DE4317226A1 - Con rod-guided engine - Google Patents

Con rod-guided engine

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DE4317226A1 DE19934317226 DE4317226A DE4317226A1 DE 4317226 A1 DE4317226 A1 DE 4317226A1 DE 19934317226 DE19934317226 DE 19934317226 DE 4317226 A DE4317226 A DE 4317226A DE 4317226 A1 DE4317226 A1 DE 4317226A1
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Abstract

All internal combustion engines have a low efficiency. The principle proposed increases the efficiency of the engine. The crank mechanism of the engine has a connecting rod, which comprises two parts arranged in series and connected to one another in an articulated manner and a con rod carrier, one end of which is connected in articulated fashion to the con rod and the other end of which is supported in a hinged manner on the control mechanism of the path of motion of the con rod or on a fixed pivot. The con rod carrier and two parts of the con rod form a stem multiplier where the force transmitted by the gudgeon pin to the crankshaft is multiplied, leading in the final analysis to an increase in efficiency. The engine can have various different arrangements depending on the type of the control mechanism of the path of motion of the con rod. a) With the support of the con rod carrier on the eccentric shaft which is set in motion by the crankshaft. The other end of the con rod carrier is connected to the pivot point of the components of the con rod. b) With the support of the con rod carrier on the lever situated between the cam and the hydraulic support. The camshaft is set in motion by the crankshaft. c) With the support of the con rod carrier on the slider. The upward and downward movement of the slider controls the disc, which has a special slot in which the roller of the slider moves. d) With the support of the con rod carrier on the fixed pivot. The other end of the con rod carrier is... Original abstract incomplete.

Description

Diese Erfindung gehört zum Bereich des Maschinenbaus, und zwar zur Konstruktion des Verbrennungsmotors. Es ist allgemein bekannt, daß ein Verbrennungsmotor einen niedrigen Wirkungsgrad hat. Eine von den Ursachen ist, daß die existierende Konstruktion der Kurbelge­ triebe nicht vermag, die Energie von den Kolben auf die Kurbelwel­ le des Motors vollständig zu übergeben.This invention belongs to the field of mechanical engineering Construction of the internal combustion engine. It's common knowledge that an internal combustion engine has a low efficiency. One of The causes is that the existing construction of the crank arm can't drive the energy from the pistons to the crankshaft to hand over the engine completely.

Der Zweck dieser Erfindung ist die Steigerung des Wirkungsgrades des Motors mittels Konstruk­ tionsänderung des Kurbelgetriebes, das zur Verstärkung der Nutz­ leistungskraft führt. Dies ermöglicht es, die Wirkungskraft, die auf den Kolben nach der Verbrennung des Brennstoffs einwirkt, ma­ ximal zu realisieren, wodurch sich der Drehmoment der Kurbelwelle vergrößert und entsprechend auch die Leistung des Motors.The purpose of this invention is the increase in the efficiency of the engine by means of construction tion change of the crank mechanism, which reinforces the useful performance leads. This enables the effectiveness that acts on the piston after combustion of the fuel, ma ximal to realize, which increases the torque of the crankshaft enlarged and accordingly the performance of the engine.

Auf der Abb. 1 wurde ein Motor schematisch dargestellt, in dem eine Pleuelstange aus zwei Teilen (2) und (4) besteht, die gelen­ kig miteinander verbunden sind. Für die Steuerung der Bewegungs­ bahn der Pleuelstange gibt es einen Pleuelträger (5), der an ei­ nem Ende mit der Pleuelstange gelenkig verbunden ist. Die Verbin­ dung des Pleuelträgers mit der Pleuelstange ist möglich wie im Ge­ lenkpunkt (3), so auch in jedem anderen. Das andere Ende des Ple­ uelträgers ist mit dem Steuermechanismus der Bewegungsbahn der Ple­ uelstange (SBP) verbunden. Im gegebenen Fall ist es der Exzenter (6) der Exzenterwelle. Die Exzenterwelle kommt in Bewegung von der Kurbelwelle (7) durch das Getriebe (8). Das Drehen dieser Wellen muß exakt aufeinander abgestimmt sein. SBP können unterschiedlich in ihrer Konstruktion sein. Die Hauptaufgabe des SBP ist die vor­ teilhafte Bewegungsbahn der Pleuelstange zu gewährleisten. Eben­ falls bei bestimmten Voraussetzungen ist es möglich, eine Verbin­ dung der anderen Seite des Pleuelträgers auch mit der unbewegli­ chen Achse.In Fig. 1, an engine was shown schematically, in which a connecting rod consists of two parts ( 2 ) and ( 4 ), which are articulated together. To control the movement path of the connecting rod there is a connecting rod carrier ( 5 ) which is articulated at one end to the connecting rod. The connection of the connecting rod carrier to the connecting rod is possible as in the Ge steering point ( 3 ), so also in any other. The other end of the connecting rod carrier is connected to the control mechanism of the movement path of the connecting rod (SBP). In the given case, it is the eccentric ( 6 ) of the eccentric shaft. The eccentric shaft starts to move from the crankshaft ( 7 ) through the gear ( 8 ). The rotation of these shafts must be precisely coordinated. SBP can be different in their construction. The main task of the SBP is to ensure that the connecting rod moves in front of it. Even if under certain conditions, it is possible to connect the other side of the connecting rod to the immovable axis.

Solch eine Pleuelstange mit dem Pleuelträger bilden zusammen­ wirkend einen Stielverstärker und verstärken die Kraft, die von den Kolben durch die Pleuelstange auf den Kurbelzapfen übertragen wird. Als Ergebnis dessen entsteht die Vergrößerung der Motorlei­ stung. Außerdem wird bei dieser Konstruktion des Kurbelgetriebes die Seitenkraft auf den Kolben gesenkt, folglich vergrößern sich die Arbeitsressourcen der Kopplung "Kolben-Zylinder".Such a connecting rod with the connecting rod carrier form together acting a stem amplifier and amplifying the force exerted by transfer the piston through the connecting rod to the crank pin becomes. As a result, the engine line is enlarged stung. In addition, this construction of the crank mechanism the lateral force on the piston is reduced, consequently increasing the working resources of the coupling "piston-cylinder".

Um die Möglichkeiten dieser Konstruktion des Kurbelgetriebes zu veranschaulichen, betrachten wir an einem konkreten Beispiel vier Varianten der Motorenzusammenstellung, die auf diesem Grundsatz beruhen und vergleichen sie mit der herkömmlichen Konstruktion des Motors. To the possibilities of this construction of the crank mechanism To illustrate, let's look at four using a concrete example Variants of the engine composition based on this principle base and compare them with the conventional construction of the motor.  

Dazu werden ursprünglich gleiche Bedingungen angegeben, die die gleiche Belastung auf den Kolben sicherstellen. Mit Hilfe der gra­ fischen Darstellung werden wir feststellen, wie sich das Drehmoment verändert.
Ausgangsdaten für das Beispiel:
Kurbelradius R = 35 mm
Gemeinsame Pleuelstangenlänge L = 134 mm
Pleuelstangenverhältnis λ = L/R = 3,83
Verbrennungsdruck auf den Kolbenbolzen P = 800 kp.The same conditions are originally specified for this, which ensure the same load on the piston. With the help of the graphical representation, we will determine how the torque changes.
Starting data for the example:
Crank radius R = 35 mm
Common connecting rod length L = 134 mm
Connecting rod ratio λ = L / R = 3.83
Combustion pressure on the piston pin P = 800 kp.

Alle Konstruktionen werden auf dem Arbeitstakt bei gleicher Ent­ fernung des Kolbens von OT (oberer Totpunkt) betrachtet. Die Ent­ fernung ist gleich 25 mm. Der Kraftvektor wird im Maßstab 40 kp pro 1 mm abgemessen. Um das Schema nicht zu komplizieren, werden die Trägheitskräfte nicht in Betracht gezogen.All constructions are based on the same work cycle distance of the piston viewed from OT (top dead center). The Ent distance is equal to 25 mm. The force vector is per 40 kp Measured 1 mm. In order not to complicate the scheme, the Inertia not considered.

Auf der Abb. 2 ist ein Schema der Kraftverteilung im Motor mit herkömmlicher Pleuelstange dargestellt. Im Endergebnis ergibt sich die Tangentialkraft auf dem Kurbelzapfen gleich 800 kp und folglich beträgt das Drehmoment auf der Kurbelwelle: Fig. 2 shows a diagram of the force distribution in the engine with a conventional connecting rod. As a result, the tangential force on the crank pin is equal to 800 kp and consequently the torque on the crankshaft is:

Md = 800·0,035 = 28 kpm.Md = 800 x 0.035 = 28 kpm.

Wir nehmen dieses herkömmliche Schema als Etalon an und mit diesem "Md" werden alle anderen Schematas verglichen.We accept this conventional scheme as an etalon and with this "Md" all other schemes are compared.

Auf der Abb. 3 ist das Schema des Motors mit der Stütze des Ple­ uelträgers auf dem Exzenter und mit nach links von Mittellinie der Kurbelwelle versetztem Zylinder abgebildet. Der Pleuelträger ist gelenkig mit dem Gelenkdrehpunkt des Pleuelstangenteiles verbunden. Das andere Ende des Pleuelträgers stützt sich auf die Exzenterwel­ le, die von der Kurbelwelle in Bewegung gesetzt wird. Die Drehbe­ wegung dieser Welle ist exakt aufeinander abgestimmt. Die punktier­ te Linie zeigt die Lage des Kurbelgetriebes des Motors, wenn der Kolben sich in OT befindet. Fig. 3 shows the engine diagram with the connecting rod support on the eccentric and with the cylinder offset to the left from the center line of the crankshaft. The connecting rod carrier is articulated to the pivot point of the connecting rod part. The other end of the connecting rod carrier is based on the eccentric shaft which is set in motion by the crankshaft. The rotary motion of this shaft is precisely coordinated. The dotted line shows the position of the crank mechanism of the engine when the piston is in TDC.

Nach der Zerlegung der Kraft (P = 800 kp), die auf die Kolben ein­ wirkt, ergibt sich die Tangentialkraft auf den Kurbelzapfen gleich 1400 kp und die Gegenwirkungskraft auf den Exzenter gleich 940 kp. Die Tangentialkraft ergibt das aktive Drehmoment gleich:After disassembling the force (P = 800 kp) acting on the piston acts, the tangential force on the crank pin is the same 1400 kp and the counteracting force on the eccentric equal to 940 kp. The tangential force equals the active torque:

Ma = 1400·0,035 = 49 kpm.Ma = 1400 x 0.035 = 49 kpm.

Die Gegenwirkungskraft ergibt das gegenwirkende Drehmoment gleich:The counteracting force equals the counteracting torque:

Mg = 940·0,012 = 11,3 kpm.Mg = 940 x 0.012 = 11.3 kpm.

Das Gesamtdrehmoment ist:The total torque is:

Md = 49- 11,3 = 37,7 kpm.Md = 49-11.3 = 37.7 kpm.

Das ist um 34% mehr, als beim Etalon. That is 34% more than with the etalon.  

Auf der Abb. 4 ist das Schema des Motors mit der Stütze des Ple­ uelträgers auf den Hebel (9), dessen Lage zwischen dem Nocken (10) und der Hydraulikstütze (11) fixiert ist, abgebildet. Die andere Seite des Pleuelträgers ist mit dem Gelenkdrehpunkt der Pleuelstan­ ge verbunden. Die Punktierte Linie zeigt die Lage des Kurbelge­ triebes des Motors, wenn der Kolben sich in OT befindet. In dieser Lage weicht der Gelenkdrehpunkt der Pleuelstangenteile um 11 mm nach rechts von der Mittellinie des Zylinders ab. Die Mittellinie des Zylinders stimmt mit dem Mittelpunkt der Kurbelwelle überein. Die Nockenwelle wird durch die Kurbelwelle in Bewegung gesetzt. Ihre Bewegungen sind exakt aufeinander abgestimmt. Der Nocken (10) lenkt den Hebel (9) und zusammen mit ihm auch den Pleuelträger mit der Pleuelstange nur nach rechts ab und gewährt durch sein Profil die optimale Bewegungsbahn. Wenn der Kolben sich im unteren Tot­ punkt (UT) befindet, geht der Hebel (9) in Ausgangsstellung mit Hilfe der Feder (12) der Hydraulikstütze und unter Wirkung des Öldruckes auf den Tauchkolben der Hydraulikstütze zurück. Bei wei­ teren Drehbewegungen der Nockenwelle wird das Öl im Zylinder der Hydraulikstütze mit Hilfe eines Schiebers gesperrt (auf der Zeich­ nung nicht angezeigt), und für eine bestimmte Zeit verwandelt sich die Hydraulikstütze in eine unbewegliche Stütze für den Pleuelträ­ ger. Die Arbeit des Schiebers stimmt mit der Nockenwelle exakt überein. Nach der Zerlegung der Kraft (P=800 kp), die auf den Kol­ ben wirkt, ergibt sich die Tangentialkraft auf den Kurbelzapfen gleich 1360 kp und Gegenwirkungskraft, die auf den Nocken wirkt, gleich 1080 kp. Die Tangentialkraft bildet das aktive Drehmoment gleich: Fig. 4 shows the diagram of the engine with the connecting rod support on the lever ( 9 ), the position of which is fixed between the cam ( 10 ) and the hydraulic support ( 11 ). The other side of the connecting rod carrier is connected to the pivot point of the connecting rod. The dotted line shows the position of the crank mechanism of the engine when the piston is in TDC. In this position, the pivot point of the connecting rod parts deviates by 11 mm to the right from the center line of the cylinder. The center line of the cylinder coincides with the center of the crankshaft. The crankshaft sets the camshaft in motion. Your movements are precisely coordinated. The cam ( 10 ) only deflects the lever ( 9 ) and together with it also the connecting rod carrier with the connecting rod to the right and, thanks to its profile, ensures the optimum trajectory. When the piston is at bottom dead center (UT), the lever ( 9 ) returns to the starting position using the spring ( 12 ) of the hydraulic support and under the effect of the oil pressure on the plunger of the hydraulic support. When the camshaft rotates further, the oil in the cylinder of the hydraulic support is locked with the help of a slide (not shown on the drawing), and for a certain time the hydraulic support changes into an immovable support for the connecting rod carrier. The work of the slide corresponds exactly to the camshaft. After breaking down the force (P = 800 kp) acting on the piston, the tangential force on the crank pin is 1360 kp and the counteracting force acting on the cam is 1080 kp. The tangential force equals the active torque:

Ma = 1360·0,035 = 47,6 kpm.Ma = 1360 x 0.035 = 47.6 kpm.

Die Gegenwirkungskraft bildet das gegenwirkende Drehmoment gleich:The counteracting force equals the counteracting torque:

Mg = 1080· 0,007 = 7,6 kpm.Mg = 1080 x 0.007 = 7.6 kpm.

Das Gesamtdrehmoment ist:The total torque is:

Md = 47,6-7,6 = 40 kpm.Md = 47.6-7.6 = 40 kpm.

Das ist um 43% mehr, als beim Etalon.That is 43% more than with the etalon.

Abb. 5 zeigt das Schema des Motors bei dem sich der Pleuelträger auf das Gleitstück (13) stützt, das sich mit Hilfe der Scheibe (15) nach unten und nach oben bewegt. Die andere Seite des Pleuelträgers ist mit dem Gelenkdrehpunkt des Pleuelstangenteiles verbunden. Die punktierte Linie zeigt die Lage des Kurbelgetriebes des Motors, wenn der Kolben sich in OT befindet. In dieser Lage weicht der Ge­ lenkdrehpunkt der Pleuelstange um 13 mm nach rechts von der Mittel­ linie des Zylinders ab. Die Mittellinie des Zylinders ist um 10 mm nach rechts von dem Mittelpunkt der Kurbelwelle versetzt. Fig. 5 shows the diagram of the engine in which the connecting rod carrier is supported on the slide ( 13 ), which moves down and up using the disc ( 15 ). The other side of the connecting rod carrier is connected to the pivot point of the connecting rod part. The dotted line shows the position of the crank mechanism of the engine when the piston is in TDC. In this position, the pivot point of the connecting rod deviates 13 mm to the right from the center line of the cylinder. The center line of the cylinder is offset 10 mm to the right from the center of the crankshaft.

Die Scheibe wird durch die Kurbelwelle in Drehbewegung gesetzt. Diese Drehbewegungen stimmen exakt überein. Die Scheibe hat eine spezielle Nut, in der sich die Rolle (14) des Gleitstücks bewegt und das Gleitstück nach oben und nach unten führt. Das Profil der Nut sichert die optimale Bewegungsbahn der Pleuelstange.The crankshaft rotates the disc. These rotary movements are exactly the same. The disc has a special groove in which the roller ( 14 ) of the slide moves and the slide moves up and down. The profile of the groove ensures the optimal movement path of the connecting rod.

Nach der Zerlegung der Kraft (P=800 kp), die auf den Kolben wirkt, ergibt sich die Tangentialkraft auf den Kurbelzapfen gleich 1420 kp und Gegenwirkungskraft, die auf die Rolle des Gleitstücks wirkt, gleich 560 kp. Die Tangentialkraft bildet das aktive Dreh­ moment gleich:After disassembling the force (P = 800 kp) on the piston acts, the tangential force on the crank pin is the same 1420 kp and counteracting force on the roller of the slider acts, equal to 560 kp. The tangential force forms the active rotation right now:

Ma = 1420·0,035 = 49,7 kpm.Ma = 1420 x 0.035 = 49.7 kpm.

Die Gegenwirkungskraft bildet das gegenwirkende Drehmoment gleich:The counteracting force equals the counteracting torque:

Mg = 560·0,02 = 11,2 kpm.Mg = 560 x 0.02 = 11.2 kpm.

Das Gesamtdrehmoment ist:The total torque is:

Md = 49,7-11,2 = 38,5 kpm.Md = 49.7-11.2 = 38.5 kpm.

Das ist um 37% mehr, als beim Etalon.That is 37% more than with the etalon.

Auf der Abb. 6 ist ein Schema des Motors mit unbeweglicher Stüt­ ze des Pleuelträgers, mit versetztem Zylinder und versetztem Ge­ lenk des Pleuelstangenteiles angezeigt. Die punktierte Linie zeigt die Lage des Kurbelgetriebes des Motors, wenn der Kolben sich in OT befindet. Die Gelenkabweichung der Pleuelstange (A) von der Mittellinie des Zylinders nach rechts ergibt 12 mm. Die Verschie­ bung der Mittellinie des Zylinders vom Mittelpunkt der Kurbelwelle nach rechts ergibt 10 mm. Der Pleuelträger ist gelenkig mit dem ver­ längerten unteren Teil der Pleuelstange im Punkt (B) verbunden. Mit dem anderen Ende stützt sich der Pleuelträger auf die Achse. Fig. 6 shows a diagram of the engine with the connecting rod carrier immovably supported, with the cylinder and the joint of the connecting rod part offset. The dotted line shows the position of the crank mechanism of the engine when the piston is in TDC. The joint deviation of the connecting rod (A) from the center line of the cylinder to the right is 12 mm. The shift of the center line of the cylinder from the center of the crankshaft to the right gives 10 mm. The connecting rod carrier is articulated to the extended lower part of the connecting rod in point (B). With the other end, the connecting rod support rests on the axle.

Nach der Zerlegung der Kraft (P=800), die auf den Kolben wirkt, ergibt sich die Tangentialkraft auf den Kurbelzapfen gleich 1080, folglich gleicht das Drehmoment:After breaking down the force (P = 800) that acts on the piston, the tangential force on the crank pin is equal to 1080, therefore the torque equals:

Md = 1080·0,035 = 37,8 kpm.Md = 1080 x 0.035 = 37.8 kpm.

Das ist um 35% mehr, als beim Etalon.That is 35% more than with the etalon.

Die angegebenen Beispiele zeigen, daß die Zusammenstellung des Motors unterschiedlich sein kann und von konkreten Voraussetzungen abhängt. Aber in jedem Fall wird eine bedeutende Leistungssteige­ rung durch Verstärkung der nützlichen Kräfte in dem Kurbelgetriebe erzielt, und nicht durch Zuführen zusätzlicher Energie. Die Reali­ sierung der vorgeschlagenen Änderungen im Motor führt zu einer be­ deutenden Erhöhung des Wirkungsgrades des Motors und einer bedeu­ tenden Einsparung von Brennstoff.The examples given show that the compilation of the Motors can be different and specific requirements depends. But in any case, there will be a significant performance increase tion by increasing the useful forces in the crank mechanism achieved, and not by adding additional energy. The reali Sation of the proposed changes in the engine leads to a significant increase in the efficiency of the engine and a meaning saving fuel.

Claims (4)

1. Der pleuelgeführte Motor beinhaltender ein Gehäuse, Zylinder, Kolben, Pleuelstange und eine Kurbelwelle, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks der Steigerung des Wirkungsgrades eine Pleuelstange hat, die aus zwei hintereinanderliegenden und gelenkig verbun­ denen Teilen besteht, und einen Pleuelträger, dessen eines Ende mit der Pleuelstange gelenkig verbunden ist und dessen anderes Ende sich gelenkig auf den Steuermechanismus der Bewegungsbahn der Ple­ uelstange (SBP) stützt. Der Pleuelträger und zwei Teile der Ple­ uelstange bilden bei bestimmten gegenseitigen Anordnung einen Stielverstärker, wo sich die Nutzleistungskraft verstärkt, was letztendlich zur Erhöhung des Wirkungsgrades führt. SBP ist in Form einer Exzenterwelle ausgeführt und mit Hilfe des Exzenters, der mit dem Pleuelträger verbunden ist, führt die Pleuelstange auf der vorgegebene Bahn. Er liegt parallel der Achse der Kurbel­ welle und ist durch die Getriebe mit der Kurbelwelle verbunden.1. The connecting rod-guided engine containing a housing, cylinder, piston, connecting rod and a crankshaft, characterized in that in order to increase the efficiency has a connecting rod, which consists of two consecutive and articulated verbun parts, and a connecting rod carrier, one end of which the connecting rod is articulated and the other end is articulated on the control mechanism of the movement path of the connecting rod (SBP). The connecting rod carrier and two parts of the connecting rod form a stem amplifier in certain mutual arrangements, where the useful power increases, which ultimately leads to an increase in efficiency. SBP is designed in the form of an eccentric shaft and with the help of the eccentric, which is connected to the connecting rod carrier, the connecting rod runs on the specified path. It is parallel to the axis of the crankshaft and is connected to the crankshaft by the gearbox. 2. SBP nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pleuelträger stützt sich auf den Hebel, der sich zwischen dem Nocken der Nockenwelle und der Hydraulikstütze befindet. Die Nockenwelle ist durch die Getriebe mit der Kurbelwelle verbunden und liegt parallel der Kurbelwelle. Die Hydraulikstütze besteht aus einem Zylinder, Kolben und einer Feder. Das Öl wird unter den Kolben durch einen Schieber geführt. Die Arbeit des Schiebers stimmt mit der Drehbewegung der Nockenwelle exakt überein.2. SBP according to claim 1, characterized, that the connecting rod support rests on the lever that is between the cam of the camshaft and the hydraulic support. The The camshaft is connected to the crankshaft by the gearbox and is parallel to the crankshaft. The hydraulic support is there from a cylinder, piston and spring. The oil is among the Piston guided by a slide. The work of the pusher exactly matches the rotation of the camshaft. 3. SBP nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pleuelträger stützt sich auf das Gleitstück. Die Bewegung des Gleitstücks nach oben und nach unten regelt die Scheibe, die eine spezielle Nut hat, in der sich die Rolle des Gleitstücks be­ wegt. Die Scheibe wird auf der Welle, die durch die Getriebe mit der Kurbelwelle verbunden ist, montiert und liegt parallel der Kurbelwelle. 3. SBP according to claim 1, characterized, that the connecting rod carrier rests on the slider. The movement the slider up and down regulates the disc that has a special groove in which the role of the slider be moves. The washer is on the shaft by the gearbox with the crankshaft is connected, mounted and parallel to the Crankshaft.   4. SBP nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pleuelträger stützt sich auf die unbewegliche Achse. Sie liegt im Gehäuse des Motors parallel der Achse der Kurbelwelle. Das andere Ende des Pleuelträgers ist mit dem verlängerten unte­ ren Teil der Pleuelstange gelenkig verbunden.4. SBP according to claim 1, characterized, that the connecting rod support rests on the immovable axis. they lies in the engine housing parallel to the axis of the crankshaft. The other end of the connecting rod carrier is with the extended bottom ren part of the connecting rod articulated.
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