DE60120568T2

DE60120568T2 - Isochore Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60120568T2
Application number: DE60120568T
Authority: DE
Inventors: Roger Lecal
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-06-22
Filing date: 2001-06-19
Publication date: 2007-02-22
Anticipated expiration: 2021-06-20
Also published as: EP1167720B1; EP1167720A1; FR2810694A1; ATE330114T1; DE60120568D1; FR2810694B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen kinematischen Mechanismus, der es ermöglicht, eine hin- und hergehende Translations-Förderbewegung in eine fort gehende Drehbewegung der Ausgangswelle umzuwandeln. Sie läßt sich auf Pressen, Pumpen und besonders auf Verbrennungsmotoren anwenden.
Das gewöhnlich eingesetzte System, bestehend aus Pleuelstange/Kurbel ermöglicht die Umwandlung der Kolbenbewegung, wohingegen es mit der erhaltenen Verkapselung (Zylinder/Kolben) nicht möglich ist, den Brennkammerdruck zu erhalten und ihn in der Umwandlungsphase während seines geometrischen Verlaufs in mechanische Arbeit umzuwandeln, mit dem Ziel, die thermodynamische Umwandlung zu optimisieren. In der Tat ist die Zeit, die für die Verbrennung notwendig ist, nicht bei den Volumenänderungen der Kammer berücksichtigt worden, sie muß auch notwendigerweise auf die Kompressions- und Entspannungsphasen übergreifen, so daß ein Gegendruck beim Aufwärtshub des Kolbens nach dem oberen Totpunkt (OT) entsteht, einen Druckabfall bei Verbrennungsende aufgrund der Volumenvergrösserung der Kammer während der Abwärtsbewegung des Kolbens. Diese zuletzt genannte Besonderheit wird bei der Fremdzündung durch die Einstellung des vorzeitigen Zündpunktes genutzt, um bei einem maximalen Verbrennungsdruck ein anderes Brennkammervolumen zu erzielen und zwar bis zu 20° nach dem O.T. und aufgrund dessen, einen variablen Verdichtungsgrad mit dem Ziel, das Rasseln bei Gang- und Laständerungen durch ein ursprünglich absichtlich zu „großes" Verdichtungsverhältnis (ε) zu vermeiden.
Eine zweite Lösung, um den maximalen Verbrennungsdruck bei Laständerungen zu erhalten, besteht darin, die Abgase (E.G.R.) in einem schwer zu erreichenden Verhältnis von über 40% zu recyceln. Jedoch erfordert der Erhalt der Verbrennungsqualität eine schwierige Stratifizierung der Schichten und das Verhältnis entspricht nicht der Variationsskala (von 0,2 bis 0,9) des Frischgas-Einlaßvolumens zwischen einer verzögerten und einer ganzen Öffnung. Eine dritte Lösung, dieses Mal eine mechanische, besteht darin, das Verdichtungsverhältnis zu ändern, indem der Kolben in der Brennkammer mehr oder weniger auf den oberen Totpunkt vorgeschoben wird. Zahlreiche Lösungen sind bekannt. BICERI -HISPANO usw. oder erst vor kurzem SAAB (S.V.C.) und der MCE 5.
mechanische Lösung bietet die Sicherheit großer Volumenänderungen der Brennkammer im oberen Totpunkt und somit einen guten Wirkungsgrad bei geringer Last zu erzielen sowie die Möglichkeit, große Leistungen bei einem sehr niedrigen Verdichtungsgrad und einer starken Überfüllung, beim Diesel sowie bei Fremdzündung, einhergeht. Gleichzeitig kann eine Reduzierung des Motorgeräusches bei langsamen Betrieb erzielt werden, oder eine noch bessere Verbrennung durch den Erhalt eines hohen Kompressionsgrads bei Teillast, so daß die Temperatur erhöht und die unverbrannten Reste bei einer Turbo-Selbstzündung reduziert werden können.
Das bekannte Pleuelstangen-Kurbel-System kann dank der zusätzlichen mechanischen Vorkehrungen einen optimalen Verbrennungsdruck während der Laständerungen erzielen, es kann aber nicht der Forderung der Verbrennungszeitverkürzung gerecht werden, nicht mehr als die für den Betrieb gerade notwendige Luftmenge zu pumpen. Am besten mit magnetisch gesteuerten Ventilen oder mit mechanischen Ventilen mit variablem Hub, indem nur ein lokaler Unterdruck in dem Zylinder geschaffen wird, wird eine Lastminderung erzielt und eine Phase der Pumpenergie-Rückführung bei dem Kolben-Aufwärtshub bewirkt. Jedoch werden dieselben mechanischen Verluste bei diesem System verzeichnet wie bei denen der MILLER und ATKINSON-Systeme, die durch die Kolben-/Zylinderbewegungen erzeugt werden und schafft durch die absolut notwendige Rigorosität bei der Querschnitts-Dimensionierung der Ventil- Ventilsitz-Durchgänge mit Zylinder/Kolbendichtheit und dem Einspritzsystem (unter Berücksichtigung der Fabrikations- und Einstellungsdispersionen) eine verstärkte Disparität des Verbrennungsmoments und -zeit sowie die der daraus hervorgehenden Drücke zwischen den Zylindern. Die Reihenzündung und das Reiheneinspritzverfahren kompensieren diese beiden Schwierigkeiten nur zum Teil, können das Luftlastvolumen aber nicht ausgleichen, das durch eine differenzierte Feinjustierung der Ventilöffnungshöhe, also durch die Anpassung der Hubhöhen, die auch sequentiell sind, erzielt werden. Auf diese Weise häufen sich die Fehlfunktionen, wirken gegenseitig aufeinander ein und vermischen sich, so daßß es schwierig wird, sie aufgrund von Analysen von einander zu unterscheiden, um auf den richtigen Parameter einwirken zu können mit dem Ziel, eine perfekte Zylinderregelmäßigkeit zu erhalten, ohne sich von vorn herein immer unter den optimalen Werten positionieren zu müssen.0007] Wirft man einen kurzen Blick auf den Stand der Technik, ist es mit dieser Erfindung möglich, auf mehrere, schon aufgeführte Schwierigkeit einzugehen. So kann die Verbesserung der Verbrennungszeit durch eine eingeführte Unterbrechung des Kolbenhubs realisiert werden, was eine REELLE isochore Phase am oberen Totpunkt (OT) schafft, wodurch ein Grossteil oder die Gesamtheit des Gegendrucks bei dem Kolben-Aufwärtshub aufgehoben wird. Diese Besonderheit ermöglicht es auch, den maximalen Verbrennungsdruck ganz zu Beginn der Konversion, also in der Entspannungsphase bei einem Fremdzündungsmotor oder in der so genannten „Konstantdruckphase" eines Dieselmotors zu reduzieren soweit es die Struktur-Widerstandsfähigkeit der betroffenen Bauteile zulässt.
Die zweite Schwierigkeit besteht darin, das Verdichtungsverhältnis an das eingelassene Luftvolumen anzupassen, das zwar durch verschiedene mechanische Verfahren gelöst wurde, aber keine einfache und kostgünstige Antwort hat. Die neue kinematische Kette (nachfolgend System mit Kniehebel-Gelenkverbindung genannt) bietet aufgrund ihrer Besonderheiten, die für das Erreichen der isochoren Phase entwickelt wurden, unter anderem eine Antwort, die nur relativ geringe Mittel für die Realisierung erfordert.
Die dritte Schwierigkeit besteht darin, die eingelassene Luftmenge ohne Verluste während des Pumpvorgangs zu variieren und ohne Reibungsverluste aufgrund einer unnötigen Spülung der Kolbensegmentierung in dem Zylinder, ist mit Hilfe der Möglichkeit gelöst, den Kolbenhub auf ein Drittel seines Maximalwertes zu reduzieren In Luftvolumen ausgedrückt, entspricht dieses einer leichten, sich schon im oberen Teil befindenden Verzögerung„ die sich gewöhnlich aufgrund der Widerstandskräfte im Gleichgewicht befindet. Mit dem Ziel, das Durchgehen bei diesem Einlaßvolumen zu halten, ohne die üblichen Verluste, ist es jetzt möglich, ein Arbeitsvermögen bei maximalem Verbrennungsdruck zu leisten.
Die Analyse des Kurvenverlaufs des Kolbens über 360° der Kurbelwelle (10) hebt die Einzigartigkeit des vorgestellten Mechanismus hervor. Auf der gestrichelten Linie sind die Zeichen Δ die Anfangs- und Endmarkierungen der Dieseleinspritzung eines Kurbelantriebs um den OT herum. Die Zeichen ∇ sind die Markierungen derselben Kolbenhöhe auf der Kurve des Gelenkstangensystems – durchgehender Strich. Auf der Kurve des Kniehebel-Gelenksystems befindet sich zu Beginn der Injektion die Markierung ϕ nahezu in demselben Winkel (Δ) der Kurbelwelle wie beim Kurbelantriebssystem. Am Ende der Einspritzung, befindet sich die Markierung ϕ, dieses Mal auf derselben Höhe (Δ) wie jene des Vergleichssystems. Bei dem Referenzmodell liegt sie 25° vor dem OT und 15° nach ihm. Bei dem Kniehebel-Gelenksystem beginnt die Einspritzung also auch nahezu bei demselben Einstellwinkel ( < 25°), aber bei günstigeren Druck- und Temperaturwerten für die Zeitverkürzung der Selbstzündung und der Verbrennungsqualität (Komprimierungsintensität). Das langsamere Einspritzen, mit eventuell feineren Einspritzlöchern für denselben großen Druck, geht nach 63° zu Ende, also mit einem Plus von 23° im Vergleich zu einem Kurbelsystem und zwar für dieselbe eingespritzte Treibstoffmenge. Bei derselben Markierung sind die Kolbenhöhen identisch und der weiterhin bestehende Verbrennungsdruck wird längere Zeit auf einem hohen Niveau aufgrund der langsameren Entspannung des Kniegelenksystems gehalten, wobei die vorzeitige Öffnung des Auslassventils und zwar mit einem 30° größeren Kurbelwellenwinkel bei gleicher Kolbenhöhe erfolgt (unter Berücksichtigung, daß ein schneller Kolben-Abwärtshub gewisse Verbrennungsreaktionen blockieren kann).
Bei Selbstzündung ist es also möglich, allen Anforderungen in Bezug auf die Reduzierung von Stickstoffoxiden, von Dämpfen sowie von spezifischen Kraftstoffverbrauch gerecht zu werden.

1. Die Gesamt-Einspritzdauer ist um mehr als 50% erhöht worden.
2. Die Verbrennungsgeschwindigkeit wurde künstlich durch den Kolbenhalt am OT. verlängert.
3. Die Brennstoff- Zufuhrrate wurde während des Kolben-Aufwärtshubs wesentlich reduziert und der Gasdruck war zu Beginn des OT (thermodynamischer Wirkungsgrad bei konstantem Volumen) erhöht worden.
4. Die längere Einspritzzeit nach dem OT hat es erlaubt, eine größere Treibstoffmenge nach dem OT und eine während dieser Phase zunehmende Menge einzuspritzen, was besonders für die Aufladung von Vorteil ist.
5. Durch die höhere Kolben-Ausgangsposition zu Einspritzbeginn aufgrund der Zeitverkürzung, ist es möglich, die Intensität des Wärmeflusses sowie die der NO_x Abgase zu reduzieren, und zwar dadurch, daß die Reaktionszeit sehr stark von der Temperatur abhängt, die einen exponentiellen Einfluss auf die physikalische und chemische Reaktionszeit der Selbstzündung laut der Arrhenius -Formel hat.
6. Mit Hilfe der Anpassung des Luftvolumens an das einzuspritzende Treibstoffvolumen und der Wahl eines angemessenen Verhältnisses ist es möglich, eine optimale Temperatur in der Brennkammer bei mittlerem Betrieb zu erhalten, die Wirkungsgradverluste aufgrund zu großem Luftvolumens zu vermeiden und die Stickstoffoxidabgase zu verringern.
7. Das variable Verhältnis hat die Verwendung einer Aufladung eines klassischen und elektrischen Turboladers des Typs TURBODYNE als Abzweigung mit einem sehr niedrigen Verhältnis, wodurch das leichte Anfahren und die Leistungsqualität bei niedriger Auslastung erhalten bleibt.

diese Vorteile erzielenden, eingesetzten Mittel bestehen aus einem Umwandlungsmechanismus einer hin- und hergehenden Translations-Förderbewegung in eine fort gehende Drehbewegung, bestehend aus einer kinematischen Kette, die für alle Abmaßvarianten der Bauteile verwendet wird sowie für alle Positionierungen der Verbindungselemente für den Einsatz bei Pumpen und Industriemaschinen, unter anderem bei Pressen und Vorführungsmotoren.
Diese kinematische Kette besteht aus drei Pleuelstangen auf einer gemeinsamen Achse, von denen sich eine in den Kurbeltrieb integriert, die zweite mit dem Fuß am Bewegungseingang oder -ausgang befestigt ist, eventuell an einem Translationskolben und die dritte auf dem Gehäuse gelagert ist und sich dreht. Diese mechanische Koppelung entwickelt sich in bemerkenswerter Weise in den verschiedenen kinematischen Ketten entsprechend der Gesamtgeometrie, die in zwei bekannte Gruppen unterteilt ist. Die erste bringt zwei der drei Pleuelstangen nahezu in eine Linie zwischen der Kurbelwelle und dem Translationslager der Eingangs- oder Ausgangsbewegung der Ursprungsbewegung, wobei die dritte Schwebestoßstange als Gelenkführung zwischen den beiden Antriebsstangen verwendet wird. Bei einer Montage dieses Typs, wird die Schubkurbel gezwungenermaßen ständig von der Eingangskraft und der Widerstandskraft geschoben. Die zweite Gruppe, die sehr häufig bei Pressen und Pumpen zum Einsatz kommt, bringt die auf dem Gehäuse gelagerte Pleuelstange mit jener in eine Linie, die mit der Translationsbewegung der Eingangs- oder Ausgangsleistung verbunden ist. Diese Montage stellt eine Kniegelenkverbindung dar, die von der dritten Pleuelstange, die mit der Kurbelwelle verbunden ist, geleitet wird. Die Ausrichtung der Pleuelstangen der Kniegelenkverbindung erlaubt es, die Eingangsleistung des Kurbeltriebs zu vervielfachen, und zwar nach dem Prinzip der Rohrzange, so daß die Pressen und Stanzmaschinen Motoren mit relativ schwacher Leistung verwenden können. Zur „Kniegelenk-Wirkung" kommt der „Stapeleffekt" hinzu, der sich aus dem Gesetz, sich hin- und her bewegender Massen ergibt. Der zuletzt genannte wird durch die Seitenlage verstärkt, aber auch ganz besonders durch die Verschiebung der Kurbelwelle in Bezug auf die Biegeachse der Kniegelenkverbindung. Diese allgemein bekannte Anordnung ermöglicht einer Presse, die Matrize langsam anzuheben, um beispielsweise die Bleche zu deplatzieren und um eine große Beschleunigung für den Stosseffekt beim Stanzen zu erzielen während einer kürzeren Zeit als für die andere Translationsrichtung. Hingegen kann der Ansaugtakt einer Pumpe mit gleicher Kinematik, kürzer bei einer Unterwassermotorpumpe als bei einer Druckpumpe sein, die eine größere Kraft erfordert und umgekehrt für eine Ansaugpumpe. So wird die für die Arbeit einer Phase notwendige Leistung reduziert und für die andere erhöht mit dem Ziel, den Eingangsleistungsbedarf zu reduzieren und zu regulieren. Im Gegensatz zum System der ersten Gruppe, kann das System mit der Kniegelenkverbindung, so wie es gerade beschrieben wurde, mit einer geschobenen und/oder gezogenen Schubkurbel funktionieren. Um eine ausreichend große Verlangsamung der hin- und hergehenden Kolbenbewegung eines Motors im OT sicher zu stellen, um sich dem theoretischen Verbrennungsdiagramm zu nähern, finden wir ein System der „ersten Gruppe", das es erlaubt, zwei OT (Ausrichtung der drei Gelenkachsen) von zwei Bauelementpaaren der kinematischen Kette, wodurch die Zeit verlängert oder der Raum während des weiteren Kolbenverlaufs vergrössert wird, um den oberen Totpunkt, der immer noch in einem Punkt besteht. Hier ist die Pleuelstange mit den drei Achsen, die die Überdeckung der zwei oberen Totpunkte gewährt, die Schwebestoßstange des Rahmens (Patent DE 27 34 715 A von SCHERF GEB KINDERMANN EVA). Eine Pleuelstange mit drei Gelenkachsen wurde ebenso in einem System dieser ersten Gruppe von F.E.V. verwendet. Diese Pleuelstange ist die des Kolbens. Um den Kolben bei einer fort gehenden Bewegung der Kurbelwelle wirklich zum Halt zu bringen und zwar durch den Eingriff in die kinematische Kette, kann nur eine entgegen gesetzte Bewegung das Anwachsen oder Abnehmen einer dieser Entwicklung von gleichem Wert, aber mit entgegen gesetztem Vorzeichen den gesuchten Totpunkt sicherstellen. Diese Bedingung ist auch für die „zweite Gruppe" notwendig, die die Überlagerung von zwei oberen Totpunkten verwendet, jenem der Gelenkverbindung durch die Ausrichtung der zwei Pleuelstangen mit jener des Pleuelstangen/Kurbelwellensystems. Selbst die Verschiebung des oberen Totpunkts ermöglichte nur die Überlagerung einer abnehmenden positiven Bewegung mit einer zunehmenden negativen Bewegung oder umgekehrt. So bringt die Überlagerung der oberen Totpunkte für die Gruppen eins und zwei den Nachteil einer langsamen, um diesen Punkt herum zu breiten Progression ohne reellen Halt, was sich aufgrund des zunehmenden Wärmeaustauschs der Verbrennung mit den Wänden während der maximalen Verlangsamung und der zu großen Beschleunigungen und Geschwindigkeiten über den Rest des Laufs um den unteren Totpunkt herum nachteilig ist. Der vorgestellte Mechanismus unterscheidet sich durch seine so genannte Kniegelenkstruktur durch die sehr kurze Pleuelstange (R') der Kurbelwelle, die aus vier identischen, paarweise angeordneten Bauteilen (12–13) besteht, die die Lagerschalen um den Kurbelzapfen umschließen und seitlich auf beiden Seiten ihres Kopfes die beiden Pleuelstangen (L und R) in ihren Halbachsen penetrieren. Auf denselben Achsabstand ausgelegt wie die Kurbelwelle, kann diese Pleuelstange ganz allein den Halt der Bewegung gewährleisten. Etwas länger ausgelegt, kann sie eine Verlangsamung um den oberen Totpunkt und eine Beschleunigung um den unteren Totpunkt (ausgezogenen Pleuelstange) bewirken. Diese Pleuelstange ist bemerkenswert aufgrund der drei Gelenkachsen (B–B'–B''), eine für den Kurbelzapfen und zwei weitere für die Pleuelstangen (L und R) und da aufgrund des Umkippens um den oberen Totpunkt, obwohl die Pleuelstangen (L und R) nicht ausgerichtet sind, eine zunehmend negative Bewegung von (B') eine zunehmend positive Bewegung von (B) mit demselben Betrag überlagert und die Immobilisierung von (A) bei 20° auf der Kurbelwelle und ihre relativ schnelle Fortführung nach dieser Unterbrechung gewährleistet. Ein positiver Punkt kommt noch hinzu, und zwar, daß die Pleuelstange (R') unter der Schubwirkung des Punktes (A) auf das Kniegelenksystem bei einem verkleinerten Winkel zwischen den beiden Pleuelstangen (L und R) gezogen wird. Das Kniegelenk ist in Endstellung also nicht vollkommen ausgezogen, so daß insbesondere die Lagerachse (O) an dem Rahmen um einen virtuellen Punkt (Oz), der sich fast in der Position des Punktes (B') in Endstellung (OT.) im Betrieb des Mechanismus befindet, und dieses mit dem Ziel, die Verlaufsamplitude von (A) variabel zu gestalten, ohne die Grenzposition der Pleuelstangenausrichtung der Gelenkstruktur zu überschreiten, was in einem Kurvenverlauf in Kamelrückenform resultieren würde.
Zusätzlich, um den Variationsverlauf zu verstärken, ist die Gelenkachse (0) mit Hilfe eines gezahnten (33) Gleitschuhs (32) auf einer gebogenen Schiene (39) angebracht, die ihn um eine virtuelle Achse (Oz) durch die Drehung einer Gewindeachse (47) fortbewegt, die selbst von einem irreversiblen Schneckenradsatz ohne Ende angetrieben wird; die Position von (Oz) stellt gleichzeitig die Variation des Verdichtungsverhältnisses und die Längenvariation des Kolbenverlaufs sicher.
In einer anderen Variante besteht der Mechanismus aus einem Kolben, der fest mit der Pleuelstange verbunden ist sowie an einem wulstförmigen Spiralzylinder
Die Kinematik besteht aus den Ausgleichswellen (g2ω und g-2ω) 8 mit variablem Einstellwinkel in einer besonderen Anordnung mit einer Gegenwelle, die mit der Kurbelwelle (fω und f-ω) verbunden ist, um eine Ausrichtung der Kräfte der ersten Ordnung zu erhalten und sie durch einen Gegenschub wieder aufzuheben.
Mit dem Kurbeltrieb-System mit Fremdzündung und variablem Verhältnis, das an der Geräuschgrenze verwendet wird, bestimmt die vorherrschende Einstellung des Vorzugs oder des Verdichtungsverhältnisses während des polytropischen Anstiegs des maximalen Drucks (zwischen 10° und mehr als 20° nach dem OT) den Anteil, der der mechanischen Komprimierung und jener, die direkt aus der Verbrennung hervorgeht (also bei gleichem Druck eine mehr oder weniger vollendete Verbrennung).
Unter dem Einfluss dieser zwei Parameter, variiert die maximale Druckposition der Wirkungsgradoptimierung in Abhängigkeit von ihrer Dominanz. Wird der Maximaldruck daher eher durch den größeren Verdichtungsgrad erzielt, ermöglicht dieser, bei geringerem Vorzug, die Zündung in einem geschlossenen System, bei hoher die Oxidation fördernder Temperatur und in kleiner Menge erfolgen zu lassen. Die sich (nach dem OT) in einem größer werdenden Raum zu schnell entwickelnde Verbrennung, endet unter wenig günstigen Bedingungen, die die Ursache für die Kohlenmonoxydbildung sind. Dieser bedeutende Nachteil bestimmt die Einsatzgrenze eines Verhältnisses, daß bei hoher Verdichtung, die Verbrennung eher auf den Kolbenabwärtshub verlegen würde (ε: größer – gleicher Maximaldruck). Umgekehrt, wenn der gleiche Maximaldruck mit einem relativ niedrigen Verhältnis und mit einem großen Vorzug erzielt wird, erfolgt die Verbrennung zum größten Teil vor dem OT und befindet sich im Gegensatz zum verbrannten Teil in der Umwandlungsphase während des Kolbenabwärtshubs. Aufgrund dieser Tatsache verschlechtert sich das Verhältnis des Maximaldrucks/mittlerer Arbeitsdruck (M.D./M.A.D.). Ferner bewirken die schlechten Zündungsbedingungen eine flackernde Verbrennung und verlängern die Verbrennungsdauer, wodurch NO_x und HC (Kohlenwasserstoffe) entstehen. Diese Grenzen vor und nach dem OT werden direkt durch die für die Verbrennung benötigte Zeit und durch die Kolbenposition beeinflusst, die von Anfang bis zum Ende die Qualität bestimmt.
Im Gegensatz zu dem Kurbeltriebsystem, das in diesen beiden extremen Situationen nur begrenzt einsatzfähig ist, die beide für sich große Vorteile bieten, aber mit gewissen Einsatzbedingungen nicht kompatibel sind, ermöglicht das Kniegelenksystem die Verbrennung in einem dichten Milieu und bei guter Temperatur (Kolbenposition) und bei einem relativ niedrigen Verhältnis, einem hohen Maximaldruck (Produkt der Verbrennung), geringem oder fast nicht existierendem Gegendruck und einem Verbrennungsende bei höchster Temperatur. Diese Vorteile sind, um es noch einmal in Erinnerung zu rufen, durch die isochore Phase sowie durch die geringe Kolbenbewegung während dieser Zeit bestimmt.
Die Verbrennung erreicht in der Tat einen fortgeschritteneren Grad ohne die zwischenzeitlichen Druck- und Temperaturanstiege, die mit der Kolbenbewegung einhergehen, die in einem herkömmlichen Peuelstanen/Kurbelsystem die Kammer gewöhnlich verkleinern, wobei der maximale Druck in einem größeren Volumen für nahezu die Hälfte der verbrannten Last erreicht wird. Diese Spitze des mechanischen Lastüberdrucks während der Verbrennung versucht die Zeit der Selbstzündung, die von diesem Parameter und der Temperatur beeinflusst wird, zu verkürzen, wohingegen die Verbrennungsgeschwindigkeit nur von der letzten beeinflusst wird. Die für die Verbrennung günstigen Bedingungen der isochoren Phase ermöglichen es, eine größere Last bei gleichem Maximaldruck im OT (ε kleiner) zu verbrennen und aber auch dieses Maximum zu erhöhen. Ferner können die aufgrund der verschiedenen Luftbewegungen eintretenden Turbulenzen, die besonders die Verbrennungsgeschwindigkeit begünstigen und über den Zeitraum eines 360°-Zyklus hinweg erhalten bleiben und die Verlängerung der Einspritzzeit > 200° erlaubt es der eingespritzten Last mehr Dynamik zu verleihen, ohne die Verluste zu erhöhen.
Da der Wärmeaustausch mit den Wänden von der Fläche der ausgesetzten Oberflächen, der Dauer und der Intensität der Wärmeflüsse abhängt, stellen wir fest, daß hinsichtlich der Besonderheiten des Kniegelenksystems mit seinen physikalisch und chemisch günstigeren Zündbedingungen (Gasdichte – Dispersion – Temperatur – Oxidation) einerseits die Verbrennungsdauer und die ausgesetzte Gesamtfläche bei Verbrennungsbeginn und -ende aufgrund der Kolbenhöhe eher abnimmt und andererseits bei gleicher Last und gleichem Druck, der Wärmefluß, wenn er identisch ist, sich notwendigerweise in demselben Volumen, derselben Oberfläche und derselben Zylinderbohrung befindet. Die Dauer „als Zeitwert", die nicht mehr denselben Gradwert in Kurbelwellenumdrehung (°V) hat, kann günstiger mit einer ärmeren Mischung ( < < 1) eingestellt werden, die gewöhnlich von vornherein Verzögerungen im Vergleich zum gesuchten Optimalwert bewirkt (Leistung, Wirkungsgrad und Verschmutzung). Der langsame Kolbenabwärtshub über den großen Kurbelwellenwinkel entspricht in der Tat einer schnelleren Verbrennung, unter Bezugnahme auf die Zeit in °V eines Kurbelantriebsystems. Außerdem hebt die "Startblock"-Wirkung der isochoren Phase aufgrund der anhaltenden Verbrennungsentwicklung am OT die Disparitäten zwischen den Zylindern weitestgehend auf, die gewöhnlich bis zu 40° Verschiebung in einem armen Gemisch bewirken können, wodurch der Maximaldruck bei dem Kolbenabwärtshub von dem durchschnittlichen Ausgangs-Zündzeitpunkt sehr weit absinken lassen kann.
Die 1 zeigt die schematische Darstellung des kinematischen Mechanismus mit der Gelenkstange und dem Pleuelstangen/Kurbelwellen-Antrieb.
2 stellt die Beziehungen von B'', B und B' um den OT mit den Markierungen eines Positionsrasters.
3 zeigt die Montage der mechanischen Bauteile, die die kinematische Kette des Schemas der 1 im Innern einer Triebwerksaufhängung.
Die 4 und 5 zeigen die Massenkräfte jeweils um OT und UT.
Die 6 und 7 zeigen die Bauteile und die Resultierenden der entgegen gesetzten Kräfte.
8 zeigt die Anordnung und Orientierung der zentrifugalen Ausgleichskräfte die den Massenkräften entgegenwirken, die durch die mechanischen Bauteile der kinematischen Kette erzeugt werden.
9 zeigt die sich überlagernden Kurven der momentanen Drehmomente der kinematischen Kette bei Kolbenschub und jener eines Pleuelstangen-Kurbelwellen-Systems.
10, 11 und 12 zeigen jeweils den Geschwindigkeits- und Beschleunigungsverlauf des Punktes A.
13 zeigt ein Diagramm der Verteilung über 720°
14 zeigt zwei "reelle", überlagerte Diagramme eines Diesel-Viertakt-Motors.
15 zeigt zwei überlagerte „reel" entwickelte Diagramme eines Viertakt-Motors mit Fremdzündung.
16 zeigt eine vereinfachte mechanische Montage der kinematischen Kette mit Kniegelenkstange.
Die 17, 18, 19 und 20 zeigen die mechanischen Bauteile, aus denen die Schubstange R' besteht.
Die 21 zeigt die Überlagerung zweier Motorblock- Querschnitte, einer mit der Pleuelstangen/Kurbelwelle und der der andere mit der Kniegelenkstange.
22 zeigt die schematische Darstellung der kinematischen Kette mit Kniegelenkstange mit der Verschiebung des Punktes 0 sowie des strukturellen Aufbaus des Motorblocks.
23 zeigt den Antriebsmechanismus des Punktes 0.
Die 24 zeigt die Halterung des Punktes 0 in dem Längsschnitt des Motorblocks.
Die kinematische Kette der Kniegelenkstange für Bewegungen in einer Ebene mit den Parametern, die schematisch (1) dargestellt ist, beinhaltet eine Dreh-Gleit-Verbindung der Achse in A entlang der X-Achse. Diese Verbindung ist in einer mechanischen Konstruktion realisiert worden und zwar mit einem Zylinder, in dem ein Kolben gleitet, der an der Pleuelstange L befestigt ist. Der Rest der beweglichen Montagen sind Dreh-Verbindungen. Die Pleuelstange L knickt im Punkt B und in B' die Pleuelstange R der Kniegelenkstange, die wiederum im Punkt 0 einknickt. Diese erste Kinematik wird durch ein Pleuelstangen/Kurbelwellen-Antriebsystems unterstützt. Die Drehung (Linie c) des Kurbelzapfens mit B'' dargestellt, bewegt die Kniegelenkstange mit Hilfe der Hubstange R' um 0', die jeweils an den Pleuelstangen der Kniegelenkstange einknicken, die Pleuelstange L in B und in B' die Pleuelstange R. Die beiden Positionen, im OT und im UT sind durch die Verschiebung des Punktes A dargestellt. Die kolinearen Punkte A–A', A₁–A' auf der X-Achse und die Punkte B–B', B₁–B'₁ auf den Linien c'–c'' legen die Positionen der kinematischen Bewegung des OT bis zum UT, infolge der Verschiebung von 0 nach 0₁ um 0 herum, dank eines exzentrischen Systems mit einem Zahn- und Gewindeteil. Die Drehung R'' ändert den Verdichtungsgrad in der Kammer. Die Winkel β und α' bilden die trigonometrische Verbindung eines Kettenteils. Die Winkelgeschwindigkeit ω zeigt die Drehrichtung an. Auf Y ist die Position 0₁ im Vergleich zum Koordinatenpunkt 0 der X- und Y-Achse dargestellt.
Die 2 komplettiert die Details der kinematischen Kette auf der Höhe des Gelenkpunktes B, der zwei separate Achsen beinhalten, die in der 1 (B–B') vermischt sind.
Drei Punkte a, b, c, die in einem Intervall von 20° auf dem Verlauf von B'' um 0' (Linie c) festgelegt wurden, erlauben es, die besonderen geometrischen Beziehungen zwischen der Position B'' bzw. B und B' festzulegen. Von der Bewegung von B'' auf der Linie c, den drei Punkten (a b c) Kreismittelpunkte desselben Radius (B'–B'') entsprechen die Punkte a' b' und c' auf der Linie des Punktes B' (t) auf der Linie c''. Diese Punkte definieren die Momente von B' um den OT herum. Im Vergleich zu B' auf der Pleuelstange R' ist die Achse B exzentrisch und beschreibt mit den Verschiebungen der Pleuelstange eine Drehung um B' (Linie c₁). Wie aus dem Positionierraster hervorgeht, befindet sich B' auf der Linie c'', die auf den Tangenten die Punkte a₂ d₂–a₂ c₂ und b₂c₂ als Schnittpunkte hat, die Positionen a'b'c' haben aufgrund der Beziehung von B und B' die Punktpositonen c₁–b₁ und a₁ als Korolate. Die Verschiebung von B'' von b nach c und der Hubstange R' erhält den Punkt B in c₁–b₁, wohingegen der Punkt B' auf der Linie c' von b' sich nach c' bewegt. Aus diesem Grund bleibt der Punkt A in derselben Position. Die Immobilität von A über die 20° des B''-Verlaufs ist nahezu perfekt. Seine Bewegung ist unstetig.
Die 3 zeigt alle mechanischen Elemente der schematisch dargestellten kinematischen Kette mit Kniegelenkstange, die in den vorangehenden Abbildungen dargestellt worden sind. Der Motorblock (4) des Typs „offene Ebene" stellt den Rahmen dar. Der angebaute Zylinder (1) im Schnitt befindet sich in seinem Einbau, ist zentrisch auf der Achse X positioniert. Der Kolben (2) beinhaltet eine mechanische Achse (5) auf der geometrischen Achse A'', um die sich die Pleuelstange L dreht, die auf der mechanischen Achse (6) im geometrischen Punkt B der Hubstange R' befestigt ist. Die Achse (3) ist der Kurbelzapfen der Nockenwelle, die sich um die Zapfen (27) dreht. In (10) finden wir die gewöhnlichen Ausgleichsgewichte der Kurbelwelle mit in (11) den Schwermetallstopfen. Die Kurbelwelle erlaubt es aufgrund der Ausrichtung nahe der Achse X auf der Linie B, den Achsabstand der Kurbel 0'–B'' zu verringern, was den Lagerzapfenachsen und jenen der Zapfen in umgekehrtem Verhältnis zum Anstieg des erhaltenen Kurbelwellenwinkels für die Entspannung entspricht. Das heißt: Verlauf/2 × 180/220. Somit ergibt sich für einen Weg von 80 mm, ein Achsabstand von 32,7 mm, wodurch sich parallel ein geringerer Schub durch die Rückweisung der tangentialen Kräfte ergibt sowie eine proportional starrere Kurbelwelle. Ferner nehmen die Zapfen, die genauso breit sind wie für zwei Pleuelstangen-Kolben eines V-Motors, weniger Last pro Gasschub auf, aber mit nahezu gleichen Massenkräften. Das Gehäuse (14) mit seitlicher Öffnung erlaubt den Zugang zu dem beweglichen Montageteil, das auf der Dichtungsebene (15) durch die Kurbelwelle und das Exentersystem befestigt ist, das sich um (0'') dreht. Die mechanische Achse (8) dient als Drehlager der Pleuelstange R des Kniegelenksystems in aufeinander folgenden Positionen, die auf der Linie (9) festgelegt werden können, um die Kolbenposition im OT zu verändern.
Die 4 und 5 zeigen den dynamischen Aspekt der kinematischen Kette im OT und im UT mit Richtungsangaben der entgegen gesetzten Massenträgheitskräfte in einem X-0-Y-Koordinatenkreuz. Diese Kräfte nehmen der Einfachheit halber in den zwei Punkten A und B zwei Richtungen an: in F₁ für A und in F₂ für B auf wie in der 4. Der Punkt A konzentriert die Kolbenmasse und einen Teil die Masse der Pleuelstange L. Der Punkt f₁ zeigt die Schubwirkung der Massenkräfte in der Achse der Pleuelstange L und f₀ die Reaktionskraft des Rahmens in dem Lagerpunkt von A bei der Richtungsänderung auf die X-Achse (F₁). Der Punkt B konzentriert die Zentrifugalkraft F₅ und die Massenkräfte F₂, F₃ und F₄ eines Gewichtteils der Pleuelstangen R' L und R in ihrer Schaukelbewegung. Die Richtung F_a zeigt die Richtung der eingesetzten Gegenkräfte sowie ihre Zentrierung im Vergleich zu den Massenkräften F₁ und F₂.
Die 5 zeigt die Richtung der entgegen gesetzten Kräfte F₁ und F₂ im UT (Ausschwungwinkel θ) ab dem OT = 240°. Die beiden äquipollenten Vektoren zeigen nur ihre Richtung an. Aufgrund einer approximativen Einschätzung der Bauteilgewichte, werden die für die Gewichte der in A und B zentrierten Massen gleiche Werte angesetzt. Sie erfahren eine ausgleichende Gegenkraft in Richtung F_a'.
Die 6 zeigt die Abszissen des Punktes A des OT und des UT in der Kurve D für eine fort gehende Drehung von B'' über 360°. Die Kurve e entspricht dem Verlauf von B für die maximalen Abszissen- und Ordinatenwerte, X geht dieses Mal durch den OT und den UT von B. Die Resultierende der Kurven e und d wird später in der Kurve n dargestellt. Diese periodischen, nicht sinusförmigen Kurven mit 2π-Perioden sind mit jenen eines Pleuelstangen-Kurbelwellen-Systems vergleichbar, bei denen der Kolben weit von der Kurbelwellenachse entfernt ist. Ihre Summe teilt sich in sinusförmige, sich einzeln ausgleichenden Kräften auf. Die entsprechenden Verschiebungen der Pleuelstangen der kinematischen Kette bilden die senkrechten und kreisförmigen Bewegungen. Zusammen bilden sie die Sinuswellen des Verlaufs, die sich addieren und aufheben bei der fortschreitenden Drehung von B und der geradlinigen Translation von A. Die erste Komponente stammt aus der Drehung von B'', wodurch die Frequenz dargestellt wird. Die anderen Komponenten haben die gleiche Frequenz oder die doppelte für diese 360°-Periode. Ihre Phasenverschiebung stellt die Kurve der Resultierenden dar. Die Immobilität von A im OT geht auf die Komponente zurück, die aus der Bewegung der Hubstange R' um B' herum hervorgeht, die den Bauch der Kurve im Punkt B bewirkt während der Abwärtsbewegung von B' auf der Linie c'' nach dem Verlaufsrichtungswechsels 2. Die Komponenten, die im Phasengegensatz stehen, heben sich auf der Linie c₁ bei mehr als 20° der c₁ bis b₁ auf, wodurch B gestoppt wird.
Die 7 zeigt die beiden Kurven der Komponenten ⨍ und g der Ausgleichskraft, die gegen die gegensätzlichen Massenkräfte der kinematischen Kette der 4 und 5 eingesetzt werden. Diese Gegenkräfte werden mit den gegenläufigen Ausgleichswellen erzielt und werden von den Antrieben und bekannten Vorrichtungen erzeugt. Den Stapeleffekten 1. Ordnung setzt sich die Frequenz-Ausgleichskraft (cos α) entgegen, die mit der Kurve f dargestellt ist. Die Massenkraft 2. Ordnung, die durch die Pendelbewegung der Pleuelstange R' erzeugt wird, setzt sich der Frequenz-Ausgleichskraft 2 (cos. 2α) entgegen, die in der Kurve g dargestellt ist. Die Resultierende dieser beiden Ausgleichskräfte ist als die gestrichelten Kurve i dargestellt, die den ursprünglich sich entgegen gesetzten Kräften n entgegenwirkt (zu Vergleichszwecken überlagert dargestellt). Entgegengesetzt in Phase und Wert, ergeben die Kurven n und i ein nahezu perfektes Ergebnis. Es bleibt eine Resultierende bestehen, die geringere Beschleunigungen erzeugt als jene, die aus den Kräften 2. Ordnung eines Pleuelstangen/Kurbelwellensystems mit λ (Kurbelwelle/Pleuelstange = 0,31) hervorgeht, also unterhalb der üblich akzeptablen Werte. Dieser Fehler liegt in der partiellen Berücksichtigung des Aufbaus der periodischen Funktion begründet.
Die Besonderheiten der Wechselbeziehung der isochoren Phase (Immobilisierung des Punktes A) und der beibehaltenen Beschleunigung auf B' werden nicht weiter auf ihren Einfluss hin analysiert. Der Verlauf von B' in dieser Sequenz, hingegen, ist auf mindestens 0,7 mm auf der Skala 1 der 1 (Kolbenlauf = 73 mm) für einen Kurbelwellenwinkel von 20° begrenzt, was vernachlässigbar ist, selbst für die erwähnten Beschleunigungswerte und Massen.
Die 8 präzisiert die Position der Ausgleichswellen und ihre Anzahl. Eine Doppelwelle ⨍-j ermöglicht es zusätzlich zu den beiden üblichen Kräfte-Ausgleichswellen 2. Ordnung (g2ω und g-2ω) eines beispielsweise Ein- oder Vierzylinder-Reihenmotors, die Kräfte der 1. Ordnung ⨍ω und ⨍-ω aufzunehmen, indem sie auf die Konvergenzebene der Kräfte F₁ und F₂ verschoben werden wie auch für das resultierende Kippmoment r und r' mit den Gegenwellen j2ω und j-2ω im Gegenzug zu F''a im OT und UT von B und B'. Die Zentrifugalkraft wird auf dem Weg von B–B' in entgegen gesetzter Richtung durch das Wenden der Ausgleichsmassen aufgenommen. Man kann festhalten, daß die Kurbelwelle die Zentrifugalkraft Fc aufgrund des Gewichts des Kugelwellenzapfens ausgleicht und zum Teil das der Pleuelstangen als Gegengewicht P und daß das Gegengewicht fω sich auf derselben Drehwelle befindet. Die Richtung der Ausgleichskraft fω und fω ist eine Komponente von Fa. Die Ebene Fa F'α bildet den Winkel α'' mit Rα als resultierende Kraft von F₁ und F₂ (4 und 5). Aus diesen drei Kräften entsteht eine resultierende Kraft r', der die Kraft Fα'' entgegenwirkt, die aus j2ω und j-2ω entsteht. Auf der gegenüberliegenden Seite des UT ergibt sich aus den Parallelkräften F'₁ und F'₂ die resultierende Kraft R''α. Diese Kraft wirkt F'α (Richtung F'α und Fa) entgegen, dergleiche Winkel α'' befindet sich zwischen den entgegen gesetzten Kräften mit der daraus resultierenden Ausgleichskraft r.
Die 9, 10, 11 und 12 sind vergleichende Darstellungen der dynamischen Aspekte der beiden Systeme: Pleuelstangen-Kurbelwelle (Referenzmodell) und die kinematische Kette mit Kniegelenkstange entsprechend den SI-Normen (Internationale Normen) mit Ausnahme der Abszissen der 9 und 10.
Die 9 stellt das Diagramm der drei Momente eines Motorzyklusses des Typs Carnot (isotherme Entspannungsphase) dar. Die Kurve des Pleuelstangen/Kurbelwellensystems mit einer Bohrung/Hub von 80/80, einem λ Kurbelwelle/Pleuelstange von 0,352 für einen am OT beendeten Verbrennungsdruck von 100 Bar (isochore Phase eines Diesels) und einer Fortentwicklung bei konstanter Temperatur mit einem Verdichtungsgrad ε = 16,5. Die zweite Kurve – im Vollstrich-, die weniger bauchige, stellt die Entwicklung nach der isochoren Phase (immobiler Kolben) der kinematischen Kette mit Kniegelenkstange dar. Der Verbrennungsdruck sowie der Hub, die Bohrung und das Verdichtungsverhältnis sind die gleichen. Es ändert sich nur der Drehwinkel der Kurbelwelle zwischen dem OT und dem UT mit der Variation der Tangentialkräfte des Kolbenschubs. Die umgewandelten Arbeitsräume bleiben infolge dessen isochor. Die dritte Kurve – als Vollstrich dargestellt- stammt aus demselben System mit der Kniegelenkstange mit denselben schon erwähnten Kenndaten, außer dem Verdichtungsgrad (ε = 9,2). Der Vergleich stellt einen großen Gewinn dar, ohne das maximale Drehmoment des Pleuelstangen/Kurbelwellen-Systems erreicht zu haben (um den Gewinn einschätzen zu können, muß die Kompressionsarbeit abgezogen werden). Die niedrigste Geschwindigkeit des Kolbens „tg" (Tangente), die stark verschoben ist, deplaziert den Übergangswinkel, während dessen reduziert die immer ansteigende Beschleunigung der Gaszufuhr den Unterdruck in dem Filterrohr und in dem Zylinder. Der Einlaß profitiert in jedem Fall von der positiven Gaszufuhrinertie bis zur verspäteten Öffnung des Auslaßventils. In einem grosszylindrigen Motor erlaubt es die Ausdehnung der Umwandlungsphase auf 180° effektiv die Zylinderzahl für denselben Motor-Leistungsbereich zu reduzieren. Ein Sechsrylinder mit Gelenkstangensystem entspricht mit zwei Umdrehungen (720°) dem Äquivalent eines Sechstaktmotors von 180 oder 1080°, was einem Neunzylinder mit Pleuelstangen/Kurbelwellen-System entspräche, d. h: 120 × 9 = 1080° oder einem Vierzylinder mit Kniegelenkstange 180 × 4 = 720°, was sonst von einem Sechszylinder mit Pleuelstangen/Kurbelwellensystem erzielt würde, d. h;: 120 × 6 = 720° mit parallelen Drehmomentspitzen, die mehr als 40% niedriger sind.
Eine systemspezifische Besonderheit des Gelenkstangensystems, die mit der flachen Drehmomentkurve in Zusammenhang steht, bewirkt, dass die Addition der Überlappungen Spitzen schafft, die neben einander liegen müssen, wohingegen die Überlappung der Spitzen eines Pleuelstangen-Kurbelwellensystems die Wirkung mindert. Aus diesem Grund ist es untersagt, mehr als sechs Zylinder mit kleiner Überlappung zu verwenden, da, nach idealen Werten, die von 300 bis 500 cm³ pro Bauteil bei einem schnell laufenden Motor, bei dem der Hubraum zwischen 1800 und 3.000 cm³ schwankt. Genauso wie bei einem Pleuelstangen/Kurbelwellen-System hilft die Trägheit der Pleuelstange/Kolben des Kniegelenkstangensystems bei mittlerem und hohem Betrieb, die Drehmomentspitze zu mindern und die Kurve vorteilhaft in der Nähe des UT in der Auslaßphase ansteigen zu lassen. Die Möglichkeit, die Schwungmasse deutlich zu verringern und dabei die Regelmäßigkeit des Betriebszyklus aufrecht zu erhalten, lässt auf die „konzeptuelle" Motorschnelligkeit schließen, die Drehzahl zu erhöhen. Auf den 11 und 12 hingegen, muß der maximale Motorbetrieb um etwa ein Drittel reduziert werden, also n = 4500 U/min, um dieselben momentanen Geschwindigkeits- und Beschleunigungswerte der Kolben zu erhalten. Die Durchschnittsgeschwindigkeit (übliche Berechnung) bleibt nahezu identisch im Vergleich zum Pleuelstangen/Kurbelwellen-System ( < 106%). Diese Reduzierung der maximalen Drehzahl bewirkt, daß diese Werte jenen des Referenz-Reihenmotors (XU9J4 von PSA) bleiben. Der einhergehende Leistungsverlust, hingegen, wird durch die Tatsache aufgehoben, daß dank des variablen Verhältnisses eine höhere Leistung bei niedrigerer Drehzahl aufgrund der „Aufladung" bei spontaner Zündung sowie bei Fremdzündung erreicht werden kann, wobei gleichzeitig ein besserer Wirkungsgrad in allen Betriebsarten dank des Verdichtungsverhältnisses und des variablen Hubraums sowie der isochoren Phase erzielt wird.
Wie in 10 hängen die Kurven der Abszissen des Punktes A, vom OT bis zum UT, vom Winkel θ der Kurbelwellendrehung über eine Umdrehung ab. A entspricht gleichzeitig einem geometrischen Punkt (Kolbenachse) und dem Kolben selbst. Die gestrichelte Kurve des handelsüblichen Pleuelstangen/Kurbelwellensystems wurde schon in 9 als Referenz verwendet. Der Vollstrich stellt das Gelenkstangensystem dar. Betrachtet man die beiden Systeme, so ist zu erkennen, daß die Winkelpositionen des vorzeitigen Ansaugvorgangs stark mit den UT verschoben sind und zwar um 180° und 220°. Die beiden Markierungen des OT- auf der Vollstrichkurve-, zu Hubbeginn wie auch zum Hubende heben die isochore Phase – flache Kurve – des Gelenkstangensystems hervor sowie die starke Progression des vorangehenden und nachfolgenden Kolbens. Der Vergleich dieser Kurven, die Analyse der folgenden Abbildungen und die Betrachtung der Drehmomentkurven der vorhergehenden Abbildung, machen uns deutlich, wie die Druck- und Drehmomentspitze nach dem OT gedämpft und umgewandelt werden konnten, wodurch notwendigerweise die Entspannungszeit verlängert wurde, um die akzeptablen Beschleunigungswerte am Ende des Kolbenhubs beizubehalten. So wurde die Drehmomentkurve der Umwandlungsphase durch Anpassung der Hubkurve an die Druckkurve verändert. Einem sehr hohen Verbrennungsgasdruck wird ein sehr kleiner Kolbenhub zugeschrieben. Am Kolbenhubende und bei schwachem Druck, stellt eine schnelle Kolbenbewegung die Gangübersetzung der Translations/Rotations-Umwandlung sicher.
Diese Verbesserung der thermodynamischen Umwandlung ermöglicht es durch die Minderung der Amplitudenvariationen des Drehmoments, den Grad der zyklischen Unregelmäßigkeiten einer Einheit (Einzylinder) über den Motortakt zu reduzieren.
Die 11 stellt die Geschwindigkeitskurven des Punktes A in Abhängigkeit von ω über dem Winkel θ dar. Als gestrichelte Kurve ist das Vergleichs-Referenzmodell über die Kurve der kinematischen Kette mit Gelenkstangensystem gelegt worden.
Die 12 stellt die Beschleunigungskurven im Punkt A dar (für die gleiche Winkelgeschwindigkeit ω = 472 rad/s (n = 4500 U/min) in Abhängigkeit des Winkels θ. Bei dem Betrachten der Kurven x, stellen wir fest, daß das System mit Gelenkstange nicht demselben Bewegungsgesetz mit seinen Wertsprüngen und höheren Beschleunigungsmaxima folgt wie die Gaussche Kurve, die das Referenzsystem kennzeichnet. Diese Werte müssen auf jeden Fall mit den hohen Werten verglichen werden, die um den OT mit dem Pleuelstangen/Kurbelwellensystem erzielt worden sind.
Die höchsten Geschwindigkeits- und Beschleunigungswerte des Gelenkstangensystems, 11 und 12, entsprechen der Aufwärtshubphase des Kolbens, die der Komprimierung und der Ausstossphase eines Vierzylinders entspricht. Absolut betrachtet, gibt es keine physikalische Geschwindigkeitsbegrenzung für die Komprimierung als die der Mittel, die der Realisierung dienen und der Spitze, die sich aus einem ∞ Wert ergibt. Die Komprimierung, die mit einem Gelenkstangensystem über einen reduzierten Kurbelwellenwinkel ≤ 140° erzielt wird, versetzt den Kolben zwar in eine hohe Momentgeschwindigkeit, aber mit relativ geringen Beschleunigungswerten. Der Kolbenaufwärtshub, der am Ende des Verlaufs das frische Gasgemisch mit höchsten Drücken komprimiert, ist wesentlich sanfter als jener eines Pleuelstangen/Kurbelwellensystems mit einer weniger widerstandsfähigen Spitze. Während des Ausstoßtakts zieht der hörbare Abgasschwall die sich in der Kammer befindenden Gasewie bei einem Zweitakter mit. Es ist bekannt, daß nur wenige Verluste aufgrund des Gaswiderstands entstehen, die bei dem Absaugen aus der Kammer bleiben. Dieser Takt wird übrigens bei geringeren Drehzahlen durchgeführt, wodurch das Ausstoßen bei maximalen Drehzahlen verlängert wird im Vergleich zu jenen des Referenz-Pleuelstangen/Kurbelwellensystems. Der Ansaugtakt wird ebenso von einer Verdoppelung der Verlängerung aufgrund der niedrigeren Drehzahlen begünstigt sowie durch die Ausweitung auf mehr als 200° der Kurbelwellenumdrehung.
Die 13 ist eine Vektor-Darstellung der Winkelverschiebungen des Punktes B'' über die gesamten vier Takte eines Gelenkstangensystems während der Phasenverteilung über 720° Umdrehung. Die vorzeitige Öffnung der Einlaßventile legt den Punkt der vorzeitigen Öffnung des Einlaßventils fest. Der Kolbenhub erfolgt bei 200° Kurbelwellenumdrehung und setzt sich bis zur verzögerten Schließung des Einlaßventils nach dem UT fort. Die Komprimierung des UT erfolgt bei 140° Kurbelwellenumdrehung. Betrachtet man einen Beau de Rochas- oder Diesel-Zyklus, so wird er von einer wirklichen isochoren Phase über 20° (schraffierter Winkel) gefolgt, der wiederum von einer effektiven Umwandlungsphase von 180° gefolgt wird und der bei der vorzeitigen Öffnung des Auslaßventils nach dem UT beendet ist. Dieser vierte Takt geht über den OT aufgrund einer verspäteten Schließung des Auslassventils hinaus.
Die 14 ist ein wahres Druck/Volumen-Diagramm, über zwei Takte eines schnell laufenden Viertakt-Dieselmotors mit Gelenkstangensystem. Im Innern der Kurve 1-2-3-4-5 ist die Kurve des Pleuelstangen/Kurbelwellensytems überlagert. Auf den ersten Blick scheint das Gelenkstangensystem durch ein theoretisches Diagramm dargestellt zu sein. Die Selbstzündung entspricht hier einem Kolbenhalt bei einem Drehwinkel der Kurbelwelle, also einem fünften Takt, der spürbar ist und hier durch eine Senkrechte während einer Druckschwankung für das gleiche Volumen. Schraffiert dargestellt sind zwei Gewinnbereiche, die den Wirkungsgrad stark beeinflussen. Der erste (e) bei dem Kolben-Aufwärtshub von 1 nach 2 wird durch die Reduzierung des Gegendrucks dank des reduzierten Verbrennungsvorsprungs im Vergleich zum Pleuelstangen/Kurbelwellensystem. Dieses zuletzt genannte erfolgt im wesentlichen während der isochoren Phase 2 bis 3 und nach 3 bis 4 bei konstantem Druck. Sie kann ohne Vorsprung in den maximal zulässigen Grenzen einer Progression dp/dθ von 5 Bar pro Grad Kurbelwellenumdrehung (α : Neigungswinkel = Druck/V.), um das Klopfen zu vermeiden.
So kann während der 20° Kurbelwellenmdrehung der isochoren Phase, der Druck 100 Bar erreichen, wohingegen im Durchschnitt der maximale Druck normalerweise zwischen 5 und 10° nach dem OT erreicht wird (schnell laufender Dieselmotor – Direkteinspritzung – n = 2300 U/min), das Gelenkstangensystem erlaubt es, ihn auf demselben Punkt (3) zu halten, wodurch der zweite Gewinnbereich (d) darstellt wird. Ein Verbrennungsvorsprung < 20°, der bei schnell laufenden Dieselmotoren dieses Typs üblich ist, erzeugt vor dem OT eine Energiefreisetzung von 35% der während eines Zyklus verbrannten Last; die zum Teil als Verlust, trotz dieses reduzierten Vorsprungs und mit dem Ziel, den Umweltschutznormen zu entsprechen, ihrerseits eine starke Verbrennungsverzögerung aufgrund der Verteilung über die Neigung (4–5) hinweg (bis zu 90° nach dem OT) bewirken kann. Diese Verzögerung kann Rußbildung in dem kleinen Winkelbereich dieses Systems verursachen. Es ist zu beobachten, daß ein Großteil des Treibstoffs in der isochoren Phase verbrannt worden ist, also mit einem günstigeren Wirkungsgrad, obwohl die Kurve (dP/dα) deutlich niedriger ist, also mit einer größeren Winkelabweichung zwischen dem Verbrennungsbeginn und der maximalen Druckposition (siehe Diagramm der 10). Der höhere Maximaldruck stellt für die Strukturen mit günstigeren dP/dα Werten geringere Schwierigkeiten dar, und noch weniger für jene mit schwachem Kolbenhub während dieser Verbrennungsphase, mit einer kurzen Zündzeit und einer Druckspitzenreduzierung. Die Entropievariation ist angestiegen sowie auch der mittlere Arbeitsdruck, was erneut in der folgenden Abbildung, Fremdzündung kontrollierbar ist. Das Verhältnis Maximaldruck/mittlerer Arbeitsdruck ist durch die Verbrennungsentwicklung im OT positiv reduziert worden. Das Einspritzende 4 der isobaren Phase ist bei den beiden Systemen stark verschoben, die sich am Verbrennungsende aufgrund der Verbrennungsverzögerung in der Entspannungsphase 4–5 befindet. Die Markierungen 3 und 3' begrenzen das Arbeitspotential der isochoren und isobaren Phase durch die gestrichelte Linie (f).
Die 15 ist ein abgeleitetes P/V (Druck/Kurbelwellenumdrehung) -Diagramm eines Viertaktmotors mit Fremdzündung während 2 Phasen (Komprimierung – Entspannung). Der Kurve des Gelenkstangensystems ist jene des Pleuelstangen/Kurbelwellensystems, gestrichelt dargestellt, überlagert. Es wurden die gleichen Darstellungsweisen wie in 14 für den Vergleich verwendet. Die Kurve (g) entspricht der von dem komprimierten, eingelassenen Gasgemisch im Aufwärtshub (–) und bei dem Abwärtshub (+) des Kolbens geleistete Arbeit. Die Bezeichnung A.C. zeigt die Punkte der vorgezogenen Verbrennung der beiden Systeme an. Der gestrichelte Teil (e) zeigt den bei Gegendruck durch den Vorzug der Zündung und durch die isochore Phase erzielten Gewinn an. (d) gibt die Verschiebung des Maximaldruckes im OT an, wodurch der zweite Gewinnbereich entstand. Die Kurve (h) resultiert aus der Gemischverbrennung. Die Kurve des Pleuelstangen/Kurbelwellensystems ist deutlich flacher, da der Maximaldruck für die Optimierung dieses Systems nach dem OT festgelegt werden muss. Für beide Systeme ist das Verbrennungsende mit den Punkten (F.C.) dargestellt.
Die 16 zeigt ein vereinfachtes Modell des Gelenkstangensystems mit seinen verschiedenen Mechanismen. Die eingesetzte, sehr kurze Pleuelstange ist fest mit dem Kolben (2) verbunden und weist kein Gelenk auf. Er kann sich in einem Zylinder entsprechender Form (Wulst mit Spiralgewinde) dank der Kinematik bewegen, die eine beidseitige Kippbewegung in dieselbe Richtung bewirkt und die gleichzeitig zur Translationsbewegung erfolgt. Diese Besonderheit ermöglicht ferner, mit einer geradlinigen Kolbentranslation (mit Gelenk), eine seitlich verschobene Lagerposition zu haben und die Stösse, die durch Lageränderungen im OT entstehen, zu vermeiden. In der Version ohne Gelenk wie in diesem Fall, ist der Kolben in den folgenden Positionen nicht gelagert, es ist ferner notwendig, ihn aufgrund der Gesamtgeometrie und aufgrund der Systemdynamik seitlich zu verlagern. Die geringe Kolbenhöhe kann außerdem mit Hilfe eines L-förmigen Feuerschutzstreifens des Typs „HEADLAND" und dem fehlenden Zahnkranz noch weiter verringert werden. Jedoch bewirkt die geringe Kippbewegung des Kolbens im OT zusammen mit der zu geringen Progression, ein laterales Spiel zwischen dem OT und dem UT auf der Höhe des Ölabstreifrings. Dieses Spiel ist auf 0,3 mm begrenzt und entspricht der gewöhnlichen radialen Kippbewegung dieses Bauteils bei einem 80 mm langen Hub. Die Kolbenführung erfolgt in diesem Zylinder durch die Oberfläche zwischen dem Feuerschutzstreifen und dem Dichtungsring.
Die 17 zeigt zusammen mit den 18–19 und 20 die Schubstange R', die auf den Kurbelwellenzapfen (3) montiert ist. Sie schließt die mechanischen Achsen (6 und 7) der Pleuelstangen L und R ein. Die Schrägperspektive erlaubt es, zwei der vier paarweise angeordneten, symmetrischen Bauteile zu erkennen, die die Schubstange bilden. Diese Bauteile (13) sind auf ebener Fläche (21) zusammengebaut. Die Erhöhungen (18) der Bauteile (12) (19 und 20) sind genau durch den Einbau in die Montageeinschnitte (17) aufeinander abgestimmt.
Die 18 ist ein Schnitt von zwei symmetrischen Bauteilen (13) entlang der Ebene DD, die in 17 dargestellt ist. Die geometrischen Achsen B und B' zeigen ihre Lage in der Ebene. Sie bestimmen die Position der mechanischen Achsen (6 und 7). Mit der Schraube (16) lassen sich die beiden Halbachsen (6 und 7) auf der Pleuelstange befestigen, die keinen Demontagedeckel hat und auf der gabelförmigen Pleuelstange R, die selbst nicht zu demontieren ist. Die Bohrungen (20) ermöglichen den Zusammenbau mit den zwei anderen Bauteilen (12), um die ganze Schubstange R' zu bilden.
Die 19 zeigt in Schrägperspektive das Bauteil (12), das mit einem anderen um 180° gedrehten Bauteil (12) zusammengebaut wird. Sie umschließen die Bauteile (13) mit den Aushöhlungen (19), den Erhöhungen (18) und den Montageeinschnitten (17) sowie die Lagerschalen der Pleuelstange auf dem Zapfen. Die Bohrungen (24) sind in einer Linie mit den Bohrungen (20) der Bauteile (13) für eine Schraubenmontage angeordnet. Die Bauteile (12) lassen sich mit einer Schraube miteinander auf der Höhe der Bohrung (23) zusammenbauen. Eine Vertiefung (22) ist vorgesehen, um dem Gelenk der Pleuelstangen L und R einen ausreichend großen Winkel zu bieten.
Die 20 ist eine Ansicht des Bauteils (12) entlang der Richtung BB aus der Sicht des Beobachters gesehen.
Die 21 zeigt zwei überlagerte Schnitte, die senkrecht zur Achse der Kurbelwellen des Pleuelstangen/Kurbelwellen-Systems mit Gelenkstange liegen. Diese Schnitte werden in Bezug auf ihre Außenabmaße miteinander verglichen. Der gemeinsame Zylinderkopf (25) ist auf dem Motorgehäuse (4) mit dem Zylinder (1) dargestellt. Gestrichelt sind alle mechanischen Achsen der Gelenkstangenkinematik dargestellt. A₃ und B₃ stellen die geometrischen Achsen des Pleuelstangen/Kurbelwellensystems dar. Das falsche Gehäuse (26) ist gestrichelt dargestellt, an den das untere Gehäuse (29) angefügt ist und in der Ebene (31) zusammengebaut ist, die den Kurbelwellenzapfen (27) beinhaltet. Der Zylinderblock (32) des Pleuelstangen/Kurbelwellensystems ist gestrichelt und im Vollstich des Gelenkstangensystems dargestellt, haben nahezu dieselben Abmaße bei gleichem Kolbenhub und gleicher Bohrung. Auf der Montageebene (15) sind die Zapfen (27) des Gelenkstangen-Kurbelwellensystems sowie die Zapfen (28) der Exentereinstellung der Komprimierung angeordnet. Das falsche Gehäuse (26) – als Vollstrich- hält die Achsen und verstärkt die Steifigkeit des Motorblocks in den beweglichen Lagerpunkten. Das Gehäuse (29), Vollstrich, sollte mit Schaufeln ausgestattet sein, die an die Pleuelstange R angebaut sind, um „feucht" zu bleiben oder umgekehrt, in einem "trockenen" Gehäuse angeordnet sein.
Die 22 zeigt schematisch den Querschnitt eines Motorblocks mit der Kinematik der Bauteile in zwei Positionen des Punktes 0. Diese unterschiedlichen Positionen des Punktes 0 werden dank des Gleitträgers (32) realisiert. Der Punkt 0, der einem Drehpunkt einer seitlich verutschten Kurve entspricht, zeigt eine starke Positionsänderung und verschiebt das Gelenkstangensystem einerseits in Bezug auf die Kurbelwelle und ihrer Antriebspleuelstange und andererseits in Bezug auf das Zylindergehäuse. Der Gleitträger ist in einen gebogenen Gleitschuh (39) eingehakt, der sich auf dem unteren Teil des Motorblocks (4) befestigen lässt. Er besteht aus einer gebogenen Zahnstange (33), auf der die Zahnung (34) der Antriebswelle sich in Verbindung mit dem Zahnrad (35) dreht, das selbst von einer Schraube (36) angetrieben wird, die durch die Achse (37) dank des Elektromotors (38) in Drehbewegung gesetzt wird. Wir finden die Kinematik des Gelenkstangensystems der 1 und 2 in seiner ersten Position wieder und in seiner zweiten Position stark gekippt im Vergleich zur Zylinderachse. Wir stellen eine bedeutende Kolbenhubverkürzung von ɭ nach ɭ' aufgrund der Verhältnisänderung des tangentialen Pleuelstangenschubs des Gelenkstangensystems fest. Der Verlauf des Kolben-Pleuelstangenkopfes um den Punkt 0 variiert selbst in Abhängigkeit des tangentialen Schubverhältnisses des Antriebssystems Pleuelstange/Kurbelwelle (Winkel θ' und θ''). Die Position des virtuellen Zentrums (0z) der gekrümmten Gleitschiene bestimmt die Variation (ν) des Kammervolumens im OT, die parallel zu der Variation des Hubs von ɭ nach ɭ' läuft. Diese Verwandtschaftsbeziehung macht es möglich, ein konstantes Verhältnis bei einer Zylindervariation oder umgekehrt, eine höhere Zylinderzahl mit einem geringeren Kompressionsverhältniss zu erhalten, genau das Gegenteil, was bei einem Unterdruck beim langsamen Ansaugen mit Fremdzündung erreicht wird. Diese neue Möglichkeit geht in die richtige Richtung mit dem Einsatz einer vollständig nutzbaren Überfütterung, die bei großer Leistung mit einem geringen Verdichtungsverhältnis und umgekehrt, einen „atmosphärischen" Betrieb mit Teillast und hohem Verhältnis, also in beiden Fällen mit einem optimalen Wirkungsgrad funktioniert, wobei die üblichen Verluste beim Pumpen in dem Zwischenbetrieb reduziert werden. In dieser Abbildung ist ein Verhältnis von 8,3 für einen maximalen Motorhubraum und ein Verhältnis von 10,3 für einen minimalen Motorhubraum, der auf ein Drittel reduziert wurde, zu verzeichnen. Diese Verhältnisschwankung stellt keine Grenze des Systems dar. Eine schnelle Aufwärtsbewegung des Kolbens, jedoch, erzeugt deutliche Senkungen, die für die gekreuzte Öffnung der Ventile notwendig ist. Das Erhalten eines hohen Verhältnisses bei reduzierter Last und konstanten Öffnungshöhen der Ventile bildet einen Grenzwert für eine bedeutende Volumenänderung der angesaugten Luft. Es ist absolut notwendig, daß die Öffnungshöhen variabel sein müssen. Als Alternative wurde anfänglich eine Lösung gesucht, um dieser Schwierigkeit zu entsprechen. Sie besteht aus einem System einem einzigen Ventil mit konstantem Hub und einer Verteilung in das Einlass – und Ausstossrohr über die Ventilkammer, wodurch es möglich ist, mit einer einzigen Senkung in dem Kolben, die die Funktion einer Schüssel hat, die Einspritzung sowie die Verbrennung zu zentrieren und das Kammervolumen zu reduzieren.
Für die Gleichgewichtserstellung nehmen wir die Welle ⨍–ω, die an die Welle g-2ω angekuppelt ist; die Einheit wird in Bezug auf g2ω und fω mit Hilfe eines variablen Zündzeitpunktsystems angetrieben, wie z. B. eine Gewindewelle mit einem Gleiteinsatz, um den Gegenschub von F'α Fa bis F'α1 Fα1 (Winkel Σ < 25°) je nach den beidseitigen Schubrichtungen der Massen der Kinematik.
23 zeigt uns die Darstellung des Stellglieds, das die Drehbewegung der Achse (37) in eine Bewegung des Bauteils (32) um die virtuellen Achse Oz herum umwandelt. Die erste kinematische Verbindung wird durch einen Schneckenradsatz (36) und einem Zahnrad (37) gebildet. Sie ist fest mit der mechanischen Achse (47) verbunden und überträgt seine Bewegung auf das Zahnrad (34), das auf der Zahnung (33) der gebogenen Zahnstange des Gleitträgers (32) der geometrischen Achse 0 rollt. Diese Achse wird durch die Erhöhung (40), in Ausrichtung mit 0, einer Bohrung dargestellt, um die mechanische Achse des Pleuelstangenfusses der Gelenkstange einführen zu können.
Die 24 zeigt einen Längsschnitt eines vielzylindrigen Motorblocks mit Gelenkstange. Im Innern der „Mandolinen" (41), finden wir im Schnitt die gebogene Sohle (39), auf der das Bauteil (32) des Fussträgers der gabelförmigen Pleuelstange R gleitet. Dieses Bauteil, auf den Erhöhungen (46) des Motorblocks und der Sohle (39) gelagert, gleitet auf den Oberflächen (43 und 44). Sie ist aus einem Stück gefertigt und beinhaltet die Zahnstange (33) und die seitlichen Führungserhöhungen (45) sowie die Erhöhung (40) für die Aufnahme der mechanischen Achse (42), die eingestellt und warm eingepresst wird. Der Kopf der Pleuelstange R, die ebenso gabelförmig ist, nimmt den Kopf der Pleuelstange L lose auf. Die beiden Elemente (13) der Schubstange R' penetrieren die beiden Pleuelstangen seitlich mit den Halbachsen. Die Pleuelstange L ist an dem Kolben durch eine gleitende Drehverbindung der Achse in dem Zylinder (1) verbunden. Das in den 22, 23 und 24 dargestellte Stellglied wird von dem Motor (38) angetrieben, der selbst durch die Wirkung des Stellglieds mit Hilfe einer elektronischen Verarbeitungseinheit, die alle für die Anpassung des Hubraums notwendigen Parameter in Betracht zieht wie das Verhältnis, das Überfütterungsverhältnis, den Vorzug, dem eingespritzten Treibstoffvolumen und der Kühlschwankungen etc. Der Antriebsmotor (38) braucht wenig Energie dank der Schubausrichtung der Pleuelstange R, die sich nahezu auf der virtuellen Achse 0z der gebogenen Gleitsohle (39) bei maximalem Verbrennungsdruck liegt. Die tangentialen Schubschwankungen im Winkel θ' werden von einer Minderung der Schubkraft aufgrund der Verbrennungsgasdrucks begleitet. Bei der ersten Untersetzung der Kinematik (Zahneingriffe 33 und 34) im UT, beträgt das Verhältnis noch 55, wobei es im OT bei 214 war. Der zweite Zahneingriff und das Zahnrad erlauben eine zweite Untersetzung, die bei über 10 liegen kann. Da der Verlauf des Punkts 0 also auf 1/8 der Umdrehung um Oz reduziert ist, ist es möglich, eine Untersetzung der Motorwelle von über 2 × 10³ zu erzielen, wodurch mit einem Antriebsmotor (38) von 4000 U/min, es möglich ist, bei langsamen Motorlauf mit einem minimalen Hubraum auf einen maximalen Hubraum in weniger als 3 Sekunden zu kommen. Eine besser geeignete Untersetzung von 200, benötigt ein Antriebsmoment von mehr als 1/200 des maximalen Drehmoments erlaubt bei derselben Antriebsdrehzahl eine maximale Hubraumvariation innerhalb von einigen 1/10 Sekunden zu erreichen.
Die Anwendungen dieser Erfindung betreffen hochtourig laufende Motoren mit Fremdzündung oder Diesel-, Vier- oder Zweitaktmotoren und ferner auch, die langsam drehenden Motoren mit großem Hubraum. Mit umgekehrter Drehrichtung, kann sie für Kompressoren eingesetzt werden.

Claims

Umwandlungsmechanismus einer hin- und hergehenden Translations – Förderbewegung in eine fort gehende Drehbewegung, bestehend aus einer kinematischen Kette, die für alle Variationen der Bauteil-Bemessung und der Verbindungspositionierung eingesetzt wird, für die Verwendung bei Pumpen und Industriemaschinen, wozu die Pressen gehören und bei Prototypen/Motoren, diese kinematische Kette besteht aus 3 Pleuelstangen mit Scharnierköpfen auf einer gemeinsamen Achse, wobei die erste (R') sich in diesen Kurbeltrieb mit Scharnierkopf integriert, die zweite (L) an seinem Fuß (A) mit dem Bewegungseingang und Bewegungsausgang verbunden ist, eventuell mit einem Kolben in Translationsbewegung und die dritte (R) sich um eine Achse (O) dreht und auf dem Gehäuse gelagert ist, in einer Anordnung mit einer so genannten Gelenkverbindung, ist gekennzeichnet dadurch, dass die erste Pleuelstange (R') sehr kurz ist, aus vier identischen paarweise angeordneten Bauteilen (12–13) besteht, die die Lagerschalen der Kurbelzapfen umgeben und seitlich, an beiden Seiten ihres Kopfes die beiden anderen Pleuelstangen (L und R) in den Halbachsen penetrieren, diese erste Pleuelstange (R') ist aufgrund der Tatsache bemerkenswert, dass sie drei Drehachsen (B–B'–B'') aufweist, eine (B'') für den Kurbelzapfen, und zwei weitere verschiedenartige Achsen, von denen eine (B) für die Pleuelstange (L) und die andere (B') für die dritte Pleuelstange (R) und dadurch, dass die Kippbewegung um den OT, während die zweite und dritte Pleuelstange (L und R) deutlich nicht aufeinander ausgerichtet sind, sich mit der zunehmend negativen Verschiebung der Achse der dritten Pleuelstange (B') und einer zunehmend positiven Verschiebung der zweiten Pleuelstange (B) deckt, mit dem gleichen Wert, der für die Immobilisierung des Fusses der zweiten Pleuelstange (A) auf 20 DEG der Kurbel und für seine relativ schnelle Fortsetzung nach dieser Unterbrechung auf vorteilhafte Art und Weise, die erste Pleuelstange (R') wird unter der Schubkraft des Fusses der zweiten Pleuelstange (A) auf der Gelenkstange mitgezogen, in einem reduzierten Winkel zwischen den beiden Pleuelstangen (L und R), die Gelenkverbindung ist in der Endstellung nicht vollständig ausgezogen, das insbesondere die Verschiebung des Kolbenbolzens (O) auf dem Gehäuse um den virtuellen Punkt (Oz) herum ermöglicht, der sich quasi auf der Position der Achse der dritten Pleuelstange (B') in Endstellung (OT) während des Ablaufs dieses Mechanismus befindet, mit dem Ziel, die Amplitude des Fussgangs der zweiten Pleuelstange (A) variabel zu gestalten, ohne die Grenzposition der Pleuelstangenausrichtung des Kniegelenks zu überschreiten.
Mechanismus nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Kolbenbolzen (O) der Gelenkverbindung auf dem Gehäuse mit Hilfe eines Gleitschuhs (32) mit Zahnreihe (33) auf ein gebogenes Schubgelenk (39) gebaut ist, das durch Drehung um eine virtuelle Achse (Oz) ihn vorwärts bewegt, in Eingriff stehend mit einer Kerbzahnwelle (47), die durch ein selbst sperrendes Schneckengetriebe angetrieben wird; die Position der Drehachse des Gleitschuhs (Oz) stellt zugleich das Verdichtungsverhältnis und die Längenänderung des Kolbenhubs sicher.
Mechanismus nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Kolben mit der Pleuelstange formschlüssig ist und dadurch, dass ein wulstförmiger Zylinder mit spiralgewickelter Krümmung damit verbunden ist.
Mechanismus nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass bei der Verwendung von Ausgleichswellen mit variabler Einstellung in einer besonderen Anordnung mit einer Gegenwelle, die mit der Kurbelwelle (⨍–ω bis ⨍ω) fest verbunden ist, um einen Ausglaich der Primärkräfte zu erzielen und um diese durch einen Schub in die Gegenrichtung wieder aufzuheben.