DE4312954A1

DE4312954A1 - Kinematik an Kolbenhubmaschine

Info

Publication number: DE4312954A1
Application number: DE19934312954
Authority: DE
Inventors: Dietmar Barth; Hans-Juergen Dr Kampmann; Ulrich Weckner
Original assignee: IFA MOTORENWERKE NORDHAUSEN GM
Current assignee: IFA MOTORENWERKE NORDHAUSEN GM
Priority date: 1993-04-21
Filing date: 1993-04-21
Publication date: 1994-10-27

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist zur Anwendung an Hubkolben-Verbren nungsmotoren zur günstigeren Krafteinlenkung auf die Kurbelwelle vorgesehen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Reduzierung der Kolbenquerkräfte von Verbrennungs kraftmaschinen und Verringerung des bautechnischen Auf wandes von Kreuzkopfkonstruktionen ist das Prinzip des Doppel- oder Knickpleueltriebes bekannt. Diese Lösung wurde in US 3.633.429 zur Veränderung des Hubes be schrieben. In der DE 31 45 557 führte dies zur vollstän digen Teilung des Pleuels.

Ein anderer Weg, den Haltepunkt im oberen Totpunkt zu verlängern, wurde letztlich in EP 0292 603 und mit Variationen in DE 29 35 977 und DE 35 38 375 beschrie ben.

Ein verlängertes Halten des Kolbens im oberen Totpunkt bringt aber einen erhöhten Wärmeübergang und so erhöhte Wärmeverluste mit sich.

In DE 35 38 375 wird der Vorteil auch als erhöhter Druck auf die Kurbelwelle beschrieben.

Ziel der Erfindung

Durch die erfindungsgemäße Ausführung der Längen von oberen und unteren Pleuelteil sowie der Schwenkhebel länge und seines in Drehrichtung der Kurbelwelle im Kur belgehäuse fixierten Anlenkpunktes wird ein Synergie effekt bezüglich geringerer Kolbenquerkraft und schnellerer Umlenkung der Pleuelkraft als Tangential kraft auf die Kurbelwelle erreicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die zu lösende Aufgabe besteht darin, auf der Basis des normalen Kurbeltriebes ein geteiltes Pleuel in den Kur beltrieb so zu integrieren, daß das untere Pleuel eine minimale Länge hat und die Schwenkhebellänge bei frei zu wählendem Anlenkpunkt dem Verhältnis

l₃ = Schwenkhebellänge
l₁ = untere Pleuellänge
r = Kurbelradius
a_V = vertikale Entfernung des Schwenk hebelanlenkpunktes von der Kurbel wellenmitte
a_H = horizontale Entfernung des Schwenk hebelanlenkpunktes von der Kurbel wellenmitte

Bei Entstehung des Verbrennungsdruckes nahe dem oberen Totpunkt wird durch schnellere Umlenkung des unteren Pleuels eher eine positive Drehkraftkomponente (Tangen tialkraft) auf die Kurbelwelle erreicht. Dabei verrin gert sich die Kolbenquerkraft auf 1/3 bis auf 1/5 gegenüber dem konventionellen Kurbeltrieb. Die ent stehende Schwenkhebelgegenkraft wird durch eine dem Kolbenbolzenlager ähnliche Gleitpaarung günstiger in das Kurbelgehäuse geleitet.

Durch den beschleunigten Kolbenweg bei der Expansion verringern sich die Wandwärmeverluste und das Verbren nungsgas wird vollständiger bei sich niedriger ein stellender Abgastemperatur ausgenutzt. Die Verlustwärmen aus dem Kühlmedium und dem Abgas verringern sich zu Gunsten der Effektivenergie.

Ausführungsbeispiel

Anhand vereinfachter zeichnerischer Darstellungen wird die Erfindung näher erläutert.

Fig. 1 Hubkolbenmaschine mit Doppelpleuel, bestehend aus Kurbelwelle, oberes und unteres Pleuel, Schwenkhebel und Kolben

Fig. 2 Schema eines Kurbeltriebes mit geteiltem Pleuel für einen Hub von 2 Kurbelwellenradien

Fig. 3 Schema eines Kurbeltriebes mit geteiltem Pleuel für eine Hubverlängerung

Fig. 4 Schema eines Kurbeltriebes mit geteiltem Pleuel für eine Hubverkürzung

Die Verbindung vom Kolben 5 einer Brennkraftmaschine zur Kurbelwelle 1 wird durch ein geteiltes Pleuel 2 und 3 hergestellt (Fig. 1). Im Knickpunkt 6 ist der Schwenk hebel 4 angelenkt. Der Anlenkpunkt 7 ist im Kurbel gehäuse fixiert. Beim Abwärtsschub (Expansionshub) des Kolbens 5 infolge der Drehbewegung der Kurbelwelle 1 knickt das geteilte Pleuel 2 und 3 ein und es entsteht eine positive Drehkraftkomponente, die größer als bei einem konventionellen Pleuel ist. Im Schwenkhebel 4 entsteht eine Zugkraft, die über die Lager 6 und 7 ins Gehäuse geleitet wird. Die höhere Tangentialkraft nach dem oberen Totpunkt ergibt gegenüber dem konventionellen Kurbeltrieb mit einem Pleuel einen mittleren Drehmomen ten-, einen Leistungsgewinn. Liegt der Knickpunkt 6 beim oberen Totpunkt der Kurbelwelle 1 auf der Verbindungs linie von Kolben 5 zur Kurbelwelle 1 nach Fig. 2 be trägt der Kolbenhub 2mal den Kurbelwellenradius. Bei vorgegebenem Anlenkpunkt 7 durch die Koordinatenabstände zum Kurbelwellenmittelpunkt (a_V und a_H) entsteht ein Leistungsgewinn von 12,5%.

Bei gleichen Anlenkpunkt 7 und verlängertem Schwenk hebel 4 über die Verbindungslinie Kolbenmitte 5 und Kurbelwellenmitte 1 nach Fig. 3 hinaus entsteht eine Hubverlängerung und eine Leistungssteigerung von weit über 12,5%.

Bei gleichen Anlenkpunkt 7 und verkürztem Schwenkhebel 4 bis vor die Verbindungslinie Kolben 5 und Kurbelwelle 1 nach Fig. 4 entsteht eine Hubverkürzung mit langem Haltepunkt des Kolbens 5 im oberen Totpunkt. Dadurch können die Vorteile einer Gleichraumverbrennung genutzt werden.

Entscheidend für die Funktion der Leistungssteigerung ist die schnellere Einleitung des Verbrennungsdruckes in die Drehbewegung der Kurbelwelle. Die Leistungssteige rung ist gleichbedeutend mit der Verringerung des spezi fischen, auf die Leistung bezogenen, Kraftstoffver ches. Für einen Motor mit 13,5 cm Hub (6,75 cm Kurbel wellenradius) ergeben sich folgende Maße, deren Ver hältnisse die erfindungsgemäßen Längen repräsentieren:

Der variable Teil ist die Schwenkhebellänge l₃ nach dem Zusammenhang:

Bezugszeichenliste

1 Kurbelwelle
2 oberes Pleuelteil
3 unteres Pleuelteil
4 Schwenkhebel
5 Kolben
6 Knickgelenk
7 Anlenkpunkt
l₁ untere Pleuellänge
l₂ obere Pleuellänge
l₃ Schwenkhebellänge
a_V vertikale Entfernung des Anlenkpunktes 7 von der Kurbelwellenmitte
a_H horizontaler Abstand des Anlenkpunktes 7 von der Kurbewellenmitte

Claims

1. Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Doppelpleuel und am Kurbelgehäuse angelenkten Schwenkhebel dadurch ge kennzeichnet, daß die Länge l₃ des Schwenkhebels 4 auf der Verbindung Kolben 5 zu Kurbelwellenmitte 1 liegt

2. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Punkt 1, gekenn zeichnet dadurch, daß die Länge l₃ des Schwenk hebels 4 hinter der Verbindung Kolben 5 zur Kurbel wellenmitte 1 endet

3. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Punkt 1, gekenn zeichnet dadurch, daß die Länge l₃ des Schwenk hebels 4 vor der Verbindung Kolben 5 zur Kurbel wellenmitte 1 endet

4. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Punkt 1 bis 3, ge kennzeichnet dadurch, daß die Längenverhältnisse des Doppelpleueltriebes für 2- und 4- Taktmotoren, Otto-, Diesel- und Vielstoffmotoren benutzt werden.