DE3129630A1 - Piston drive mechanism for reciprocating piston internal combustion engine - Google Patents
Piston drive mechanism for reciprocating piston internal combustion engineInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/32—Engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding main groups
Abstract
Description
Wenzel Schubert *" 3500 Kassel, den 22. 7. 1981Wenzel Schubert * "3500 Kassel, July 22nd, 1981
Ziegenhainer Straße 35
3500 KasselZiegenhainer Strasse 35
3500 Kassel
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kolbentriebwerk für eine Hubkolbenverbrennungskraftmaschine mit einem Hubkolben in einem Zylinder. The invention relates to a piston engine for a reciprocating internal combustion engine with a reciprocating piston in a cylinder.
Bei Hubkolbenverbrennungskraftmaschinen herkömmlicher Bauart mit einem Kolbentriebwerk mit Kurbelwelle, Pleuelstange und dem in einem Zylinder hin- und hergehenden Kolben besteht der schwerwiegende Nachteil, daß im oberen Totpunkt (OT), also gerade in dem Bereich, wo die Verbrennungsgase den größten Arbeitsdruck auf die Wandungen des Verbrennungsraumes und damit auch auf den Kolbenboden ausüben, die "Nachgiebigkeit" der Wandungen des Verbrennungsraumes -also mit anderen Worten, die "Nachgiebigkeit des Kolbenbodens- theoretisch gleich Null ist. In dem oberen Totpunkt und auch ein gutes Teil danach trägt die Expansion nicht oder noch nicht wesentlich dazu bei, daß die seitliche Komponente aus der Kolbenkraft eine Drehbewegung der Kurbelwelle hervorruft. Die Folge davon ist, daß sich bei einem herkömmlichen Kolbentriebwerk im OT im Verbrennungsraum bei der Zündung des Luft-Gasgemisches ein sehr hoher Druck aufbaut, der durch die Abwärtsbewegung des Kolbens in der Zeiteinheit erst nach Zurücklegung einer beträchtlichen Hubstrecke abgebaut wird. In der Nähe des OT ist die Abwärtsbewegung des Kolbens in der Zeiteinheit gemessen minimal. Dem hohen Druck sucht man konstruktiv dadurch zu begegnen, daß die Triebwerksteile entsprechend verstärkt ausgeführt werden, damit überhaupt die hierbei auftretenden Schläge aufgenommen werden können. Das gilt insbesondere für Dieselbrennkraftmaschinen, bei denen verschiedene Faktoren in ungünstiger Weise zusammentreffen können. Man hat versucht, diese Druckspitzen durch Steuerung der Verfahrensabläufe abzubauen bzw. zu verflachen, z. B., indem man andere Verbrennungsverfahren, wie z. B. Vorkammerverfahren, M-Verfahren, Wirbelkammerverfahren, Schichtladungsverfahren o. ä., anwendet. Es ist allerdings schwierig, hier eine befriedigende thermodynamische Lösung zu finden, weil hier bedingt durch die Verluste beimIn reciprocating internal combustion engines of conventional design with a piston engine with a crankshaft, connecting rod and the piston reciprocating in a cylinder is the most serious Disadvantage that in top dead center (TDC), i.e. precisely in the area where the combustion gases have the greatest working pressure on the Walls of the combustion chamber and thus also exert on the piston crown, the "flexibility" of the walls of the combustion chamber - in other words, the "flexibility of the piston crown - is theoretically zero. In the top dead center and also a good part after that, the expansion does not or still does does not contribute significantly to the fact that the lateral component of the piston force causes a rotary movement of the crankshaft. The consequence it is that in a conventional piston engine at TDC a combustion chamber occurs when the air-gas mixture is ignited very high pressure builds up, which due to the downward movement of the piston in the unit of time only after a considerable stroke distance has been covered is dismantled. In the vicinity of TDC, the downward movement of the piston measured in the unit of time is minimal. The high pressure one tries to counteract constructively by the fact that the engine parts are made correspondingly reinforced, so that the impacts occurring here can be absorbed. This applies in particular to diesel internal combustion engines, in which various Factors can coincide in an unfavorable way. One has tries to reduce or flatten these pressure peaks by controlling the process sequences, e.g. B. by using other combustion processes, such as B. Pre-chamber process, M-process, vortex chamber process, Stratified charge process or the like. It is difficult, however, to find a satisfactory thermodynamic here To find a solution, because here due to the losses at
fs.fs.
Gaswechselvorgang Grenzen gezogen sind. Schließlich liegt das Problem doch darin, einen Weg zu finden,, den im oberen Totpunkt vorhandenen hohen Druck für die Drehbewegung der Kurbelwelle nutzbar zu machen. Im Bereich des OT ist bei einem herkömmlichen Kurbeltriebwerk der "Raumgewinn" infolge der Hubbewegung des Kolbens äußerst gering. Die wenigen mmp die bei der Abwärtsbewegung des Kolbens an Hub gewonnen werden, vermögen bei einem herkömmlichen Hubkolbentriebwerk nicht eine solche Rauravergrößerung zu schaffen, daß auf Grund der bekannten Beziehung zwischen Druck und Volumen ein spürbarer Druckabfall zustande kommt. Bei dem herkömmlichen Triebwerk steht im OT die Pleuelstange senkrecht auf dem Kurbelzapfen; Kurbelarm und Pleuelstange bilden eine gerade Linie. Es ist im OT theoretisch keine Komponente vorhanden, die tangential an den Kurbelkreis wirkt.Gas exchange process limits are drawn. After all, the problem is to find a way to utilize the high pressure present at top dead center for the rotational movement of the crankshaft. In the area of TDC, the "gain in space" due to the stroke movement of the piston is extremely small in a conventional crank drive. The few mm p that are gained in stroke during the downward movement of the piston are not able to create such an increase in space in a conventional reciprocating engine that a noticeable pressure drop occurs due to the known relationship between pressure and volume. In the conventional engine, the connecting rod is perpendicular to the crank pin in TDC; The crank arm and connecting rod form a straight line. In TDC there is theoretically no component that acts tangentially on the crank circle.
Zur Vermeidung dieser Nachteile im OT sind auch bereits Doppelkolbentriebwerke vorgeschlagen wordenp bei denen man durch das "elastische Verhalten" der Kolben eine Vergrößerung des Ansaugvolumens bzw. eine größere Kompression erreichen will,, dadurch, daß der eine der beiden Kolben durch einen zusätzlichen Exzenter auf dem Kurbelzapfen betätigt wird (0S„ 27 09 939). Im OT kommt auch bei Vorhandensein eines Exzenters bei dieser Doppelkolbenmas chine keine Komponente zustande, die tangential an den Kurbelkreis wirkt.To avoid these disadvantages in the OT already double piston engines have been proposed p where one wants to achieve by the "elastic behavior" of the piston an increase in the suction volume and a larger compression ,, characterized in that one of the two pistons by an additional cam on the crank pin is actuated (0S "27 09 939). In TDC, even with the presence of an eccentric, there is no component in this double piston machine that acts tangentially on the crank circle.
Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde» die Nachteile der bekannten Hubkolbentriebwerke zu vermeiden und ohne Änderung des Gasaufbereitungsverfahrens ein Hubkolbentriebwerk zu schaffen, das im Bereich des OT ohne Änderung des thermodynamischen Prozesses eine andere Druckverteilung und einen anderen Anteil an der Weiterdrehung der Kurbelwelle und damit des Triebwerkes realisiert. Es soll eine Drehmomentverstärkung -beginnend im OT- im mittleren Bereich erreicht werden^ d„ hop die Pleuelstange soll im OT eine Komponente haben0 die tangential an den Kurbelkreis wirkt.Therefore, the invention is based on the object »to avoid the disadvantages of the known reciprocating engines and to create a reciprocating engine without changing the gas processing method, which in the TDC area without changing the thermodynamic process has a different pressure distribution and a different proportion of the further rotation of the crankshaft and thus of the engine realized. It should be -beginnend reaches a torque gain at the TDC in the central region ^ d "h op, the connecting rod at TDC is to have a component 0 tangentially acting on the crank circle.
Die gestellte Aufgabe wird gelöst durch ein Kolbentriebwerk für eine Hubkolbenverbrennungskraftmaschine mit einem Hubkolben jeThe problem posed is achieved by a piston engine for a reciprocating internal combustion engine with one reciprocating piston each
-X- f. -X- f.
Zylinder, bei der der Arbeitsdruck auf die Oberfläche des Kolbenbodens wirkt und bei der der Arbeitskolben-(Druckkolben) im Zylinder hin- und herbeweglich angeordnet ist und auf ein Triebwerk ein· wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß eine kurze Koppelpleuelstange vom Pleuelbolzenlager des Arbeitskolbens ausgehend auf einen schräg unter einem stumpfen Winkel abgewinkelten Teil (Nebenpleuel) der längeren Hauptpleuelstange, die mit ihrem oberen Pleuelauge in einer unterhalb des Arbeitskolbens im Zylinder auf- und abbeweglich angeordneten Gleitführung in Art eines (oben und unten offenen) Stützkolbens gelagert ist, wobei das längere Ende (Pleuelkopf, Hauptpleuel) an dem Kurbelwellenzapfen angeschlossen istj einwirkt.Cylinder at which the working pressure on the surface of the piston crown acts and in which the working piston (pressure piston) is arranged to move back and forth in the cylinder and acts on an engine acts, characterized in that a short coupling rod from the connecting rod bearing of the working piston starting at an angle at an obtuse angle angled part (secondary connecting rod) of the longer main connecting rod, which with its upper connecting rod eye in a underneath the working piston in the cylinder that can be moved up and down in the manner of a sliding guide (open at the top and bottom) Support piston is mounted, wherein the longer end (connecting rod head, main connecting rod) is connected to the crankshaft journal acts.
Die unterhalb des Arbeitskolbens im Zylinder auf- und abbewegliche Gleitführung kann in Form einer rundum mit einer geschlossenen Mantelfläche versehenen Führung auch in Art eines Kreuzkopfes mit zwei in der Abstützungsebene gegenüberliegenden Mantelsegmenten ausgebildet sein. Die ManteLfläche des Arbeitskolbens kann im unteren Abschnitt verjüngt ausgebildet sein, derart, daß sie mit dem verjüngten Teil in einem entsprechenden Abschnitt der Innenwandung der Gleitführung geführt wird.The one that moves up and down in the cylinder below the working piston Sliding guide can also be provided in the form of a cross head in the form of a guide provided all around with a closed jacket surface be formed two opposite shell segments in the support plane. The outer surface of the working piston can be in the lower Section be tapered in such a way that it is with the tapered part in a corresponding section of the inner wall the sliding guide is guided.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hubkolbentriebwerkes dargestellt.In the drawings is an embodiment of the invention Reciprocating engine shown.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 schematisch das erfindungsgemäße Hubkolbentriebwerk in einer Stellung, be L der sich der Arbeitskolben im oberen Totpunkt befindet,Figure 1 schematically shows the reciprocating piston engine according to the invention in a position in which the working piston is in top dead center,
Figur 2 schematisch die Position des Arbeitskolbens gemäß Fig.l 90° nach dem oberen Totpunkt,Figure 2 schematically shows the position of the working piston according to Fig.l 90 ° after top dead center,
Figur 3 den Arbeitskolben gemäß Fig. 1 und 2,3 shows the working piston according to FIGS. 1 and 2,
Figur k die Gleitführung gomäß Fig. 1 und 2 in Form eines Stützkolbens, Figure k the sliding guide gomäß Fig. 1 and 2 in the form of a support piston,
Figur 5 die kurze Pleuelstange (Koppelpleuelstange) für den Arbeitskolben gemäß Fig. 3,FIG. 5 shows the short connecting rod (coupling rod) for the working piston according to FIG. 3,
Figur 6 die längere Hauptpleuelstange mit dem schräg unter einem stumpfen Winkel abgewinkelten Teil (Nebenpleuel).FIG. 6 shows the longer main connecting rod with the part (secondary connecting rod) which is angled at an oblique angle at an obtuse angle.
In den Zeichnungen ist 1 die im Prinzip (ohne Ventile) dargestellte erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine, 2 der Zylinder, 3 der Zylinderdeckel, 4· der Verbrennungsraum, 5 der Arbeitskolben, der sich in dem Zylinder 2 auf- und abbewegt„ 6 ist der verjüngte Mantel des Kolbens 5, 7 ist das Kolbenbolzenauge für den Arbeitskolben 5, 8 ist der Kolbenbolzen für den Arbeitskolben 5, 9 ist die kurze Pleuelstange, die vom Kolbenbolzen 8 im Kolbenbolzenauge 7 des Arbeitskolbens 5 ausgehend mit ihrem Pleuellager 10 an ihrem einen Ende den Zapfen 11 auf dem unter einem stumpfen Winkel abgewinkelten Teil (Nebenpleuel) 12 der längeren Pleuelstange 13 umschließt. Das Pleuelauge der kurzen Pleuelstange 9 ist mit 9' bezeichnet. Das obere Pleuellager der längeren Pleuelstange (Hauptpleuel) 13 ist mit 14. bezeichnet, es umfaßt den (Kolben) -bolzen 15, der im Kolbenbolzenauge 16 des als Gleitführung dienenden unteren Stützkolbens 17 angeordnet ist. Der Stützkolben 17 umfaßt mit seinem schürzenförmigen Teil 18 den verjüngt ausgeführten unteren Teil 6 des Arbeitskolbens 5 <■ Auf dem Umfang des verjüngten Teiles 6 des Arbeitskolbens 5 sind Bohrungen 19 für das Entweichen der Luft angeordnet. Mit dem unteren Pleuellager 20 an der längeren Pleuelstange 13 wird der Kurbelzapfen 21 der Kurbelwelle 22 umfaßt. Der Pfeil X zeigt die tangentiale Wirkung, die im oberen Totpunkt auf den Kurbelzapfen 21 ausgeübt wird. Die lange Pleuelstange 13 mit dem oberen Pleuelauge 14·* das abgewinkelte Teil 12 und das untere Pleuellager 20 stellen ein festes Dreieck dar. In Figur 1 ist die Verbrennungskraftmaschine 1 schematisch so dargestellt, daß der Kurbelzapfen 21 an der Kurbelwelle 22 im OT steht, also auf dem höchsten Punkt des Kurbelkreises 23. In diesem Punkt herrscht im Brennraum 4- theoretisch der höchste Arbeits- ' druck, der sich auf die Fläche des Kolbenbodens des Arbeitskolbens ! 5 so auswirkt, daß der Kolben 5 nach unten gedrückt wird, wobei die kurze Pleuelstange 9, die mit dem ©inen Pleuelauge 9" denIn the drawings, 1 is the internal combustion engine according to the invention, shown in principle (without valves), 2 the cylinder, 3 the cylinder cover, 4 · the combustion chamber, 5 the working piston, which moves up and down in the cylinder 2 “ 6 is the tapered jacket of the Piston 5, 7 is the piston pin boss for the working piston 5, 8 is the piston pin for the working piston 5, 9 is the short connecting rod which, starting from the piston pin 8 in the piston pin boss 7 of the working piston 5, has its connecting rod bearing 10 on the pin 11 at one end the part angled at an obtuse angle (secondary connecting rod) 12 of the longer connecting rod 13 encloses. The connecting rod eye of the short connecting rod 9 is denoted by 9 '. The upper connecting rod bearing of the longer connecting rod (main connecting rod) 13 is denoted by 14, it comprises the (piston) pin 15 which is arranged in the piston pin boss 16 of the lower support piston 17 serving as a sliding guide. With its skirt-shaped part 18, the supporting piston 17 comprises the tapered lower part 6 of the working piston 5. On the circumference of the tapered part 6 of the working piston 5, bores 19 are arranged for the air to escape. The crank pin 21 of the crankshaft 22 is encompassed by the lower connecting rod bearing 20 on the longer connecting rod 13. The arrow X shows the tangential effect which is exerted on the crank pin 21 at the top dead center. The long connecting rod 13 with the upper connecting rod eye 14 · * the angled part 12 and the lower connecting rod bearing 20 represent a solid triangle. In FIG at the highest point of the crank circle 23. At this point there is theoretically the highest working pressure in the combustion chamber 4, which is on the area of the piston crown of the working piston! 5 has the effect that the piston 5 is pressed downwards, whereby the short connecting rod 9, which is connected to the connecting rod eye 9 ″ den
Kolbenbolzen 8 im Kolbenbolzenauge 7 des Arbeltskolbens 5 umfaßt, mit dem unteren Pleuellager 10 auf den Zapfen 11 des abgewinkelten Teiles 12,drückt. Dies wirkt sich in dem Sinne aus, daß die PIe elstange 13 um den Kolbenbolzen 15 des Stützkolbens 17 mit ihrem Pleuellager 20 den Kurbelzapfen 21 der Kurbelwelle 22 im Drehsinne herumhebelt. Es wirkt also im OT eine starke Drehkraft tangential um den Kurbelkreis 23.Piston pin 8 in the piston pin boss 7 of the piston 5 includes, with the lower connecting rod bearing 10 on the pin 11 of the angled Part 12, presses. This has the effect that the PIe El rod 13 around the piston pin 15 of the support piston 17 with its connecting rod bearing 20 the crank pin 21 of the crankshaft 22 in the direction of rotation leverages. In TDC a strong torque acts tangentially around the crank circle 23.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19813129630 DE3129630A1 (en) | 1981-07-28 | 1981-07-28 | Piston drive mechanism for reciprocating piston internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19813129630 DE3129630A1 (en) | 1981-07-28 | 1981-07-28 | Piston drive mechanism for reciprocating piston internal combustion engine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3129630A1 true DE3129630A1 (en) | 1983-02-17 |
Family
ID=6137854
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19813129630 Ceased DE3129630A1 (en) | 1981-07-28 | 1981-07-28 | Piston drive mechanism for reciprocating piston internal combustion engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3129630A1 (en) |
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