DE4013915A1

DE4013915A1 - Hubkolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE4013915A1
Application number: DE19904013915
Authority: DE
Inventors: Alwin Boehm; Alfred Boehm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-04-30
Filing date: 1990-04-30
Publication date: 1991-10-31

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Bild 1 mit den Funktionsabläufen eines 4-Takt- oder 2-Takt-Ottomotors, die hier als bekannt vorausgesetzt werden, mit einer Exzenterschubkurbel, bei der die Schubachse um einen Wert a zum Kurbelmittelpunkt entgegengesetzt der Drehrichtung verlagert ist. Diese Kurbelart wird auch als geschränkte Schubkurbel bezeichnet. Die Brennkraftmaschine soll zur Umsetzung von Wärmeenergie in kinetische Energie, hier speziell in Drehkraft, als Antriebsmotor verwendet werden.

Bei derartigen Maschinen ist es vorteilhaft, wenn ein großes Drehmoment und damit ein großer kinetischer Wirkungsgrad pro Hubraumvolumen erreicht wird.

Es ist bekannt, daß dazu Hubkolbenmaschinen Verwendung finden. Diese Maschinen können auf Grund ihrer Konstruktion, bei der die Kolbenschubachse auf den Mittelpunkt der Exzenterachse ausgerichtet ist, den Druckverlauf der Kraftkennlinien der gebräuchlichen Kraftstoffe nur schlecht nutzen, womit sie ein verhältnismäßig kleines Drehmoment und damit auch einen schlechten kinetischen Wirkungsgrad besitzen. Es ist ferner bekannt, daß die geschränkte Schubkurbel für Steuervorgänge verwendet wird. Es ist kein Hubkolbenmotor bekannt, der die erfindungsgemäßen konstruktiven Merkmale der Kraftübertragung vom Kolben zur Kurbelwelle besitzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch wesentliche konstruktive Änderungen gegenüber vorher genannten, bereits aufgezeichneten Maschinen, den Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Wärmeenergie in kinetische Energie zu verbessern. Um das zu bewirken ist es wichtig, daß der Bewegungsablauf des Kolbens und die wirksame Hebelarmlänge der Exzenterschubkurbel bei der Kraftübertragung auf die Kurbelwelle, das heißt vom oberen Totpunkt OT bis zum unteren Totpunkt UT, optimal an den Druckverlauf der Kraftkennlinie (Bild 4) der gebräuchlichen Kraftstoffe angepaßt wird. Das heißt die Kinematik, damit ist hier der Bewegungsablauf vom Kolben, von der Pleuelstange und von der Exzenterschubkurbel zu verstehen, muß konstruktiv gegenüber dem Ottomotor so geändert werden, daß bei einem Drehwinkel der Exzenterschubkurbel von ca. 60°, gerechnet vom OT, wo nach Bild 4 die größte Kraft auf dem Kolben wirkt, der wirksame Hebelarm der Exzenterschubkurbel, der das Drehmoment bewirkt, und der Kolbenweg, der die Arbeit bewirkt, ihre Maximalwerte erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, mit dem Funktionsablauf eines 4-Takt- oder 2-Takt-Ottomotors, die Schubachse des Kraftübertragungspunktes des Kolbens um den Wert a zum Kurbelmittelpunkt entgegengesetzt der Drehrichtung verlagert ist (Bild 1). Dabei wird nach Bild 2 in Abhängigkeit vom Wert a und von der Länge der Pleuelstange P der Drehwinkel vom OT zum UT kleiner 180°, der vom UT zum OT entsprechend größer 180° und nach Bild 3 der Kolbenweg länger als der zweifache Kurbelhalbmesser, was mathematisch nachweisbar ist.

Beispiel nach Bild 1

Auf der Grundlage des mathematischen Nachweises sind die Bilder 2 und 3 aufgezeichnet. Sie zeigen die vom Drehwinkel der Exzenterschubkurbel abhängigen Verläufe der wirksamen Kurbelhebelarmlänge (Bild 2) und des Kolbenweges (Bild 3) der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine (voll ausgezeichnete Kennlinie) im Vergleich zum Ottomotor (strichlierte Kennlinie). Damit werden die bereits mathematisch nachgewiesenen konstruktiven Einflüsse auf die Kinematik deutlich sichtbar gemacht.

Auf Bild 2 ist erkennbar, daß beim Arbeitshub mit dem Kolbenverlauf vom OT (0°) bis ca. 90°, also in einem Drehbereich, in dem nach Bild 4 vom Kolben die größte wirksame Kraft ausgeübt wird, die wirksame Hebelarmlänge der geschränkten Schubkurbel größer ist als die der normalen Schubkurbel und daß im Bereich von ca. 90° bis zum jeweiligen UT die wirksme Hebelarmlänge der geschränkten Schubkurbel kleiner als die der normalen Schubkurbel.

Bild 3 zeigt, daß beim Arbeitshub vom OT (0°) bis ca. 97° Kurbeldrehwinkel auch der Kolbenweg der geschränkten Schubkurbel größer als der der normalen Schubkurbel und daß dieser ab ca. 97° bis zum UT kleiner ist als bei der normalen Schubkurbel.

Geht man davon aus, daß beim Arbeitshub das Auslaßventil von schnellaufenden Motoren bei ca. 120° nach dem OT geöffnet wird, so ist auch nur dieser Drehbereich (OT bis 120°) mit dem damit verbundenen Kolbenweg für die Energieumsetzung vom Kolben über die Exzenterschubkurbel auf die Kurbelwelle von Bedeutung.

Im Beispiel von Bild 2 bis 4 ist erkennbar, daß während des Arbeitshubes, im Vergleich der geschränkten Schubkurbel zur normalen Schubkurbel, bei der wirksamen Hebelarmlänge der geschränkten Schubkurbel nur im Bereich von ca. 90° bis 120° und beim Kolbenweg von ca. 97° bis 120° Verluste auftreten.

Demgegenüber sind die Gewinne, die sich aus den Drehbereichen OT bis 90° für das Drehmoment bzw. vom OT bis ca. 97° für die Arbeit ergeben, wesentlich größer. Durch diese Kriterien wird der Wirkungsgrad, gemessen an der Kurbelwelle, vergrößert.

Claims

Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Exzenterschubkurbel, dadurch gekennzeichnet, daß die Schubachse des Kraftübertragungspunktes des Kolbens um den Wert a, der die Größenordnung des Einzehntel- bis Zweifachem des Kurbelhalbmessers betragen kann, zum Kurbelmittelpunkt entgegengesetzt der Drehrichtung verlagert ist, womit im Verlauf einer ganzen Kurbelumdrehung zwischen den beiden Totpunkten der Schubkurbel ein unsymmetrischer Drehwinkel und infolgedessen ein unsymmetrischer Kolbenverlauf entsteht, wobei diese beiden Komponenten mit der Länge der Pleuelstange optimiert werden können.