DE4325332A1

DE4325332A1 - Verbrennungsmotor mit veränderlicher Hublänge

Info

Publication number: DE4325332A1
Application number: DE4325332A
Authority: DE
Inventors: Nelson A Blish
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-08-03
Filing date: 1993-07-28
Publication date: 1994-02-10
Also published as: US5201287A

Description

Diese Erfindung bezieht sich generell auf Verbrennungsmotoren und insbesondere auf ein System, das die effektive Hublänge der Kolbenstange erhöht.

Es ist bekannt, daß die Leistungsfähigkeit des Motors von der Hublänge des im Zylinder befindlichen Kolbens abhängt. Die optimale Hublänge des Kolbens bei Spitzenleistung unter scheidet sich jedoch von der optimalen Hublänge bei mittlerer und niedrigerer Leistung. Damit die Leistung innerhalb eines bestimmten Bereichs maximiert werden konnte, wurde die Hublänge des Kolbens in modernen Motoren bis jetzt kompromit tiert. Dies hat zur Folge, daß die optimale Hublänge entweder unterschritten oder bei anderen Leistungsstufen überschritten wird.

Die gegenwärtige Erfindung ermöglicht die Veränderung der Hublänge des Kolbens über den gesamten Motorenbetriebsbe reich, wodurch die Leistung unter allen Motorenbetriebsver hältnissen maximiert werden kann. In einem Anwendungsbeispiel läßt sich dieses Konzept realisieren, indem die Nocke, die Kolbenstange und Kurbelwelle verbindet, verlängert wird.

In Abb. 1 ist eine perspektivische Darstellung, z. T. in aufgelösten Einzelteilen, des Kolbenstangensystems mit verän derlicher Kolbenlänge enthalten.

Abb. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung der ausge fahrenen Kurbelwellennocken.

Die Zeichnungen, insbesondere Abb. 1, stellt ein Kolben stangensystem mit veränderlicher Kolbenlänge dar. Dieses Sy stem (durch Nummer 10 gekennzeichnet) setzt sich aus den fol genden Hauptkomponenten zusammen: Kolben (30), Kurbelwellen nocken (12 und 13) und Kurbelwelle (20).

Wie in diesem technischen Fachbereich wohlbekannt ist, ist die Kolbenstange (34) drehpunktartig mit einem Ende des Kol bens (32) verbunden. Am anderen Ende ist die Kolbenstange (34) mittels des segmentierten Teils (36) mit der Kurbelwelle verbunden. Das segmentierte Teil (36) besteht aus zwei Ab schnitten, dem oberen Segment (40) und dem unteren Segment (42), wovon das obere (40) fest mit der Stange (34) verbunden ist. Das untere (42) und das obere Segment (40) sind mit Bol zen (38) verbunden.

Die Kolbenstange (34) ist durch das segmentierte Teil (36) mit der Kolbenkurbel (22) verbunden. Die Kurbel (22) ist ver setzt zur Mittellinie der Kurbelwelle (20) angeordnet, so daß, während Kolben (32) und Kolbenstange (34) nach unten be wegt werden, die auf die Kurbelwelle ausgeübten Kräfte deren Drehung verursachen. Die Hublänge des Kolbens wird durch die Größe des Versatzes der Kolbenwelle (22) zur Mittellinie der Kurbelwelle (20) bestimmt. Unter Hub ist der Abstand zu ver stehen, zwischen dem sich der Kolben im Zylinder (nicht abge bildet) während jedes Taktes hin- und herbewegt.

Die Kolbenkurbel (22) ist durch die erste Nocke (12) und die zweite Nocke (13) mit der Kurbelwelle (20) verbunden. Die er ste und die zweite Nocke sind prinzipiell identisch. Beide Nocken (12 und 13) bestehen aus einer Hauptnocke (16) und ei ner Endnocke (14). Die Endnocke (14) ist durch die Nockenver längerungsstange (18) mit der Hauptnocke (16) verbunden.

Die Verlängerungsstange (18) ist mit der Endnocke (14) fest verbunden, während die Verbindung zwischen Verlängerungs stange (18) und Hauptnocke (16) verschiebbar ist. In anderen Ausführungen könnten diese Verbindungen umgekehrt angeordnet werden. In der bevorzugten Ausführung wird die Verlängerungs stange (18), ähnlich hydraulisch betätigter Ventilstößel, hydraulisch angetrieben. Zu diesem Zweck kann durch eine Lei tung, die zur Kurbelwelle (20) konzentrisch verläuft, Hydrau likflüssigkeit zugeführt werden.

Aus Abb. 2 ist ersichtlich, daß die Endnocke (14) von der Mittellinie der Kurbelwelle (20) ausgefahren wurde. Da durch wird der Abstand zur Mittellinie der Kurbelwelle (20), die mit der Kolbenstange (34) verbunden ist, verlängert. So mit wird bei jedem Takt der Kolben (32) weiter aus dem Zylin der ausgefahren bzw. in den Zylinder eingefahren. Befindet sich die Kolbenwelle (22) außerdem etwa 90° zur Mittellinie des vom Kolben zurückgelegten Wegs, ist es ersichtlich, daß die auf die Kurbelwelle ausgeübte Drehkraft (Nm) größer ist, da die Drehkraft das Produkt aus Kraft und Entfernung ist.

Die Größe des Versatzes, d. h. der Abstand von der Mittellinie der Kurbelwelle (20) und dem Punkt, an dem Stange (34) mit den Nocken (12) und (13) verbunden ist, wird um den Betrag, um den die Endnocke (14) ausgefahren ist, verändert.

Dieser Versatz kann auf eine unendliche Anzahl von Positionen verändert werden. Alternativ hierzu kann der Versatz an einer von zwei unveränderlichen Positionen verriegelt werden.

Vorzugsweise wird die Nocke hydraulisch, möglicherweise je doch auch elektrisch oder mechanisch ausgefahren. Der hydrau lische, elektrische oder mechanische Antrieb (nicht abgebil det) würde konzentrisch zur Kurbelwelle (20) verlaufen. Die Bedingungen und Betriebsgeschwindigkeiten, die das Ausfahren der Endnocke (14) veranlassen würden, ließen sich durch einen eingebauten Computer, ähnlich dem, wie er zur Einstellung der Vorentflammung in einem Zündsystem eingesetzt wird, bestim men.

Die Herstellung mechanischer, elektrischer und hydraulischer Anschlüsse zum Ausfahren der Endnocke (14) kann u. U. schwie rig und komplex sein. Bei einigen Motorenmodellen wäre es eventuell wünschenswert, die Technologie der veränderlichen Hublänge nur an einigen Zylindern eines Mehrzylindermotors einzusetzen. In einem Vierzylinder-Motor könnte es zum Bei spiel von Vorteil sein, die veränderliche Hublänge bei den am Ende des Blocks befindlichen Zylindern, also bei Zylinder 1 und 4, anzuwenden. In diesem Fall würde sich die Gesamtlei stung des Motors erhöhen, auch wenn nur zwei der vier Zylin der in allen Geschwindigkeits-und Leistungsbereichen maximale Leistung erbringen können. Auch ließen sich die Verbindungen, die für den Antrieb der Nockenverlängerungsstangen erforder lich sind, einfacher herstellen, da Verbindungen zu den mitt leren Zylindern nicht erforderlich wären.

Teileliste

10 Kurbelwelle mit veränderlicher Hublänge
12 erste Nocke
13 zweite Nocke
14 Endnocke
16 Hauptnocke
18 Nockenverlängerungsstange
20 Hauptkurbelwelle
22 Kolbenkurbel
30 Kolben, Baugruppe
32 Kolben
34 Stange
36 segmentiertes Teil
38 Bolzen
40 oberes Segment
42 unteres Segment

Claims

1. Ein System zur effektiven Verlängerung des Hubs eines Verbrennungsmotors, bestehend aus:
einem Kolben;
einer mit dem Kolben verbundenen Kolbenstange;
Nocken, die mit dem zweiten Ende der Kolbenstange ver bunden sind;
eine Kurbelwelle, die mit den Nocken verbunden ist, da mit die Auf/Ab-Hubbewegung des Kolbens in eine Drehbe wegung umgewandelt werden kann, wobei die Nocken wäh rend des Motorenbetriebes ausgefahren werden, um die Hublänge des Motors effektiv zu vergrößern.

2. Ein System entsprechend dem in Anspruch 1, wobei die Nocken auf hydraulische Weise ausgefahren werden.

3. Ein System entsprechend dem in Anspruch 1, wobei die Nocken auf mechanische Weise ausgefahren werden.

4. Ein System entsprechend dem in Anspruch 1, wobei die Nocken auf elektrische Weise ausgefahren werden.

5. Ein System entsprechend dem in Anspruch 1, wobei die Nocken segmentiert sind und ein Ende der Nocken von der Hauptnocke ausgefahren wird.

6. Ein Verbrennungsmotor, der mehr als einen Zylinder um faßt und in dem mindestens ein Zylinder aus den folgen den Komponenten besteht:
einem Kolben;
einer mit dem Kolben verbundenen Kolbenstange;
mindestens einer mit der Kolbenstange verbundenen Nocke;
einer mit der Nocke verbundenen Kurbelwelle, wobei der Punkt, an dem die Kolbenstange mit der Nocke verbunden ist, von der Mittellinie der Kurbelwelle versetzt ist und wobei dieser Versatz variiert werden kann.

7. Ein Verbrennungsmotor entsprechend dem in Anspruch 6, wobei der Versatz während des Motorenbetriebs verändert wird.

8. Ein Verbrennungsmotor entsprechend dem in Anspruch 6, wobei der Versatz in allen Zylindern des Motors verän dert werden kann.

9. Ein Verbrennungsmotor entsprechend dem in Anspruch 6, wobei der Versatz auf eine unbegrenzte Anzahl von Positionen verändert werden kann.

10. Eine Verbesserung des Verbrennungsmotors, die die Veränderung der effektiven Hublänge des Motors ermög licht.

11. Ein Motor entsprechend dem in Anspruch 10, wobei die Hublänge während des Motorenbetriebs verändert werden kann.