DE3115417C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft den Kurbeltrieb für Hubkolbenmotore.

Bekanntlich wirken die Gaskräfte auf den Kolben ein, der dadurch aus dem Bereich etwa des oberen Totpunkts ver­ schoben wird und dabei Bewegungsenergie über das Pleuel in den Kurbelzapfen der in Drehung zu versetzenden Kurbel leitet. Die dem Kurbeltrieb eigentümlichen Bewegungszu­ sammenhänge und hieraus resultierenden Geschwindigkeiten und Beschleunigungen lassen eine optimale Nutzung der Gaskräfte bekanntlich nicht zu, weil das Verweilen des Kolbens im Bereich des oberen Totpunkts wegen der dort obwaltenden Beschleunigung zu kurz ist. Die im Bereich des unteren Totpunkts in dieser Hinsicht gegebenen etwas günstigeren Verhältnisse reichen jedoch vielfach ebenfalls nicht aus, einen günstigen Liefergrad des Motors zu ge­ währleisten.

Es ist nun schon vorgeschlagen worden, durch Anordnen eines Winkelhebels und eines zweiten Pleuels zwischen Winkelhebel und Kurbel die Verweilzeit des Kolbens im Bereich des oberen Totpunkts zu verlängern. Dies hat indes eine Verschlechterung der Verhältnisse im unteren Totpunkt zur Folge. Eine weitere bekanntgewordene Anordnung weist zwischen Pleuel und Kurbel ein Zwischen-Pleuel auf, das mittels Zusatzlenker geführt wird. Eine weiterhin bekanntgewordene Anordnung verwendet zwischen Pleuel und Kurbel sogar zwei parallel wirkende Zwischen-Pleuel. Dies erfordert, die anzutreibende Kurbel mit Doppelkröpfung zu versehen. Alle genannten Anordnungen weisen eine erhöhte Zahl von bewegten massebehafteten Teilen sowie Verschleiß unterworfenen beweglichen Verbin­ dungen auf, was erheblichen Mehraufwand an Konstruktions­ raum und Fertigungskosten bedeutet, zudem höhere Reibungs­ verluste verursacht. Dies gilt in gleicher Weise für die in der US-PS 11 07 837 bereits vorgeschlagene Anordnung mit in einem Eckpunkt eines Bogendreiecks geführtem Kurvenkörper, der ein zusätzliches Rahmenteil, geführt in der Kulisse des zu bewegenden Kolbens, erforderlich macht. Weiterhin konnte auch die in der DE-AS 11 68 163 vorgeschlagene Anordnung mit einem Kurvenkörper zwischen zwei parallelen Ebenen des Pleuel­ ausbruchs nicht zum Erfolg führen, weil dieser Kurvenkörper nicht als Gleichdick ausgebildet ist.

Gegenüber dem skizzierten Stand der Technik soll mit der Erfindung ohne einen Mehraufwand an zusätzlichen Teilen die Aufgabe gelöst werden, die Bewegungszusammenhänge bei einem somit nur aus Kolben, Pleuel und Kurbel als bewegten Teilen bestehenden Kurbeltrieb zu verbessern derart, daß die Verbrennung verbessert und/oder der Liefergrad erhöht werden. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß der zylindrische Kurbelzapfen als vom Kreiszylinder ab­ weichendes Gleichdick ausgebildet ist und das umschließende Pleuelauge durch äquidistante Flächenpaare gebildet wird.

Im üblichen Kurbeltrieb sind Pleuel und Kurbel durch eine Lagerung beweglich verbunden, die lediglich eine Drehung um eine in bezug auf beide Teile feste Achse, die Drehachse des Pleuellagers, erlaubt. Gegenüber den hierfür vorge­ sehenen rotationssymmetrischen geometrisch im wesentlichen gleichen Voll- bzw. Hohlformen von Welle und Lagerschale treten bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Pleuellagers nicht-rotationssymmetrische geometrisch im wesentlichen verschiedene Formen. Als Mittel (Elemente) der gegenseitigen Lenkung werden gemäß der Erfindung Voll- und Hohlkörper ver­ wendet, die sich, ausreichend stützend, eindeutig relativ derart zueinander bewegen, daß sie sich um eine gegenüber jedem der bewegten Teile veränderliche Achse momentan drehen. In den Bewegungsebenen von Kurbel und Pleuel beschreibt dem­ gemäß die Achse Polkurven.

Voll- und Hohlkörper weisen unterschiedliche Formen auf. Im Hinblick auf die im Pleuellager aufzunehmenden Kräfte wird der Vollkörper als Gleichdick ausgebildet und ist somit an jeder Stelle der seine Schnittfläche begrenzenden Kontur konvex gekrümmt. Hierfür sind dann die stützenden Flächen des das Pleuelauge bildenden Hohlkörpers als äquidistante Flächen auszubilden. Um die an den Stützlinien zwischen Voll­ körper und Hohlkörper auftretenden spezifischen Pressungen zu reduzieren, kann nach einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung das Gleichdick einen stetigen Krümmungs-Verlauf seiner Querschnitts-Kontur aufweisen. Im Hinblick auf die aufgabengemäße Verbesserung sowohl der Verbrennung als auch der Ladung erweist es sich als vorteilhaft, dann ein P3- Profil als Gleichdick zu verwenden. Zweckmäßig verwendet man als äquidistante Flächen für das Pleuelauge ebene Flächen­ paare, die bekanntlich leicht fertigbar sind. Als vorteil­ haft kann es sich aber auch erweisen, konzentrische Zylin­ derflächen für die Stützung des Vollkörpers anzuwenden. Hierdurch lassen sich einerseits noch weitergehende Ver­ besserungen hinsichtlich des Verweilens des Kolbens im Bereich des einen oder anderen Totpunkts erzielen, anderer­ seits lassen sich aber auch gezielt günstigere Schmiegungs­ verhältnisse an einer bzw. den Stützstelle(n) erreichen. Als weiterhin vorteilhaft kann es sich erweisen, Vollkörper und Hohlkörper in der Kurbel bzw. im Pleuel in gezielter Weise anzuordnen, um im Betrieb eine günstige Zuordnung der Elemente zu gewährleisten, z.B. um in der Stellung, in der die größten Pleuelkräfte auftreten, eine günstige Verzweigung des Kraftflusses oder eine vorteilhafte Schmiegung zwischen den Elementen herbeizuführen.

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der Beschreibung und den Figuren. Im einzelnen zeigen

die Fig. 1 eine mögliche Ausbildung der erfindungsgemäßen Mittel,

die Fig. 2 eine weitere vorteilhafte Ausbildung des Gleichdicks,

die Fig. 3 den Bewegungszusammenhang für eine Anordnung nach Fig. 2,

die Fig. 4 eine mögliche der Fig. 2 entsprechende Aus­ bildung, jedoch mit anderen Konturen des stützenden Pleuelauges,

die Fig. 5 und 6 zwei den Fig. 4 bzw. 2 ähnliche Ausbildungen, jedoch mit geänderten Zuordnungen der erfindungsgemäßen Mittel.

In Fig. 1 ist der Kurbeltrieb insgesamt schematisch darge­ stellt. Die Mittel für die bewegliche Verbindung des vom Kolben 5 her in Bewegung gesetzten Pleuels 1 mit der Kurbel 2 sind hier der Gleichdick-Wellenkörper 3 und das diesen um­ schließende Pleuelauge 4. Der an jeder Konturstelle konvexe Gleichdick-Wellenkörper ist beispielhaft ein Bogendreieck, das umschließende Pleuelauge ein Prisma mit im wesentlichen als Rhombus ausgebildeter Grundfläche.

Besonders vorteilhaft ist es, wegen seiner guten Herstell­ barkeit als Gleichdick-Wellenkörper,ein P 3-Profil 13 zu verwenden, wie in der in Fig. 2 gezeigten Ausbildung der Erfindung. Das umschließende Pleuelauge 14 ist hier ein Prisma mit im wesentlichen quadratischer Grundfläche. Fig. 3 zeigt den für diese Anordnung sich einstellenden ausgezogenen Verlauf zwischen dem Kolbenweg s und dem Kurbelwinkel ϕ, im Vergleich dazu gestrichelt den Bewegungszusammenhang des normalen Kurbeltriebs entsprechender Abmessungen.

In Fig. 4 ist das das Gleichdick 23 umschließende Auge des Pleuels 1 im wesentlichen aus zwei ebenen Flächen 24 und zwei konzentrischen Kreiszylinder-Flächen 24′ gebildet, um vorzugsweise im Bereich des unteren Totpunkts ein längeres Verweilen des Kolbens und damit besseres Ansaugverhalten zu erreichen. Demgegenüber sind in der in Fig. 5 gezeigten, ansonsten der Anordnung der Fig. 4 entsprechenden Anordnung die Konturen des Gleichdick-Wellenkörpers 33 und der Be­ grenzungsflächen 34, 34′ des umschließenden Hohlkörpers in bezug auf die Kurbel 2 bzw. das Pleuel 1 so verdreht, daß sich im Bereich des etwa dargestellten oberen Totpunkts für die vom Gleichdick-Wellenkörper aufzunehmenden Pleuel­ kräfte besonders vorteilhafte Schmiegungsverhältnisse er­ geben. In Fig. 6 ist eine andere vorteilhafte Zuordnung von Gleichdick-Wellenkörper 43 und Pleuelauge 44 gezeigt, die im übrigen der Anordnung der Fig. 2 entspricht, jedoch mit in bezug auf die Kurbel 2 bzw. das Pleuel 1 veränderter Phasenlage derselben. Man erkennt, daß in der dargestellten Getriebestellung, in welcher bekanntlich etwa größte Pleuel­ kräfte, resultierend aus Gasdruck und Massenkräften, auf­ treten, diese durch Stützung in den Berührungslinien 46′, 46′′ günstig aufgeteilt werden.

Claims (4)

1. Kurbeltrieb für Hubkolbenmotor zur Verzögerung einer oder beider Umkehrbewegungen des Kolbens mit kurvenförmiger Aus­ bildung des oberen zylindrischen Kurbelzapfens und um­ schließender Hohlform des Pleuelauges, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zylindrische Kurbelzapfen als vom Kreis­ zylinder abweichendes Gleichdick (3, 13, 23, 33, 43) aus­ gebildet ist und das umschließende Pleuelauge durch äquidistante Flächenpaare (4;14; 24, 24′; 34, 34′; 44) gebildet wird.

2. Kurbeltrieb für Hubkolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichdick ein P3-Profil (13, 23, 33, 43) ist.

3. Kurbeltrieb für Hubkolbenmotor nach vorhergehenden An­ sprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die äquidistanten Flächenpaare des Pleuelauges in den Eingriffsbereichen Ebenen (4, 14, 24, 34, 44) sind.

4. Kurbeltrieb für Hubkolbenmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äquidistanten ebenen Flächen (14, 44) senkrecht zueinander angeordnet sind.