DE3131060A1

DE3131060A1 - "verbindung zwischen kurbelwelle und kolben in einer verbrennungskraftmaschine"

Info

Publication number: DE3131060A1
Application number: DE19813131060
Authority: DE
Inventors: John P. 91321 Newhall Calif. Zima
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-08-25
Filing date: 1981-08-05
Publication date: 1982-04-15
Also published as: GB2082675A; IT8123624A0; IT1195276B; SE8104552L; JPS5773801A

Description

"Verbindung zwischen Kurbelwelle und Kolben in einer Verbrennungskraftmaschine"

Die vorliegende Erfindung betrifft.Kurbeltriebe und insbesondere die Verwendung eines Kurbeltriebs in einer von Kolben angetriebenen Verbrennungskraftmaschine.

! Verbrennungskraftmaschinen sind bekannt. Im allgemeinen weisen sie einen Motorblock mit einem Vielzahl von beabstandeten zylindrischen Öffnungen auf, in denen sich jeweils ein Kolben befindet, der entlang der Längsmittelachse seiner Zylinderöffnung hin- und herbewegbar ist.

Die Kolben sind jeweils mit einer Kurbelwelle verbunden. Die ^: Verbindung zwischen jedem Pleuel, d.h. dem Verbindungselement, und der Kurbelwelle, erfolgt um eine Schwenkachse, die von der Drehachse der Kurbelwelle beabstandet verläuft. Die Längsmittelachse jedes Zylinders schneidet die Drehachse der Kurbelwelle. Im allgemeinen erfolgt die Kraftübertragung auf die Kurbelwelle als Kurbelmoment, das die hin- und hergehenden Kolben erzeugen. Dieses Drehmoment ist proportional dem Betrag des tangentialen Kraftvektors, der auf den Radius der Kurbelwelle wirkt, d.h. ist also im wesentlichen die auf die Kurbelwelle aufgebrachte Drehwirkung.

Der Arbeitshub beginnt, wenn durch Verbrennen des Treibstoffs im Zylinder der Kolben beginnt, sich abwärts zu bewegen. Bei einer herkömmlichen Verbrennungskraftmaschine schneidet die

-343 me o

j Längsmittelachse des Pleuels dann die Drehachse der Kurbelwelle.

j Infolge der Trägheit dreht die Kurbelwelle; während dieser

^; Drehung nimmt die Längsachse des Pleuels einen Abstand von der

ι Drehachse der Kurbelwelle ein. Dieser Abstand nimmt zu und er-

S reicht sein Maximum, wenn eine die Schwenkverbindung des Pleuels

j an der Kurbelwelle mit der Drehachse der Kurbelwelle verbinden-

, de Gerade rechtwinklig zur Längsmittelachse des Zylinders liegt.

j Leistung bzw. Drehmoment ergibt sich jedoch aus dem Produkt aus

; Kraft und Weg. Die auf den Kolben aufgebrachte Kraft wird in

• das Drehmoment verwandelt, wenn die Schwenkverbindung des

j Pleuels mit der Kurbelwelle von deren Drehachse beabstandet

I liegt.. Ohne einen solchen Abstand, d.h. in einer herkömmlichen

[ Verbrennungskraftmaschine zu Beginn des Arbeitshubs, liefert

\ der Zylinder kein Ausgangsdrehmoment, da in diesem Augenblick

I die vom Kolben ausgeübte Kraft unmittelbar auf die Drehachse

! der Kurbelwelle gerichtet ist und daher nur den Pleuel aus-

'. biegen will.

I- -

¹ Dreht die Kurbelwelle infolge der Trägheit weiter, tritt ein

' geringfügiger Abstand zwischen der Schwenkverbindung des

j Pleuels an der Kurbelwelle und deren Drehachse auf. Wie bereits

j erwähnt, nimmt dieser Abstand über die nächsten 90° der Kurbel-

¹ wellendrehung zu.

'< Obgleich sämtliche bekannten Verbrennungskraftmaschinen auf

I eben diese Weise aufgebaut sind, läßt sich ihr Wirkungsgrad

I erheblich erhöhen, indem man die Zuordnung zwischen der Kur-

j belwelle und der Längsmittelachse des Arbeitszylinders ändert.

Die vorliegende Erfindung ist auf die grundsätzliche herkömmliche Anordnung einer Verbrennungskraftmaschine anzuwenden. Die Verbrennungskraftmaschine weist mindestens einen Aröeits-

zylinder in Form einer zylindrischen öffnung in einem Motorblock auf, die eine Längsmittelachse hat. Eine Verbindungsstange bzw. ein Pleuel ist schwenkbar mit dem Kolben und auch über eine Schwenkachse mit einer Kurbelwelle verbunden. Dabei ist die Schwenkachse von der Drehachse der Kurbelwelle beabstandet. Die Drehachse der Kurbelwelle verläuft in einem vorbestimmten Abstand von der Längsmittelachse der Zylinderbohrung. Zu Beginn des Arbeitshubs tritt sofort ein Drehmoment auf und wird auf die Kurbelwelle übertragen, da ein Abstand zwischen der Drehachse der Kurbelwelle und der Längsmittelachse der Zylinderöffnung vorliegt.

Es ist das Hauptziel der vorliegenden Erfindung, eine Verbrennungskraftmaschine anzugeben, mit der sich ein wesentlich höheres Ausgangsdrehmoment erreichen läßt als mit herkömmlichen Verbrennungskraftmaschinen.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein erheblich höheres Ausgangsdrehmoment bei nur minimaler Änderung des Aufbaus der Verbrennungskraftmaschine zu erreichen.

Fig. 1 ist eine Perspektivdarstellung einer typischen Verbrennungskraftmaschine, die nach der vorliegenden Erfindung ausgestaltet werden kann;

Fig. 2 ist ein Schnitt durch die Maschine der Fig. 1 auf der Ebene 2-2 und zeigt die neuartige Zuordnung zwischen Kolben und Kurbelwelle; und

Fig. 3 ist eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung, zeigt aber den Kolben zu Beginn des Arbeitshubs.,

Die Fig. 1 der Zeichnung zeigt eine Verbrennungskraftmaschine 10 mit einem herkömmlichen Motorblock 12, den oben ein Kopf abschließt. Der Motorblock 12 enthält eine Anzahl von Zylinder- j

bohrungen 18, von denen die Fig. 2 und 3 jeweils nur eine zeigen. In jedem Zylinder 18 ist ein Kolben 16 hin- und her-

! bewegbar angeordnet. Der Kolben 16 kann dabei nur in Richtung

der Längsmittelachse 24 des Zylinders 18 laufen.

j Der Kolben 16 ist über einen Kolbenbolzen 20 mit einem Pleuel [ 26 verbunden. Der Pleuel 26 muß bezüglich des Kolbens 16 um

'■ eine Schwenkachse 22 schwenkbar sein, in der auch der Mittel-ί ■ -

j punkt des Kolbenbolzens 20 liegt.

. Das andere Ende des Pleuels 26 ist an einem Bolzen 28 ange- : bracht, der seinerseits um eine Achse 3 0 schwenkbar mit einer ; Kurbelwelle 32 verbunden ist, die ihrerseits um eine Drehachse ; 34 im Motorblock 12 drehbar gelagert ist. Die ölwanne 38 umschließt die Kurbelwelle 32 unterhalb des Motorblocks 12.

Die Gerade 36 verläuft durch die Drehachse 34 und parallel zur ! Längsmittelachse 24 des Zylinders 18. Es wird darauf hingewiesen, daß die Gerade 36 in einem Abstand von der Achse 24 verläuft. Die Größe dieses Abstandes ist im Prinzip frei wählbar; es hat sich ein bevorzugter Abstand derart herausgestellt, daß der Winkel zwischen der Geraden 36 und einer Geraden 4 0 zwischen der Achse 30 und der Achse 3 4 etwa 30° beträgt.

Die Arbeitsweise einer nach der vorliegenden Erfindung aufgebauten Maschine ist wie folgt: Bei der Annäherung des Kolbens 16 an den oberen Totpunkt, den die Fig. 2 zeigt, erfolgt die Verbrennung des Treibstoff-Luft-Gemischs im oberen Ende des Zylinders 18, so daß der Arbeitshub des Kolbens 16 einsetzt. Die Kurbelwelle 32 hat sich in die in der Fig. 3 gezeigte Lage gedreht, so daß die Längsmittelachse des Pleuels 26 sich mit der Achse 24 deckt. An diesem Punkt liegt ein Abstand (bspw. 25 mm (1 in.)) zwischen der Achse 30 und der Geraden 36 vor. Es tritt also unmittelbar zu Beginn des Ar-

beitshubs des Kolbens 16 ein Drehmoment auf, das zunimmt, bis die Gerade 40 rechtwinklig zur Geraden 36 verläuft. Dieses Drehmoment setzt sich auch über die nächsten 90° der Drehung der Kurbelwelle 32 fort, bis der Arbeitshub des Kolbens 16 sein Ende findet.

Es wurden mit einem Kolbendurchmesser von 94,894 mm (3,736 in.) Berechnungen durchgeführt. Nimmt man eine/iauf die Oberseite des Kolbens wirkenden Druck von 21,09 kp/cnr² an, ergibt sich eine auf den Kolben 16 wirkende Kraft von 1493,2 kp (3289 lbs.). Schneidet - wie nach dem Stand der Technik - die Schwenkachse 34 die Achse 24, tritt nahe dem oberen Totpunkt des Kolbens ein nur geringes Drehmoment (bspw. etwa 5,77 m.kp (500 in.lbs.)), auf. Bei einem Winkel von etwa 30°, wie ihn die Fig. 3 zeigt, erreicht man nach der vorliegenden Erfindung ebenfalls nahe dem oberen Totpunkt des Kolbens ein Drehmoment von 33 m.kp (2861 in.lbs.). Diese Berechnungen sind nicht präzise, aber genau genug für einen Vergleich der vorliegenden Erfindung mit dem Stand der Technik. Gegenüber der Kolben-Zylinder-Anordnung nach dem Stand der Technik erhält man mit der vorliegen- ^: den Erfindung also eine zusätzliche Ausgangsleistung von etwa 25%. Der Winkel von 30° zwischen den Geraden 40, 36 wurde dabei willkürlich gewählt und ist daher sicher nicht optimal. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß wegen der geringeren Belastung der Kurbelwelle 34 deren Gewicht ver- > ringert werden kann. !

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1J Verbrennungskraftmaschine mit mindestens einem Arbeitszylinder-, einem im Zylinder auf dessen Längsmittelachse
hin- und herbewegbar angeordneten Kolben, einem Pleuel,
dessen eines Ende schwenkbar mit dem Kolben verbunden ist, und einer Kurbelwelle, die um eine Drehachse drehbar gelagert ist und mit dem Pleuel an einer Schwenkachse schwenkbar verbunden ist, die von der Drehachse beabstandet verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse von der
Längsmittelachse des Zylinders einen vorbestimmten Abstand aufweist, so daß zu Anfang des Arbeitshubs des Zylinders
der Pleuel ein Drehmoment mit erheblichem Anfangswert auf
die Kurbelwelle überträgt.
2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Beginn des Arbeitshubs des Zylinders eine

j Gerade, die die Dreh- mit der Schwenkachse verbindet, unter einem Winkel von etwa 30° bezüglich der Längsmittelachse des Zylinders verläuft.