daß er seine Hubhöhe bis zu einer festgelegten Höchstgrenze über den Kurbelkreisdurchmesser hinaus vergrößern kann.The present invention proposes to avoid these Disadvantages are therefore a method in which the mass pressure of the reciprocating engine station (which As is well known, in a geometric series with the speed rises and falls and at the usual .Verdlchtungsdrucke Gasoline engines already exceeds at medium speeds,) the piston as it approaches top dead center, at higher speeds, from its non-positive connection with the crank center, by means of a split, or elastically deformable member of the crank engine (Piston, connecting rod or crank leg) solves and throws it into the cylinder so that it reaches its stroke height can enlarge to a specified maximum limit beyond the crank circle diameter.

In dieser "Freiflugzone" um den o.T. wird der Kolben nur noch durch das freie Kräftespiel zwischen seinem Massendruck C^ucht) einerseits und dem Gegendruck der verdichteten Gase im Zylinder anderseits bewegt, welches auch seinen Umkehrpunkt, unabhängig von der Kurbelkinematik, bestimmt.In this "free flight zone" around the o.T. becomes the piston only moved by the free play of forces between its mass pressure C ^ ucht) on the one hand and the counter pressure of the compressed gases in the cylinder on the other hand, which also its reversal point, independent of the crank kinematics, determined.

Dadurch wird die Bewegungsenergie des Kolbens bei seiner Annäherung an den o.T. nicht wie bisher teilweise unter großen Reibungsverlusten von der Kurbel abgefangen, sondern vollständig und direkt und daher praktisch verlustlos in Verdichtungsdruck verwandelt, welcher dadurch drehzahlabhängig wird, denn die Wucht hängt von der Drehzahl ab.As a result, the kinetic energy of the piston as it approaches the o.T. not as before partially under large frictional losses are intercepted by the crank, but completely and directly and therefore practically lossless in Compression pressure is transformed, which becomes speed-dependent because the force depends on the speed.

Da sich auch der aufzubringende Beschleunigungsdruck (Überwindung der Massenträgheit) bei jedem Abwärtsgang des KolbensSince the acceleration pressure to be applied (overcoming the inertia) is also increased with every downward movement of the piston

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In der gleichen Progression mit der Drehzahl steigert, wächst die zur Erzeugung eines bestimmten Drehmoments benötigte Kraft mit zunehmender Drehzahl ständig an. Bei herkömmlichen Motoren steht zur Abdeckung dieses dynamisch anwachsenden Kraftbedarfes ein bei hohen Drehzahlen wegen der "Atemnot" des Motors immer kleiner werdender Verbrennungsdruck zur Verfügung. Deshalb fällt das Drehmoment bei allen Saugraotoren in hohen Drehzahlbereichen mehr oder weniger stark ab. Dieser "innere Widerstand" war bisher das große Handikap des Hubkolbenmotors gegenüber anderen Kraftmaschinen mit rein rotierenden Massen.In the same progression as the speed increases, it grows the force required to generate a certain torque increases with increasing speed. With conventional Motors is responsible for covering this dynamically increasing power requirement at high speeds because of the "shortness of breath" the engine is available with ever decreasing combustion pressure. That's why the torque drops in all of them Saugraotoren more or less strongly in high speed ranges. This "inner resistance" has been that until now great handicap of the reciprocating engine compared to other prime movers with purely rotating masses.

Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren wird aus dieser Not eine Tugend gemacht, denn hier steigt der Verbrennungsdruck durch die progressive Verdichtung auch ohne Aufladung mit der Drehzahl automatisch mit der 2T riehen Dynamik an, wie der innere Widerstand und erzeugt daher theoretisch (bei konstanter Füllung) auch ein konstantes Drehmoment in einem sehr großen Drehzahlbereich. In the present invention proposed method a virtue is made out of necessity, since here the combustion pressure automatically rises through the progressive compression without charging at the speed with the 2T riehen dynamics of how the internal resistance and, therefore, theoretically generated (at constant filling) also a constant torque in a very large speed range.

Selbsttätig paßt sich auch das Volumen des Brennraumes (innerhalb der ausgelegten Grenzen) den wechselnden Betriebszuständen an. Während der Verdichtungsdruck von der Drehzahl bestimmt wird (Massendruck = Verdichtungsdruck), ergibt sich das Volumen der komprimierten Gase aus den Faktoren: Massendruck und Füllungsgrad. Es kann je nach Auslegung und Betriebszustand zwischenl/6 und l/l6 des Hubvolumens schwanken. Das bedeutet praktisch, daß bei einer gegebenen Drehzahl auch bei abnehmender Gaszufuhr, zunächst noch der Verdichtungsdruck im schrumpfenden Verbrennungsraum hochgehalten wird, daher auch die Verbrennungsgeschwindigkeit und somit auch die Drehwilligkeit des Motors. Es ist dann so, als hätte sich der Hubraum verkleinert. Daraus ergibt sich eine Art Freilaufeffekt, The volume of the combustion chamber (within the designed limits) also adapts automatically to the changing operating conditions. While the compression pressure is determined by the speed (mass pressure = compression pressure), the volume of the compressed gases results from the factors: mass pressure and degree of filling. It can fluctuate between 1/6 and 1/6 of the stroke volume depending on the design and operating status. In practice, this means that at a given speed, even with a decreasing gas supply, the compression pressure in the shrinking combustion chamber is initially kept high, hence the combustion speed and thus also the ability of the engine to turn. It is then as if the displacement has decreased. This results in a kind of free-wheeling effect,

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mit dem man bei verringertem Kraftbedarf z.B. bei Talfahrten, Rückenwind etc. viel Kraftstoff einsparen kann.With which you can save a lot of fuel with reduced power requirements, e.g. when driving downhill, tailwind, etc.

Obwohl dieses Verfahren schon durch die automatische und harmonische Anpassung des Verbrennungsdruckes (bzw. seines Anstieges) an die Drehzahl, d.h. an die jeweilige Expansionsgeschwindigkeit des Verbrennungsraumes, ein hohes MaO an Klopffestigkeit des Motors bedingt, schlägt die Erfindung, in Anbetracht der angestrebten'extrem hohen SpitzendrUcke, trotz Verwendung von blei freien Kraftstoffen, noch zwei flankierende Maßnahmen zum Schütze des Kurbeltrlebwerkes vor möglichen Prellschäden und übermäßigem Verschließ vor: a) Eine Unterteilung des etwa 1/6 bis l/8 des Hubraumes fassenden Verbrennungsraumes in zwei annähernd gleich große Teile. Die eine Hälfte bildet eine flache, kreisrunde Scheibe mit der Zylinderbohrung als Basis und mit l/l2 bis l/l6 des Kurbelkreisdurchmessers als Höhe. Dieser scheibenförmige Teil des Verbrennungsraumes wird bei der größtmöglichen Hubvrrlängerung des Kolbens von diesem fast völlig ausgefüllt, wobei die darin verdichteten Gase durch einen groß bemessenen überströmkanal In den Nebenbrennraum verdrängt werden, welcher vorzugsweise seitlich am oberen Zylinderrand angeordnet ist, eine kugel- oder trommeiförmige Gestalt hat und in dem sowohl das Auspuffventil, als auch die Zündkerze und bei Einspritzmotoren auch noch die Kraftstoffdüse untergebracht sind.Although this process is already due to the automatic and harmonious adjustment of the combustion pressure (or its Increase) to the speed, i.e. to the respective expansion speed of the combustion chamber, a high MaO Due to the knock resistance of the engine, the invention, in view of the extremely high peak pressures aimed for, despite Use of unleaded fuels, two more accompanying ones Measures to protect the crank engine from possible Bouncing damage and excessive wear and tear: a) A subdivision of about 1/6 to l / 8 of the displacement the combustion chamber is divided into two roughly equal parts. One half forms a flat, circular one Disc with the cylinder bore as the base and with l / l2 up to l / l6 of the crank circle diameter as height. This disc-shaped part of the combustion chamber is used in the maximum stroke extension of the piston by this almost completely filled, with the gases compressed in it be displaced into the secondary combustion chamber through a large overflow channel, which is preferably to the side is arranged at the upper edge of the cylinder, has a spherical or drum-shaped shape and in which both the exhaust valve and the spark plug and in injection engines the fuel nozzle are also housed.

Die erfindungsgemäße Sonderstellung dieser im Prinzip bekannten Brennkammer ist dadurch gegeben, daß sich der Kolben bei verlängertem Hub vor die Mündungsöffnung des Überströmkanals schiebt und daher den Druck bei explosionsartigen Verbrennungen stark gedämpft auf seine Bodenfläche einwirken läßt, womit ein überdrehen des Motors vermieden wird.The special position according to the invention of this combustion chamber, which is known in principle, is given by the fact that the Piston with a longer stroke in front of the orifice of the Overflow channel pushes and therefore the pressure at explosive Burns can act strongly dampened on its floor surface, so that an over-revving of the engine is avoided.

Da der Kolben den Arbeltstakt zunächst als FreiflugkolbenSince the piston initially operates as a free-flight piston

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ohne kraftschlUsslgen Kontakt mit der Kurbel beginnt, widersteht er dem Explosionsdruck anfangs nur mit seiner Massenträgheit und wird wie ein Geschoß beschleunigt, während der Kurbelzapfen unbelastet die Totpunktstellung durcheilt. Der Impuls des Kolbens erreicht den Kurbelzapfen erst in jener Zone des Kurbelkreises in der die für das Drehmoment wirksamen Tangentialkomponenten groß und die Reibung erzeugenden Radialkomponenten sehr klein sind. Dadurch wird auch der mechanische Wirkungsgrad erheblich verbessert. begins without frictional contact with the crank, it initially only withstands the explosion pressure with its inertia and is accelerated like a projectile, while the crank pin rushes through the dead center position unloaded. The momentum of the piston only reaches the crank pin in that zone of the crank circle in which the tangential components that are effective for the torque are large and the radial components that generate friction are very small. This also significantly improves the mechanical efficiency.

Auch die Übertragung des Impulses bei der Wiederherstellung des kraftschlüssigen Kontaktes vollzieht sich schlagfrei, denn die getrennten Teile bewegen sich im Zeltpunkt ihrer kraftschlüssigen Berührung mit fast gleichgroßer Geschwindigkeit in die gleiche Richtung, so daß sich die Kraftübertragung allmählich auf dem restlichen Kreisbogen bis zum u.T. vollzieht.The transmission of the impulse when restoring the force-locking contact also takes place without jolts, because the separated parts move at the point of their force-fit contact with almost the same speed in the same direction, so that the power transmission is gradual on the remainder of the arc until below accomplishes.

b) Die zweite flankierende Sicherheitsmaßnahme gegen Prellschäden im Triebwerk betrifft nur Viertaktmotoren, denn bei diesen fehlt am Ende des Auspufftaktes der nötige Gasdruck im Zylinder zur Kompensation des Nassendruckes. Die Folge wäre ein rascher Verschleiß und große Lärmentwicklung an jener Stelle des geteilten Triebwerksgliedes, wo die mechanische Begrenzung des freien Kolbenfluges erfolgt.b) The second flanking safety measure against impact damage in the engine only affects four-stroke engines, because these lack the necessary gas pressure at the end of the exhaust stroke in the cylinder to compensate for the wet pressure. The consequence would be rapid wear and tear and a lot of noise at the point of the split engine section where the mechanical limitation of the free piston flight occurs.

Erfindungsgemäß wird deshalb durch Verkleinerung und entsprechende Steuerung des Auspuffventlles während des Auspufftaktes, ein genügend großer Staudruck im Zylinder erzeugt der den Kolben abbremst und so diese Verschließgefahr herabmindert.According to the invention, therefore, by downsizing and corresponding Control of the exhaust valve during the exhaust cycle, a sufficiently high dynamic pressure in the cylinder is generated which brakes the piston and thus this risk of occlusion diminishes.

Weil zur vollständigen Entleerung der Brennkammer von Abgasresten anschließend die Saugwirkung des abströmendenBecause for the complete emptying of exhaust gas residues from the combustion chamber, the suction effect of the outflowing

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Gases im Krümmer ausgenützt wird, wird das kleine Auepuffventil in die Brennkammer verlegt, wo es bis in den Ansaugtakt hinein offen bleiben kann. Dort, gegenüber der Zündkerze ist es auch verbrennungstechnisch gut plaziert.Gas in the manifold is used, the small exhaust valve is relocated to the combustion chamber, where it can remain open until the intake stroke. There, opposite the spark plug, it is also well placed in terms of combustion.

Die für die Erzeugung des Staudruckes benötigte Energie geht zwar auf das Verlustkonto, kann aber in einer Abgasturbine rückgewonnen werden.The energy required to generate the dynamic pressure goes to the loss account, but can be used in an exhaust gas turbine be recovered.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen näher erläutert, die Beispiele von Konstruktionen an Kolbenbrennkraftmaschinen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigen.The invention is explained in more detail below with reference to schematic drawings, the examples of constructions on piston internal combustion engines for carrying out the invention Show procedure.

Fig.l zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem sogenannten Gleitstein (5) welcher zwischen den beiden Anschlägen des Gleitrahmens (k) in der Pleuelstange (3) um die Strecke h frei verschiebbar.ist, wobei Schubkräfte vom Kolben (2) auf den Kurbelzapfen/nur dann übertragen werden, wenn der Gleitstein den zylinderseitigen Anschlag berührt. (Pos.IV und Pos.I).Fig.l shows an embodiment with a so-called sliding block (5) which between the two stops of the sliding frame (k) in the connecting rod (3) by the distance h is freely movable, with thrust forces from the piston (2) on the crank pin / only are then transferred when the sliding block touches the cylinder-side stop. (Item IV and Item I).

In Pos. III berührt der Gleitstein den kurbelseitigen Anschlag und begrenzt damit die Aufwärtsbewegung des Kolbens, wobei auch das Verdichtungsmaximum erreicht wird, aber nur dann, wenn der Massendruck gleich oder größer ist, als der Verdichtungsdruck. Veiters stellen die Bezugsziffern in der Fig.i folgendes dar: (l) den Zylinder, (2) den Kolben, (7) die Brennkammer, (8) den Überströmkanal, (9) das Auspuffventil, (lO) den Auspuffkrümmer, (ll) die Zündkerze, (l2) die Einlaßventile und (13) die Kraftstoffdüse (bei Einspritzmotoren).In Pos. III the sliding block touches the crank-side Stop and thus limit the upward movement of the piston, whereby the compression maximum is also reached, but only when the mass pressure is equal to or greater than the compression pressure. Veiters provide the reference numbers in Fig.i the following: (l) the cylinder, (2) the Pistons, (7) the combustion chamber, (8) the overflow duct, (9) the exhaust valve, (10) the exhaust manifold, (ll) the Spark plug, (l2) the inlet valves and (13) the fuel nozzle (for injection engines).

Man sieht wie das Auspuffventil (9) während des Auspufftaktes die Zündkerze gegen den heißen Gasstrom abschirmtYou can see how the exhaust valve (9) shields the spark plug from the hot gas flow during the exhaust stroke

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und (wenn geschlossen) den Kraftstoffstrahl in den Oberströmkanal (8) ablenkt.and (when closed) deflects the fuel jet into the overflow channel (8).

In Fig.2 erkennt man einen Teleskopkolben (I¹Ot der alt seinem Mantel (in an sich bekannter Weise) in seinem Innenraum einen kleineren Kolben (15) konzentrisch umschließt, welcher den Kolbenbolzen trägt. Der Innenkolben (15) kann zwischen zwei Anschlagflächen in Richtung der Hauptachse frei auf- und abgleiten, wobei sein Bewegungsspielraum der Höhe des scheibenförmigen Hauptverbrennungsraumes entspricht. Den oberen Anschlag bildet der Boden des Außenkolbens, den unteren ein ringförmiger Konus (l6), der Im äußeren Kolbenmantel von unten eingeschraubt ist. Die Anschlagflächen werden erfindungsgemäß zur Geräuschdämpfung und Verschleißverminderung auf folgende Art durch eine sich ständig erneuernde Ölschicht getrennt: Durch den trichterförmig durchbohrten Innenkolben, dessen kleinere Öffnung von einem Zapfen (Z) in der Mitte des äußeren Kolbenbodens während der Kraftübertragung verschlossen wird, schießt ständig ein kräftiger Ölstrahl aus dem Kurbelgehäuse gegen den Zapfen, welcher das öl Indem Raum zwischen den beiden Kolbenboden verteilt. Beim Abwärtsgang wird dann der Außenkolben gegen den Innenkolben gepreßt, wobei der Zapfen (z) dessen engere Trichteröffnung verschließt. Ein Teil des Öls bleibt dabei eingeschlossen, trennt die Kolbenflächen bei der Impulsübertragung, kühlt sie und entweicht unter hohen Druck durch die enge Spaltöffnung (Spiel) zwischen den beiden Kolbenmänteln, gelangt dabei zwischen die getrennten Konusflächen des unteren Anschlages und durch enge Bohrungen zu anderen Schmierstellen, von wo es schließlich in die Kurbelwanne zurückfließt.In Fig.2 you can see a telescopic piston (I ¹ Ot which old its jacket (in a known manner) in its interior concentrically encloses a smaller piston (15) which carries the piston pin. The inner piston (15) can be between two stop surfaces in Slide freely up and down in the direction of the main axis, with its range of motion corresponding to the height of the disk-shaped main combustion chamber. The upper stop is formed by the bottom of the outer piston, the lower is an annular cone (16) screwed into the outer piston skirt from below Separated by a constantly renewing layer of oil to dampen noise and reduce wear in the following way: A powerful jet of oil constantly shoots out of the crankcase through the funnel-shaped inner piston, the smaller opening of which is closed by a pin (Z) in the middle of the outer piston crown during power transmission against the pin, which the ö l By distributing space between the two piston crowns. During the downward gear, the outer piston is then pressed against the inner piston, the pin (z) closing its narrower funnel opening. Part of the oil remains trapped, separates the piston surfaces during the impulse transmission, cools them and escapes under high pressure through the narrow gap opening (clearance) between the two piston jackets, getting between the separate conical surfaces of the lower stop and through narrow bores to other lubrication points , from where it finally flows back into the crankcase.

Fig. 3 zeigt eine geteilte Kurbelwange mit dem Kurbelzapfen (6), welcher das verschiebbare Kurbelschenkelpaar (f7)Fig. 3 shows a split crank web with the crank pin (6), which the movable crank arm pair (f7)

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zusammenhält und das rahmenartig ausgeftthrte Wangenpaar (18), welches in seiner verbreiteren Gegengewichtsseite den nötigen Spielraum für die Hubveränderungen gewährt.holds together and the frame-like pair of cheeks (18), which in its wider counterweight side grants the necessary leeway for the stroke changes.

Flg. 4 zeigt eine Kurbelwellenkröpfung, deren Wangen (Schenkel) spiralfederartig ausgebildet sind und zwar In der Weise, daß jede Wange vom Zentrum weg zunächst als starre Speiche an die Peripherie führt, wo sie sich in einen langen, schwingfähigen und in «Inen kurzen, starren Ast teilt· Der schwingfähige Ast (l9) trägt an seinem freien Ende den Kurbelzapfen (6) mit einem spornartigen Fortsatz (20), welcher beim Ausschwingen gegen einen Anschlag (2l) am starren Ast stößt, welcher seinen Federweg nach Außen begrenzt. Der Schwingarm kann aus einem Stück geschmiedet oder als mehrschichtige Blattfeder ausgebildet sein.Flg. 4 shows a crankshaft offset whose cheeks (legs) are formed like a spiral spring in such a way that that each cheek leads away from the center as a rigid radius to the periphery, where it merges into a long, oscillating and divides into a short, rigid branch · The swingable branch (l9) carries at its free end the crank pin (6) with a spur-like extension (20), which, when swinging out, hits a stop (2l) on the rigid branch, which limits its spring deflection to the outside. The swing arm can be forged in one piece or be designed as a multilayer leaf spring.

Flg. 5 zeigt ein ähnliches AusfUhrungsbeispiel, bei dem der schwingfähige Kurbelschenkel (19) durch ein zweites Federblatt (22) verstärkt 1st.Flg. 5 shows a similar exemplary embodiment in which the oscillatable crank legs (19) reinforced by a second spring leaf (22) 1st.

Flg. 6 zeigt ein AusfUhrungsbeispiel, bei dem zweiblättrige, uhrfederartig aufgerollte Kurbelschenkel (19) in den trommelförmigen Wangen (23) der Kurbelkröpfung eingebettet sind. Die zylindrischen Mäntel dieser Trommeln können auch an jener Stelle wo sich der Kurbelzapfen befindet, durchbrochen sein. Wiederum ist eine zweite Feder (22) vorgesehen.Flg. 6 shows an exemplary embodiment in which two-leaf, Crank legs (19) rolled up like a clock spring are embedded in the drum-shaped cheeks (23) of the crank crank. The cylindrical shells of these drums can also be perforated at the point where the crank pin is located be. A second spring (22) is again provided.

Flg. 7 zeigt eine gemischte AusfUhrungsform bei der die hufeisenförmig gebogenen, zweischichtigen Kurbelschenkel (24) zweiarmig, symmetrisch am Kurbelzapfen (6) befestigt und so in die pfannenartigen Wangen (23) der Kurbel eingebettet sind, daß sie sich mit ihrer Federkraft an den Pfannenrand anpressen, aber konzentrisch und exzentrisch wirkenden Kräften eine bestimmte Bewegungsfreiheit bieten.Flg. 7 shows a mixed embodiment in which the horseshoe-shaped, two-ply crank arm (24) two-armed, symmetrically attached to the crank pin (6) and embedded in the pan-like cheeks (23) of the crank that they press against the pan edge with their spring force, but act concentrically and eccentrically Offer forces a certain freedom of movement.

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Bei den Vorrichtungen gemäß den Fig. k bis 7 wird, im Gegensatz zu denen der Fig. 1 bis 3,kraftschlüssiger Kontakt im Kurbel triebwerk beim Durchgang des Kurbelzapfens im o.T. nicht unterbrochen, sondern durch eine elastisch verformbare Ausbildung eines Triebwerksteiles (vorzugsweise der Kurbelkröpfung) nur "aufgeweicht", wo durch der Verschleiß und die Geräuschbildung gemildert werden.In the devices according to FIGS. K to 7, in contrast to those of FIGS. 1 to 3, frictional contact in the crank engine is not interrupted when the crank pin passes through at tdc, but rather by an elastically deformable design of an engine part (preferably the crank offset) only "softened", where wear and noise are alleviated.

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Leerse iteBlank

Claims

16 E/ 24 6l716 E / 24 6l7

Paul Handl Haydngasse 25 A-"OO3 GablltzPaul Handl Haydngasse 25 A- "OO3 Gablltz

Patentanspruch etClaim et

.)Verfahren zur Stabilisierung des Drehmomentes von Kolbenbrennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines geteilten oder flexiblen Elementes des Triebwerkes (Kolben, Pleuelstange oder Kurbelkröpfung) der Kolben mindestens in der Nähe des oberen Totpunktes aus seiner Zwangsführung gelöst wird, so daß sich durch die aufgetretenen Massenkräfte die Hubhöhe und die Verdichtung mit der Drehzahl ändern sowie auch das räumliche Verdichtungsverhältnis drehzahl- und lastabhängig verändert wird. .) A method for stabilizing the torque of piston internal combustion engines, characterized in that by means of a split or flexible element of the engine (piston, connecting rod or crank offset) the piston is released from its forced guidance at least near top dead center, so that the occurred Mass forces change the lift height and the compression with the speed and also the spatial compression ratio is changed depending on the speed and load.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Verbrennungsraum in an sich bekannter Weise durch Abschnürung einer Brennkammer, die mit dem Hauptverbrennungsraum durch einen groß bemessenen überströmkanal verbunden ist, in zwei etwa gleichgroße Teile zerfällt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben bei der Erreichung seiner maximalen Hubhöhe (bedingt durch Drehzahl und Füllung) den scheibenförmigen Teil des Brennraumes völlig ausfüllt und dabei das eingeschlossene Gemisch in die kugel- oder trommeiförmige Brennkammer verdrängt, wo es gezündet wird, während der Kolben seinen kraftschlUssigen Kontakt mit der Kurbel unterbrochen hat und dabei die Einmündung des Überströmkanals weitgehend verdeckt, so daß die Verbrennungsgase in der Brennkammer nur mit Verzögerung auf seine Bodenfläche einwirken können.2. The method according to claim 1, wherein the combustion chamber in a known manner by constriction of a Combustion chamber, which is connected to the main combustion chamber by a large overflow duct, roughly two equal parts disintegrates, characterized in that the piston (conditionally by speed and filling) completely fills the disc-shaped part of the combustion chamber and thereby the enclosed The mixture is displaced into the spherical or drum-shaped combustion chamber, where it is ignited while the piston is in its place has interrupted frictional contact with the crank and thereby the confluence of the overflow channel largely covered, so that the combustion gases in the combustion chamber can only act on its floor surface with a delay.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Viertaktmotoren durch eine Verkleinerung des Auspuffventiles und durch eine den Abgasstrom hemmende3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that in four-stroke engines by a reduction in size of the exhaust valve and by an obstructing the exhaust gas flow

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ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

Steuerung desselben während des Auspufftaktes In Zylinder ein genügend großer Staudruck erzeugt wird um den auswärts geschleuderten Kolben abzubremsen und dadurch Prellschäden an der Hubbegrenzungseinrichtung (Anschlag im Gleitrahmen) zu vermeiden.Control of the same during the exhaust stroke in the cylinder a sufficiently high dynamic pressure is generated to brake the piston that has been thrown outwards and thereby damage the stroke limiter (stop in the Sliding frame).

k. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 bei dem ein Teil der Restenergie in den Abgasen mittels einer Abgasturbine rückgewonnen wird,' dadurch gekennzeichnet, daß der Mehraufwand an Energie für die Vergrößerung des Staudruckes während des Auspufftaktes durch folgende Maßnahmen mit Gewinn in den Arbeitsprozeß zurückgeführt wird: k . Method according to one of Claims 1 to 3, in which part of the residual energy in the exhaust gases is recovered by means of an exhaust gas turbine, characterized in that the additional energy required to increase the dynamic pressure during the exhaust cycle is profitably returned to the work process by the following measures :

a) Durch relativ enge, aber strömungstechnisch gut ausgebildete Krümmer welche die Ausströmgeschwindigkeit der Abgase erhöhen,a) By means of relatively narrow, but aerodynamically well-designed elbows which reduce the outflow speed of the Increase exhaust fumes,

b) Durch eine an sich bekannte Wassereinspritzung in den scheibenförmigen Teil des Verbrennungsraumes knapp vor dem Ende des Auspufftaktes, wo sich dieser zu einem Spalt verengt, so daß die Wassertröpfchen zwischen den heißen Flächen eingepreßt werden, wodurch eine plötzliche Verdampfung erfolgt, welche den (freifliegenden) Kolben stoppt, eine wirksame Innenkühlung besorgt, die Leistung der Abgasturbine erhöht, die letzten Abgasreste aus der Brennkammer verdrängt und schließlich mit dem verbleibenden Rest von Wasserdampf noch die Klopffestigkeit der nachfolgenden Ladung erhöht.b) By a known per se water injection into the disc-shaped part of the combustion chamber just before the end of the exhaust stroke, where it becomes a gap narrows, so that the water droplets are pressed between the hot surfaces, whereby a sudden evaporation takes place, which the (free-flying) piston stops, effective internal cooling is provided, the output of the exhaust gas turbine is increased, and the last remaining exhaust gas remains The combustion chamber is displaced and, with the remainder of the water vapor, the knock resistance of the subsequent load is increased.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,bei dem der Zeitpunkt der Kraftstoff, einspritzung durch ein kombiniertes Regelorgan, welches in an sich bekannter Weise sowohl auf Veränderungen der Drehzahl als auch auf Veränderungen des Unterdruckes in der Ansaugleitung reagiert, automatisch verschoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritzzeitpunkt um so näher an das Ende des Verdichtungstaktes gerückt wird, je mehr sich der Verdichtungsdruck5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the Timing of fuel, injection by a combined Control organ, which in a manner known per se both on changes in the speed and on changes in the Negative pressure in the intake line reacts, is automatically shifted, characterized in that the injection time is moved closer to the end of the compression stroke, the more the compression pressure increases

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mit zunehmender Drehzahl der Selbstziindungsgrenze nähert, so daß im höchsten Drehzahlbereich nur noch reine Luft im Zylinder verdichtet wird und der Motor in reinen Dieselbetrieb tibergeht.approaches the self-ignition limit with increasing engine speed, so that in the highest speed range only pure air in the Cylinder is compressed and the engine goes into pure diesel operation.

6. Kolbenbrennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer über Kolben und Pleuelstangen angetriebenen Kurbelwelle, bei der die Kolbenbewegung kinematisch einem starren Kurbeltrieb nicht entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen mindestens zweien der Elemente des Kurbelwellenantriebes eine ungesteuerte Beweglichkeit, vorzugsweise Verschiebbarkeit vorgesehen ist.6. Piston internal combustion engine for carrying out the method according to one of claims 1 to 5, with an over piston and connecting rods driven crankshaft, in which the Piston movement kinematically a rigid crank mechanism does not corresponds, characterized in that an uncontrolled mobility, preferably displaceability, is provided between at least two of the elements of the crankshaft drive.

7. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Elemente des Kurbelwellenantriebes federnd ausgebildet ist.7. Piston internal combustion engine according to claim 6, characterized in that at least one of the elements of the crankshaft drive is resilient.

8. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffdüse gegenüber dem überströmkanal und mit einer leichten Neigung gegen den Auspuffventilteller gerichtet 1st, so daß sich der Kraftstoffstrahl8. Piston internal combustion engine according to claim 6 or 7, characterized in that the fuel nozzle is directed towards the overflow channel and with a slight inclination towards the exhaust valve disc so that the fuel jet is directed am heißen Ventilteller plattdrückt und sodann durch den gleichfalls plattgedrückten überströmkanal in den Hauptverbrennungsraum umgelenkt wird.is flattened on the hot valve disk and then deflected into the main combustion chamber through the overflow channel, which is also flattened.

9. Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 8 mit einem In an sich bekannter Welse teleskopartig geteilten Kolben, welcher auch zur Schmierölförderung herangezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß er folgende Merkmale In sich vereinigt:9. Piston internal combustion engine according to one of claims 6 up to 8 with an in per se known catfish telescopic split piston, which is also used to deliver lubricating oil, characterized in that it has the following Features united in itself:

a) Der zylinderkopfseltlge (größere) Durchmesser des Innenkolbens ist nur um die doppelte Mindestmantel stärke des Außenkolbens kleiner als die Zylinderbohrung.a) The cylinder head overall (larger) diameter of the inner piston is only twice the minimum jacket thickness of the Outer piston smaller than the cylinder bore.

b) Der den Kolbenbolzen tragende Innenkolben hat die Gestalt eines Stempels oder Pilzes, d.h. sein Mantel verjüngt sich im mittleren Drittel seiner Höhe konisch in einem Winkel von zirka *»5-60°.b) The inner piston carrying the piston pin has the shape of a stamp or mushroom, i.e. its jacket tapers conically in the middle third of its height an angle of about * »5-60 °.

c) Der Innenkolben 1st zwischen dem Boden des Außenkolbena und einem in dessen Mantel eingeschraubten Anschlag- und Führungsring um l/l2 bis l/l6 des Kurbelkrelsdurchmessers In Richtung der Hauptachse frei verschiebbar.c) The inner piston is between the bottom of the outer piston and a stop and screwed into its jacket Guide ring can be moved freely by l / l2 to l / l6 of the crank diameter in the direction of the main axis.

d) Der Innenkolben ist trichterförmig durchbohrt und lenkt dadurch einen permanenten Öl strahl aus dem Kurbelkasten gegen das Zentrum des (Außen-) kolbenbodens, aus dem ein Zapfen herausragt, welcher beim Zusammenschlagen der Deckfläche in die obere Trichteröffnung eindringt und dadurch den Rückfluß des im Zwischenraum verbliebenen (>ls behindert, so daß ein Teil davon durch den engen Spalt (Spiel) zwischen den beiden Kolbenmänteln gepreßt wird und dadurch auch zwischen die konischen Anschlagflächen gelangt.d) The inner piston is drilled through in a funnel shape and thereby directs a permanent jet of oil from the crankcase towards the center of the (outer) piston crown which protrudes a pin which penetrates into the upper funnel opening when the top surface is knocked together and as a result, the return flow of the oil remaining in the space is obstructed, so that part of it passes through the narrow Gap (play) is pressed between the two piston skirts and thereby also gets between the conical stop surfaces.

10. Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem eines der beiden Pleuellager, vorzugsweise das kurbelwellenseltige, in an sich bekannter Weise, in einen Gleitstein untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitstein zwischen den beiden Anschlägen des Gleitrahmens frei beweglich ist und die Impulse der Verbrennungen direkt vom zylinderkopfseitigen Anschlag erhält, während der kurbelseitlge Anschlag der Hubhöhe des Kolbens und damit auch dem gleitenden, räumlichen Verdichtungsverhältnis die absolute Höchstgrenze setzt.10. Piston internal combustion engine according to one of claims 6 to 9, in which one of the two connecting rod bearings, preferably the crankshaft seltige, in a manner known per se, in one Sliding block is housed, characterized in that the sliding block is freely movable between the two stops of the sliding frame and the pulses of the burns receives directly from the cylinder head-side stop, while the The crank-side stop of the stroke height of the piston and thus also the sliding, spatial compression ratio sets absolute maximum limit.

11. Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das veränderliche Verdichtungsverhältnis von einem Gleitsteinpaar ermöglicht wird, welches in den Schenkeln bzw. Gegengewichten11. Piston internal combustion engine according to one of claims 6 to 10, characterized in that the variable compression ratio is made possible by a pair of sliding blocks, which are in the legs or counterweights

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einer Kurbelwellenkröpfung (radial) frei verschiebbar eingelassen ist und vom Kurbelzapfen zusammengehalten wird.a crankshaft offset (radially) is embedded freely movable and is held together by the crank pin.

12. Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderliche Schwingungsweite des Kolbens durch elastisch verformbare und daher schwingfähige Schenkel der Kurbelwelle ermöglicht wird.12. Piston internal combustion engine according to one of claims 6 to 11, characterized in that the variable Oscillation amplitude of the piston made possible by elastically deformable and therefore oscillatable legs of the crankshaft will.

13. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel der Kurbelwellenkröpfung spiralfederartig ein- oder mehrschichtig ausgebildet sind in der Welse, daß jeder Schenkel vom Zentrum weg zunächst als starre Speiche zur Peripherie führt, wo er sich in einen langen, schnwingfähigen und in einen kurzen, starren Ast, der In die Gegenrichtung zeigt, teilt, wobei der schwingfähige Ast an seinem freien Ende den Kurbelzapfen trägt und gegen den kurzen Ast der Speiche stößt, wodurch seine Schwingweite begrenzt wird.13. Piston internal combustion engine according to claim 12, characterized in that the legs of the crankshaft offset Are formed like a spiral spring one or more layers in the way that each leg leads away from the center as a rigid spoke to the periphery, where it is in divides a long, vigorous branch into a short, rigid branch that points in the opposite direction, whereby the swingable branch carries the crank pin at its free end and pushes against the short branch of the spoke, whereby its amplitude is limited.

1Λ. Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die schwingfähigen Kurbel schenkel in trommeiförmigen Kurbelwangen untergebracht sind, an deren zylindrischen Mänteln sich die Federschenkel stoßfrei anschmiegen und abheben können.1Λ. Piston internal combustion engine according to one of Claims 12 or 13, characterized in that the swingable crank legs are housed in drum-shaped crank webs are, on whose cylindrical shells the spring legs cling seamlessly and can lift off.

15. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch lh, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Kurbelzapfen mit symmetrisch angeordneten, ein- oder Mehrschichtigen Blattfedern an den zylindrischen Mänteln der Kurbelwangen gleitend abstützt.15. Piston internal combustion engine according to claim lh, characterized in that the crank pin is slidably supported with symmetrically arranged, single or multi-layer leaf springs on the cylindrical shells of the crank webs.

16. Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitrahmen in den Pleuelstangen ebenso wie die trommeiförmigen Gehäuse der verschiebbaren bzw. schwingfähigen Kurbelschenkel durch Ab-16. Piston internal combustion engine according to one of claims 10 to 15, characterized in that the sliding frames in the connecting rods as well as the drum-shaped housings of the displaceable or oscillatable crank arms are

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Cover plates are transformed into chambers , through the narrow joints of which the oil pumped by the moving parts is pressed with great resistance, which reduces noise and wear.

17. Piston internal combustion engine according to one of claims 6 to l6, with pistons rotating in opposite directions, characterized in that the maximum stroke extension for the individual piston is reduced by half, for example at a compression ratio of 7: 1 to \ k : 1 to one twenty-eighth of the total stroke.

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