DE60316372T2

DE60316372T2 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60316372T2
Application number: DE60316372T
Authority: DE
Inventors: Sei Wako-shi Watanabe
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-03-20
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2023-03-19
Also published as: EP1347159A2; EP1347159B1; KR100474424B1; CN1445445A; TW583382B; DE60316372D1; CN1268838C; AU2003201327B2; KR20030076415A; MXPA03002422A; US6820586B2; CN2700581Y; AU2003201327A1; TW200305681A; CA2422663A1; EP1347159A3; ES2294210T3; BR0300724A; CA2422663C; BR0300724B1

Description

Hintergrund der Erfindung
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Motor mit einem Pleuel, das mit einem Ende eines Kolbens durch einen Kolbenbolzen verbunden ist, einen ersten Arm, der an einem Ende schwenkbar mit dem anderen Ende des Pleuels verbunden ist der an dem anderen Ende durch einen Kurbelzapfen mit einer Kurbelwelle verbunden ist, einen zweiten Arm, der an dem einen Ende integral mit dem anderen Ende des ersten Arms verbunden ist, eine Steuerstange, welche an dem einen Ende schwenkbar mit dem anderen Ende des zweiten Arms verbunden ist, und eine bewegliche Exzenterwelle, die zwischen exzentrischen Positionen von Drehwellen, zu denen eine untersetzte Kraft mit einem Untersetzungsverhältnis von ½ von der Kurbelwelle übertragen wird, angebracht ist, wobei die Exzenterwelle mit dem anderen Ende der Steuerstange verbunden ist, wobei der Hub des Kolbens in einem Arbeitstakt größer ist als in einem Verdichtungstakt.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK:
Solche Motoren sind herkömmlich bekannt, beispielsweise aus dem US-Patent Nr. 4 517 931 und der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 9-328853 . Bei jedem dieser Motoren ist der Hub des Kolbens in einem Arbeitstakt größer als derjenige in einem Verdichtungstakt, wobei eine größere Hubarbeit bei dem selben Betrag des angesaugten Luft-Kraftstoff-Gemisches verrichtet wird, so dass die thermische Effizienz des Zyklus verbessert ist.
Bei dem herkömmlichen bekannten Motor ist es üblich, dass die Position eines oberen Totpunkts sowohl im Ansaug- als auch im Ausstoßtakt und die Position des oberen Totpunkts des des Verdichtungstakts voneinander verschieden sind. Wenn jedoch die Position des oberen Totpunkts sowohl im Ansaug- als auch im Ausstoßtakt ein höheres Niveau aufweist als die Position des oberen Totpunkts im Verdichtungstakt, existiert eine Möglichkeit, dass die Störung sowohl von Einlass- als auch Auslassventilen und einer Oberseite des Kolbens miteinander auftritt. Wenn die Position des oberen Totpunkts sowohl des Ansaug- als auch des Ausstoßtakts ein niedrigeres Niveau aufweist als der obere Totpunkt im Verdichtungstakt, um die Störung zu vermeiden, ist der obere Totpunkt im Verdichtungstakt noch mehr verringert und folglich ist eine Erhöhung eines Verdichtungsverhältnisses im Motor nicht erwünscht und es ist schwierig, den Motor mit einer höheren thermischen Effizienz zu betreiben. Wenn andererseits der obere Totpunkt im Verdichtungstakt sich auf einem höheren Niveau befindet als der obere Totpunkt sowohl des Ansaug- als auch des Ausstoßtakts, existiert eine Möglichkeit, dass der durch den Kolben bereitgestellte Ladungswechsel aufgrund des niedrigeren Niveaus des Kolbens im oberen Totpunkt sowohl im Ansaug- als auch im Ausstoßtakt unzureichend ist, und daher eine große Menge von verbranntem Gas innerhalb des Zylinders verbleibt, was zu einer Verringerung in der Leistung in einem Volllastzustand und die Instabilität der Verbrennung in einem Zustand mit niedrigerer Last führt.
ABRISS DER ERFINDUNG
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Motor bereitzustellen, welchem der Hub des Kolbens im Arbeitstakt größer ist als derjenige im Verdichtungstakt, und bei dem weiterhin der obere Totpunkt sowohl im Ansaug- als auch im Ausstoßtakt und der obere Totpunkt im Verdichtungstakt sich auf demselben Niveau befinden, wodurch die die oben beschriebenen Probleme gelöst werden.
Zur Lösung der obigen Aufgabe ist gemäß einem ersten Merkmal der vorliegenden Erfindung ein Motor vorgesehen, umfassend ein Pleuel, das mit einem Ende eines Kolbens durch einen Kolbenbolzen verbunden ist, einen ersten Arm, der an einem Ende schwenkbar mit dem anderen Ende des Pleuels verbunden ist der an dem anderen Ende durch einen Kurbelzapfen mit einer Kurbelwelle verbunden ist, einen zweiten Arm, der an dem einen Ende integral mit dem anderen Ende des ersten Arms verbunden ist, eine Steuerstange, welche an dem einen Ende schwenkbar mit dem anderen Ende des zweiten Arms verbunden ist, und eine bewegliche Exzenterwelle, die zwischen exzentrischen Positionen von Drehwellen, zu denen eine untersetzte Kraft mit einem Untersetzungsverhältnis von ½ von der Kurbelwelle übertragen wird, angebracht ist, wobei die Exzenterwelle mit dem anderen Ende der Steuerstange verbunden ist, wobei der Hub des Kolbens in einem Arbeitstakt größer ist als in einem Verdichtungstakt, wobei vorausgesetzt, dass verschiedene Abmessungen in einer y-x-Ebene, die gebildet ist durch eine orthogonal zu einer Achse der Kurbelwelle entlang einer Zylinderachse verlaufenden x-Achse und einer orthogonal zu der Achse der Kurbelwelle in einer Richtung orthogonal zu der x-Achse verlaufenden y-Achse, bezeichnet sind wie im Folgenden beschrieben: eine Länge des Pleuels ist durch L4 bezeichnet; eine Länge des ersten Arms ist durch L2 bezeichnet; eine Länge des zweiten Arms ist er durch L1 bezeichnet; eine Länge der Steuerstange ist durch L3 bezeichnet; eine Länge von der Achse der Kurbelwelle zu Achsen der Drehwellen in einer Richtung der y-Achse ist durch L5 bezeichnet; eine Länge von der Achse der Kurbelwelle zu den Achsen der Drehwellen in einer Richtung der x-Achse ist durch L6 bezeichnet; ein durch das Pleuel bezüglich der Zylinderachse gebildeter Winkel ist durch Φ4 bezeichnet; ein durch den ersten und den zweiten Arm gebildeter Winkel ist durch α bezeichnet; ein durch den zweiten Arm mit der y-Achse in der x-y-Ebene gebildeter Winkel ist durch Φ1 bezeichnet; ein durch die Steuerstange mit der y-Achse gebildeter Winkel ist durch Φ3 bezeichnet; ein durch eine gerade Linie, welche die Achse der Kurbelwelle und den Kurbelzapfen verbindet, mit der x-Achse gebildeter Winkel ist durch θ bezeichnet; ein durch eine gerade Linie, welche die Achsen der Drehwellen und die Achse der beweglichen exzentrischen Welle verbindet, mit der x-Achse gebildeter Winkel ist durch θp bezeichnet; ein Wert des Winkels θp ist durch γ bezeichnet, wenn der Winkel θ „0" beträgt; eine Länge zwischen der Achse der Kurbelwelle und dem Kurbelzapfen ist durch R bezeichnet; eine Länge der geraden Linie, welche die Achsen der Drehwellen und die Achse der beweglichen exzentrischen Welle verbindet, ist durch Rp bezeichnet; eine Drehwinkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle ist durch ω bezeichnet; und ein Verhältnis der Drehzahl der beweglichen exzentrischen Welle zu der Drehzahl der Kurbelwelle ist durch η be zeichnet; und die Drehrichtung derselben ist durch η = +0,5 oder η = –0,5 bezeichnet; wobei die folgende Gleichung erfüllt ist: –L4·sinϕ4·dϕ4/dt + L2·cos(α + ϕ2)·dϕ1/dt – R·ω·sinθ = 0wobei ϕ4 = arcsin(L2·cos(α + ϕ1) + R·sinθ – δ)/L4 dϕ4/dt = ω·[–L2·sin(α + ϕ1)·(R·cos(θ – ϕ3) – η·Rp·cos(θp – ϕ3)) /{L1·sin(ϕ1 + ϕ3)} + R·cosθ))/(L4·cosϕ4) ϕ1 = arcsin[(L32 – L12 – C2 – D2)/(2·L1·√(C2 + D2))] – arctan(C/D) ϕ3 = arcsin((R·cosθ – L6 – Rp·cosθp + L1·sinϕ1)/L3) C = L5 + Rp·sinθp – R·sinθ D = L6 + Rp·cosθp – R·cosθ θp = η·θ + γ dϕ1/dt = ω·{R·cos(θ – ϕ3) – η·Rp·cos(θp – ϕ3)}/{L1·sin(ϕ1 + ϕ3)}und wobei Kurbelwinkel θ an einem oberen Totpunkt sowohl des Ansaugtakts als auch des Ausstoßtakts und an dem oberen Totpunkt im Verdichtungstakt aus der Gleichung bestimmt sind, und wobei die Länge L1 des zweiten Arms; die Länge L2 des ersten Arms; die Länge L3 der Steuerstange; die Länge L4 des Pleuels; die Länge L5 von der Achse der Kurbelwelle zu den Achsen der Drehwellen in der Richtung der y-Achse; die Länge L6 von der Achse der Kurbelwelle zu den Achsen der Drehwellen in der Richtung der x-Achse; der Betrag δ des Versatzes der Zylinderachse von der Achse der Kurbelwelle in der Richtung der y-Achse; der durch den ersten und den zweiten Arm gebildete Winkel α; die Länge R zwischen der Achse der Kurbelwelle und dem Kurbelzapfen; die Länge Rp der geraden Linie, die die Achsen der Drehwellen und die Achse der beweglichen exzentrischen Welle verbindet, und der Winkel θp, wenn der Winkel θ „0" ist, derart bestimmt sind, dass der obere Totpunkt sowohl des Ansaugtakts als auch des Ausstoßtakts und der obere Totpunkt im Verdichtungstakt einander entsprechen, und zwar gemäß der folgenden Gleichung: X = L4·cosϕ4 + L2·sin(α + ϕ1) + R·cosθwelche ein Niveau X des Kolbenbolzens bei den beiden Kurbelwinkeln θ wiedergibt.
Die Konfiguration des ersten Merkmals wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 5 beschrieben, welche diagrammartig die Anordnungen des Kolbenbolzens, des Pleuels, der Kurbelwelle, des Kurbelzapfens, des ersten Arms, des zweiten Arms, der Steuerstange und der beweglichen exzentrischen Welle zeigt. Wenn die Koordinaten (Xpiv und Ypiv) der beweglichen exzentrischen Welle bestimmt sind, ist eine Bewegungsgeschwindigkeit (dX/dt) des Kolbenbolzens bestimmt durch Differenzieren der Position des Kolbenbolzens in der Richtung der x-Achse, bestimmt durch {X = L4·cos Φ4 + L2·sin(α + Φ1) + R·cosθ}, und eine Gleichung, die die sich ergibt, wenn dX/d = 0, besitzt vier Lösungen in einem Bereich von – 2π < θ < 2π. Die vier Lösungen sind der Bewegung eines Viertaktmotors zugeordnet, wobei Kurbelwinkel, welche einen oberen Totpunkt in einem Verdichtungstakt, einen oberen Totpunkt jeweils in einem Ansaug- und in einem Ausstoßtakt, einen unteren Totpunkt nach einem Arbeitstakt und einen unteren Totpunkt nach dem Ansaugtakt bereitstellen, bestimmt werden, und verwendet werden, um verschiedene Positionen des Kolbenbolzens in den Richtungen der x-Achse und der y-Achse zu bestimmen. Wenn die Position des Kolbenbolzens am oberen Totpunkt in der Richtung der x-Achse im Verdichtungstakt durch Xctdc bezeichnet ist; die Position des Kolbenbolzens in der Richtung der x-Achse am oberen Totpunkt jeweils des Ansaug- und des Ausstoßtaktes durch Xotdc bezeichnet wird; die Positionen des Kolbenbolzens in der Richtung der x-Achse am unteren Totpunkt nach einem Arbeitstakt durch Xebdc bezeichnet wird; und die Position des Kolbenbolzens in der Richtung der x-Achse am unteren Totpunkt nach dem Ansaugtakt durch Xibdc bezeichnet wird; sind ein Hub Scomp im Verdichtungstakt und ein Hub Sexp im Verdichtungstakt jeweils durch (Scomp = Xctdc – Xibdc) und (Sexp = Xotdc – Xebdc) bezeichnet; und die Länge L1 des zweiten Arms, die Länge L2 des ersten Arms, die Länge L3 der Steuerstange, die Länge L5 von der Achse der Kurbelwelle zu den Achsen der Drehwellen in der Richtung der y-Achse; die Länge L6 von der Achse der Kurbelwelle zu den Achsen der Drehwellen in der Richtung der x-Achse; der Betrag delta des Versatzes der Zylinderachse von der Achse der Kurbelwelle in der Richtung der y-Achse; der zwischen dem ersten und dem zweiten Arm gebildete Winkel α; die Länge Rp der geraden Linie, welche die Achsen der Drehwellen und die Achse der beweglichen exzentrischen Welle verbindet und der Winkel θp, wenn der Winkel θ "0" ist, derart bestimmt, dass Scomp < Sexp erfüllt ist und dass Xctdc = Xotdc erfüllt ist. Daher kann der Hub des Kolbens im Arbeitstakt größer gewählt werden als derjenige im Verdichtungstakt, und weiterhin kann der obere Totpunkt sowohl des Ansaug- als auch des Ausstoßtakts und der obere Totpunkt im Verdichtungstakt auf demselben Niveau gewählt werden. Im Ergebnis ist es möglich, das Auftreten der Behinderung sowohl eines Einlassventils als auch eines Auslassventils und einer Oberseite des Kolbens miteinander zu verhindern; eine Verbesserung im Verdichtungsverhältnis des Motors vorzusehen, um den Betrieb mit höherer thermischer Effizienz zu ermöglichen, sowie ausreichenden Gaswechsel durch den Kolben zu erzielen und eine Verringerung der Leistung in einem Vollastzustand und die Instabilität der Verbrennung in einem Zustand niedriger Last zu vermeiden.
Gemäß einem zweiten Merkmal der vorliegenden Erfindung ist zusätzlich zu dem ersten Merkmal eine eine Ortskurve der Bewegung des Kolbenbolzens derart bestimmt, dass sie in einen Bereich zwischen der x-Achse und einer der x-Achse nächsten von Tangentiallinien, welche parallel zu der x-Achse und tangential zu einer im Arbeitstakt durch einen Verbindungspunkt zwischen dem Pleuel und dem ersten Arm beschriebenen Ortskurve sind, fällt. Mit einem solchen Merkmal ist es möglich, die Reibung des Kolbens zu verringern und ein Kolbenklappergeräusch zu unterdrücken. Insbesondere, wenn sich der Kolben im Arbeitstakt befindet, wird eine große Belastung auf den Kolben ausgeübt, aber wenn die Änderung der Haltung des Kolbens aufgrund der großen Belastung in diesem Moment erhöht ist, wird die Reibung erhöht und das Kolbenklappergeräusch wird verstärkt. Jedoch stellt die oben beschriebenen Bestimmung der Ortskurve der Bewegung des Kolbenbolzens sicher, dass das Pleuel im Arbeitstakt immer zu einer Seite geneigt ist, unabhängig davon, dass der Kolben die große Belastung im Arbeitstakt aufnimmt, wodurch die Änderung in der Haltung des Kolbens unterdrückt werden kann, um die Reibung des Kolbens zu unterdrücken und die Erzeugung des Kolbenklappergeräuschs zu unterdrücken.
Gemäß einem dritten Merkmal der vorliegenden Erfindung ist zusätzlich zu dem zweiten Merkmal der Bereich des Kurbelwinkels im Arbeitstakt größer gewählt ist als im Ansaugtakt, und ist der Bereich des Kurbelwinkels im Ausstoßtakt größer gewählt als im Verdichtungstakt. Mit einer solchen Konfiguration ist es möglich, die Verschlechterung von Trägheitsvibration aufgrund eines Anstiegs der Beschleunigung des Kolbens zu vermeiden. Insbesondere während der Absenkbewegung des Kolbens ist der Hub im Arbeitstakt größer als derjenige im Ansaugtakt, und während er der Anhebbewegung des Kolbens ist der Hub des Ansaugtakts größer als derjenige des Verdichtungstakts. Bei der Einstellung, in welcher der obere und der untere Totpunkt einander in einem Kurbelwinkel von 180 Grad abwechseln, ist die Geschwindigkeit des Kolbens sowohl im Arbeits- als auch im Ausstoßtakt, in welchem der Hub größer ist, höher als derjenige sowohl im Ansaug- als auch im Verdichtungstakt, in welchem der Hub kleiner ist, und die Beschleunigung des Kolbens ist aufgrund einer derart großen Differenz zwischen den Geschwindigkeiten erhöht, was die Verschlechterung von Trägheitsvibration mit sich bringt. Jedoch kann durch Einstellen des Bereichs des Kurbelwinkels sowohl im Arbeits- als auch im Ausstoßtakt, in welchen der Hub größer ist um einen Wert, der größer ist als der Bereich des Kurbelwinkels sowohl des Ansaugals auch des Verdichtungstakts, in welchen der Hub kleiner ist, wie oben beschrieben wurde, die Geschwindigkeit des Kolbens in jedem der Takte ferner gleichmäßig sein, um die Variation in der Beschleunigung des Kolbens am unteren Totpunkt nach dem Ansaug- und Arbeitstakt und die Variation der Beschleunigung des Kolbens am oberen Totpunkt nach dem Ansaug- und Arbeitstakt zu unterdrücken, um die Verschlechterung von Trägheitsvibration zu vermeiden.
Gemäß einem vierten Merkmal der vorliegenden Erfindung sind zusätzlich zu dem dritten Merkmal die Bereiche der Kurbelwinkel im Arbeitstakt und im Ausstoßtakt jeweils bei Werten gewählt, die 180 Grad überschreiten. Mit einer solchen Konfiguration kann die Geschwindigkeit des Kolbens im Ansaug-, Verdichtungs-, Arbeits- und Ausstoßtakt ferner gleichmäßig sein, um noch effektiver die Variation in der Beschleunigung des Kolbens am unteren Totpunkt nach dem Ansaug- und Arbeitstakt und die Variation in der Beschleunigung des Kolbens am oberen Totpunkt nach dem Ansaug- und Arbeitstakt zu unterdrücken, wodurch noch effektiver die Verschlechterung von Trägheitsvibration vermieden wird. Bei der Einstellung, in welcher der obere und der untere Totpunkt einander abwechseln in einem Kurbelwinkel von 180 Grad ist die Geschwindigkeit des Kolbens sowohl im Arbeits- als auch im Ausstoßtakt, bei welchem der Hub größer ist, höher als diejenige des Ansaug- und Verdichtungstakts, in welchem der Hub kleiner ist, und die Beschleunigung des Kolbens ist aufgrund einer derart großen Differenz zwischen den Geschwindigkeiten erhöht, was die Verschlechterung von Trägheitsvibration mit sich bringt. Jedoch kann durch Einstellen des Bereichs des Kurbelwinkels sowohl des Arbeits- als auch des Ausstoßtakts, in welchen der Hub größer ist, auf einen Wert gräßer als der Bereich des Kurbelwinkels sowohl im Ansaug- als auch im Verdichtungstakt, in welchen der Hub kleiner ist, wie oben beschrieben, die Geschwindigkeit des Kolbens in jedem der Takte ferner gleichmäßig sein, um die Variation in der Beschleunigung des Kolbens am unteren Totpunkt nach dem Ansaug- und Arbeitstakt und die Variation in der Beschleunigung des Kolbens am oberen Totpunkt nach dem Ansaug-und Arbeitstakt zu unterdrücken, um die Verschlechterung von Trägheitsvibration zu vermeiden.
Gemäß einem vierten Merkmal der vorliegenden Erfindung sind zusätzlich zu dem dritten Merkmal die Bereiche der Kurbelwinkel in dem Arbeits- und Ausstoßtakt jeweils bei Werten eingestellt, die 180 Grad überschreiten. Mit einer solchen Konfiguration kann die Geschwindigkeit des Kolbens des Ansaug-, Verdichtungs-, Arbeits- und Ausstoßtakts ferner gleichmäßig sein, um noch effektiver die Variation in der Beschleunigung des Kolbens am unteren Totpunkt nach dem Ansaug- und Arbeitstakt und die Variation in der Beschleunigung des Kolbens am oberen Totpunkt nach dem Ansaug- und Arbeitstakt zu unterdrücken, wodurch noch effektiver die Verschlechterung von Trägheitsvibration vermieden wird.
Gemäß einem fünften Merkmal der vorliegenden Erfindung ist zusätzlich zu einem beliebigen des ersten bis vierten Merkmals die bewegliche exzentri sche Welle an den Drehwellen angebracht, deren Achsen an Stellen angeordnet sind, die in der x-y-Ebene von der Achse der Kurbelwelle jeweils im Abstand der Länge L5 in der Richtung der y-Achse und der Länge L6 in der Richtung der x-Achse angeordnet sind, so dass sie von den Achsen der Drehwellen in einem Abstand angeordnet ist, der einem Radius Rp entspricht, und wobei dann, wenn die Länge R zwischen der Achse der Kurbelwelle und dem Kurbelzapfen als 1.0 gewählt ist, die Länge L1 des zweiten Arms in einem Bereich von 1,7 bis 4,3 gewählt ist; die Länge L2 des ersten Arms in einem Bereich von 0,6 bis 5,2 gewählt ist; die Länge L3 der Steuerstange in einem Bereich von 4,3 bis 6,9 gewählt ist; die Länge L5 zwischen der Achse der Kurbelwelle und den Drehwellen in der Richtung der y-Achse in einem Bereich von 2,3 bis 4,0 gewählt ist; die Länge L6 zwischen der Achse der Kurbelwelle und den Drehwellen in der Richtung der x-Achse in einem Bereich von 0,00 bis 3,35 gewählt ist; und der Radius Rp in einem Bereich von 0,25 bis 1,80 gewählt ist; sowie der durch den ersten und den zweiten Arm gebildete Winkel α in einem Bereich von 105 bis 180 Grad gewählt ist.-Mit einer solchen Konfiguration ist es möglich, die Konfiguration des vierten Merkmals bereitzustellen, wodurch noch effektiver die Verschlechterung von Trägheitsvibration vermieden wird.
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen deutlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 bis 7 zeigen eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1 ist eine teilweise ausgeschnittene Frontansicht eines Motors;
2 ist eine vertikale Querschnittsansicht des Motors, welche einer Querschnittsansicht entlang einer Linie 2-2 in 3 entspricht; 3 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie 3-3 in 2; 4 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie 4-4 in 3; 5 ist eine diagrammartige Darstellung, welche die Anordnung eines Verbindungsmechanismus zeigt; 6 ist ein Diagramm, das Betriebszustände des Verbindungsmechanismus aufeinander folgend zeigt; 7 ist ein Diagramm, das eine Variation der Position eines Kolbenbolzens entsprechend einem Kurbelwinkel zeigt; 8 ist eine Querschnittsansicht von wesentlichen Bereichen eines Motors gemäß einer zweiten Ausführungsform, 9 ist eine Darstellung, welche den Zustand eines Verbindungsmechanismus in einem Arbeitstakt in einer dritten Ausführungsform zeigt; 10 ist eine Darstellung, die den Zustand des Verbindungsmechanismus im Arbeitstakt zeigt, wenn ein Bereich eines Kurbelwinkels sowohl im Ansaug- als auch im Verdichtungstakt größer gewählt ist als derjenige des Arbeits- und Ausstoßtaktes; 11 ist ein Schaubild, das die Position eines Kolbens zeigt, die in einem jeweiligen der Takte durch den in 10 gezeigten Verbindungsmechanismus vorgesehen ist; 12 ist ein Schaubild, das eine Variation in der Beschleunigung des Kolbens, die in einem jeweiligen Takte durch den in 10 gezeigten Verbindungsmechanismus vorgesehen ist, zeigt; 13 ist eine Darstellung, die einen Zustand eines Verbindungsmechanismus im Arbeitstakt in einer vierten Ausführungsform zeigt; 14 ist ein Schaubild, das die Position eines Kolbens zeigt, die in jedem der Takte durch den Verbindungsmechanismus gemäß 13 vorgesehen ist, zeigt; 15 ist ein Schaubild, das eine Variation in der Beschleunigung des Kolbens zeigt, die in einem jeden der Takte durch den in 13 gezeigten Verbindungsmechanismus vorgesehen ist; 16 ist eine Darstellung, die einen Zustand eines Verbindungsmechanismus in einem Arbeitstakt in einer fünften Ausführungsform zeigt; 17 ist ein Schaubild, das die Position eines Kolbens zeigt, die in jedem der Takte durch den in 16 gezeigten Verbindungsmechanismus vorgesehen ist; 18 ist ein Schaubild, das eine Variation in der Beschleunigung des Kolbens zeigt, die in einem jeden der Takte durch den in 16 gezeigten Verbindungsmechanismus vorgesehen ist; 19 ist eine Darstellung, die einen Zustand eines Verbindungsmechanismus in einem Arbeitstakt in einer sechsten Ausführungsform zeigt; 20 ist ein Schaubild, das die Position eines Kolbens zeigt, die in jedem der Takte durch den in 19 gezeigten Verbindungsmechanismus vorgesehen ist; 21 ist ein Schaubild, das eine Variation in der Beschleunigung des Kolbens zeigt, die in einem jedem der Takte durch den in 19 gezeigten Verbindungsmechanismus vorgesehen ist; und 22 ist eine Darstellung die diagrammartig die Anordnung eines Verbindungsmechanismus zur Erläuterung von Abmessungen von verschiedenen Bereichen zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit 1 bis 7 beschrieben. Zunächst Bezug nehmend auf 1 bis 3 ist ein Motor gemäß der ersten Ausführungsform ein luftgekühlter Einzylindermotor, welcher beispielsweise in einer Arbeitsmaschine oder dergleichen verwendet wird, und umfasst einen Motorkörper 21 mit einem Kurbelgehäuse 32, einem Zylinderblock 23, der in einem geringfügig nach oben geneigten Zustand von einer Seite des Kurbelgehäuses 22 vorsteht, und einen Zylinderkopf 24, der mit einem Kopfabschnitt des Zylinderblocks 23 gekoppelt ist. Eine große Zahl von Luftkühlungsrippen 23a und 24a sind an Außenflächen des Zylinderblocks 23 und des Zylinderkopfs 24 vorgesehen. Eine Montagefläche 22a an einer unteren Fläche des Kurbelgehäuses 23 ist an einem Motorbett einer jeweiligen von verschiedenen Arbeitsmaschinen angebracht.
Das Kurbelgehäuse 23 umfasst einen Gehäusekörper 25, welcher integral mit dem Zylinderblock 23 durch einen Gussprozess ausgebildet ist, sowie eine seitliche Abdeckung 26, welche mit einem offenen Ende des Gehäusekörpers 25 gekoppelt ist, und eine Kurbelwelle 27 ist drehbar an ihren entgegengesetzten Enden an dem Gehäusekörper 25 und der der seitlichen Abdeckung 26 mittels Kugellagern 28 und 29 und Öldichtungen 30 und 31, welche dazwischen angeordnet sind, gelagert. Ein Ende der Kurbelwelle 27 steht als ein Ausgangswellenabschnitt 27a von der seitlichen Abdeckung 20 vor, und das andere Ende der Kurbelwelle 37 steht als ein Hilfs-Montagewellenabschnitt 27b von dem Gehäusekörper 25 vor. Weiterhin ist ein Schwungrad 32 an dem Hilfs-Montagewellenabschnitt 37b befestigt; ein Kühlgebläse 35 zum Zuführen von Kühlluft zu verschiedenen Abschnitten des Motorkörpers 21 und ein Vergaser 34 sind an einer Außenfläche des Schwungrads 32 durch ein Schraubenelement 36 befestigt, und ein Rückspulstarter 37 ist außerhalb des Kühlgebläses 36 angeordnet.
Eine Zylinderbohrung 39 ist in dem Zylinderblock 23 definiert und ein Kolben 38 ist verschiebbar in der Zylinderbohrung 39 aufgenommen. Eine Brennkammer 40 ist zwischen dem Zylinderblock 23 und dem Zylinderkopf 34 definiert, so dass eine Oberseite des Kolbens zu der Brennkammer 40 freiliegt.
Eine Einlassöffnung 41 und eine Auslassöffnung 42 sind in dem Zylinderkopf 24 definiert und führen zu der Brennkammer 40, und ein Einlassventil 43 zum Verbinden und Trennen der Einlassöffnung 41 und der Brennkammer 40 miteinander bzw. voneinander, sowie ein Auslassventil 44 zum Verbinden und Trennen in der Auslassöffnung 42 und der Brennkammer 40 miteinander bzw. voneinander, sind öffenbar und schließbar in dem Zylinderkopf 24 angeordnet. Eine Zündkerze 45 ist in Schraubverbindung in den Zylinderkopf 24 eingesetzt, wobei ihre Elektroden der Brennkammer 40 zugewandt sind.
Der Vergaser 34 ist mit einem oberen Abschnitt des Zylinderkopfs 24 verbunden und ein stromabwärtigen ist Ende eines Ansaugkanals 46, welcher in dem Vergaser 34 enthalten ist, steht mit der Einlassöffnung 41 in Verbindung. Ein Ansaugrohr 47, welches zu einem stromabwärtigen Ende des Ansaugkanals 46 führt, ist mit dem Vergaser 34 verbunden und ist darüber hinaus mit einem Luftreiniger (nicht gezeigt) verbunden. Ein Auspuff vor 48, welches zu der Auslassöffnung 42 führt, ist mit dem oberen Abschnitt des Zylinderkopfs 24 verbunden und ist darüber hinaus mit einem Auspufftopf 49 verbunden. Ferner ist ein Kraftstoff kann 51 oberhalb des Kurbelgehäuses 22 in einer solchen Weise angeordnet, dass er an einer Halterung 50, welche von den Kurbelgehäuse 22 vorsteht, gehalten ist.
Ein Antriebsrad 52 ist integral an der Kurbelwelle 27 an einer Stelle näher zu der seitlichen Abdeckung 26 des Kurbelgehäuses 23 hin ausgebildet, und ein Abtriebsrad 53, welches mit dem Antriebsrad 52 kämmt, ist an einer Nockenwelle 54 befestigt, welche drehbar in den Kurbelgehäuse 22 gelagert ist und deren Achse parallel zu der Kurbelwelle 27 verläuft. Daher wird eine Antriebskraft von der Kurbelwelle 27 zu der Nockenwelle 4 mit einem Untersetzungsverhältnis von 1/2 durch das Antriebsrad 52 und das Abtriebsrad 53, welche miteinander kämmen, übertragen.
Die Nockenwelle 54 ist jeweils mit einem Einlassnocken 55 und einem Auslassnocken 56 entsprechend dem Einlassventil 43 und dem Auslassventil 44 versehen, und ein Ventilstößelstück 57, welches betätigbar an dem Zylinderblock 23 gehalten ist, befindet sich in Gleitkontakt mit dem Einlassnocken 55. andererseits ist eine Betriebskammer 58 in den Zylinderblock 23 und dem Zylinderkopf 24 definiert, so dass ein oberer Abschnitt des Ventilstößelstücks 57 von einem unteren Abschnitt der Betriebskammer 58 vorsteht; und ein Ventilstößelstück 50 ist in der Betriebskammer 58 angeordnet, wobei dessen unteres Ende an dem Ventilstößelstück 57 anliegt. Ein Kipphebelarm 60 ist schwenkbar an dem Zylinderkopf 24 gehalten, wobei dessen eines Ende an einem oberen Ende des Auslassventils 24, welches in einer Schließrichtung durch eine Feder vorgespannt ist, anliegt, und ein oberes Ende des Ventilstößels 59 liegt an dem anderen Ende des Kipphebelarms 60 an. Daher wird der Ventilstößel 59 in Reaktion auf die Drehung des Einlassnocken 55 axial betätigt, und das Einlassventil 43 wird durch das Schwingen des Kipphebelarms 60, welches in Reaktion auf die Betätigung des Ventilstößels 59 verursacht wird, geöffnet und geschlossen.
Ein Mechanismus ähnlich zu demjenigen zwischen dem Einlassnocken 55 und dem Einlassventil 43 ist auch zwischen dem Auslassnocken 56 und dem Auslassventil 44 angeordnet, so dass das Auslassventil 44 geöffnet und geschlossen wird in Reaktion auf die Drehung des Auslassnockens 56.
Nun auch Bezug nehmend auf 4 sind der Kolben 38, die Kurbelwelle 27 und eine bewegliche exzentrische Welle 61 in dem Kurbelgehäuse 22 des Motorkörpers 21 zur Verlagerung in einer Ebene, welche durch eine Zylinderachse C und orthogonal zu einer Achse der Kurbelwelle 27 verläuft, miteinander durch einen Verbindungsmechanismus 62 verbunden.
Der Verbindungsmechanismus 62 umfasst ein Pleuel 64, welches mit einem Ende des Kolbens 38 durch einen Kolbenbolzen 63 verbunden ist, einen ersten Arm 66, der schwenkbar an einem Ende mit dem anderen Ende des Pleuels 64 verbunden ist und an dem anderen Ende mit einem Kurbelzapfen 65 der Kurbelwelle 27 verbunden ist, einen zweiten Arm 67, der integral an einem Ende mit dem anderen Ende des ersten Arms 66 verbunden ist, sowie eine Steuerstange 69, welche schwenkbar an einem Ende mit dem anderen Ende des zweiten Arms 67 und am anderen Ende mit der beweglichen exzentrischen Welle 61 verbunden ist. Der erste und der zweite Arm 66 und 67 sind integral als eine Hilfsstange 68 ausgebildet.
Die Hilfsstange 68 umfasst einen halbkreisförmigen ersten Lagerabschnitt 70, welcher an seinen zwischen Abschnitt derart vorgesehen ist, dass er in Gleitkontakt mit einer Hälfte eines Umfangs des Kurbelzapfens 65 gelangt, und ein Paar von verzweigten Abschnitten 71 und 72, welche an ihren entgegengesetzten Enden vorgesehen sind, so dass das andere Ende des Pleuels 64 und ein Ende der Steuerstange 69 dazwischen angeordnet sind. Ein halbkreisförmiger zweiter Lagerabschnitt 74, welcher in dem Kurbeldeckel 73 enthalten ist, befindet sich in Gleitkontakt mit der verbleibenden Hälfte des Umfangs des Kurbelzapfens 65 der Kurbelwelle 27, und der Kurbeldeckel 73 ist an der Hilfsstange 68 befestigt.
Das Pleuel 64 ist an dem anderen Ende desselben schwenkbar mit dem einen Ende der Hilfsstange 68, das heißt mit einem Ende des ersten Arms 66 durch einen Pleuelbolzen 75 verbunden, welcher in das andere Ende des Pleuels 64, welches in den verzweigten Abschnitt 71 an einem Ende der Hilfsstange 68 eingesetzt und welches an seinen entgegengesetzten Enden schwenkbar in den verzweigten Abschnitt 71 an dem einen Ende der Hilfsstange 68 eingesetzt ist, eingepresst ist.
Die Steuerstange 69 ist an einem Ende schwenkbar mit dem anderen Ende der Hilfsstange 68, das heißt mit dem anderen Ende des zweiten Arms 67, verbunden durch einen zylindrischen Hilfsstangenzapfen 76, welcher relativ schwenkbar durch ein Ende der Steuerstange 69 geführt ist, welches in den verzweigten Abschnitt 72 am anderen Ende der Hilfsstange 68 eingesetzt ist, und welcher in einer Spielpassung an seinem entgegengesetzten Ende in den verzweigten Abschnitt 72 an dem anderen Ende der Hilfsstange 68 eingesetzt ist. Weiterhin sind ein Paar von Bügeln 77, 77 an dem verzweigten Abschnitt 72 an dem anderen Ende der Hilfsstange 68 derart angebracht, dass sie an den entgegengesetzten Enden der Hilfsstangenzapfen 76 anlie gen, um das Entfernen des Hilfsstangenzapfens 76 von dem verzweigten Abschnitt 72 zu verhindern.
Der Kurbeldeckel 73 ist an den verzweigten Abschnitten 71 und 72 befestigt, indem er paarweise an entgegengesetzten Seiten der Kurbelwelle 27 angeordnet ist, und der Pleuelzapfen 75 und der Hilfsstangenzapfen 76 sind an Verlängerungen von Achsen der Bolzen 78, 78 angeordnet.
Die zylindrische bewegliche exzentrische Welle 61 ist zwischen exzentrischen Positionen eines Paars von Drehwellen 81 und 82, die koaxial angeordnet sind und Achsen parallel zu der Kurbelwelle 27 aufweisen, angebracht. Weiterhin ist die Drehwelle 81 drehbar an einem Lagerabschnitt 83 gelagert, welche an der seitlichen Abdeckung 26 des Kurbelgehäuses 22 angebracht ist, und ist die Drehwelle 82 drehbar an einem Lagerabschnitt 84 gelagert, welcher an dem Gehäusekörper 25 des Kurbelgehäuses 23 angebracht ist.
Ein Stößelkettenrad 85 ist an der Drehwelle 81 befestigt, und ein Antriebskettenrad 86 ist an der Kurbelwelle 27 an einer Stelle entsprechend dem Stößelkettenrad 85 befestigt. Eine endlose Kette 87 ist um das Antriebskettenrad 86 und das Stößelkettenrad 85 geführt. Daher wird eine Drehkraft, welche in einem Untersetzungsverhältnis von 1/2 untersetzt ist, von der Kurbelwelle 27 zu den Drehwellen 81 und 82 übertragen, und die bewegliche exzentrische Welle 61, welche zwischen den Drehwellen 81 und 82 angebracht ist, wird in einer vollen Umdrehung um Achsen der Drehwelle gedreht, jedes Mal dann, wenn die Kurbelwelle 27 um zwei Umdrehungen gedreht wird.
Durch Drehen der beweglichen exzentrischen Welle 61 in der obigen Weise wird sichergestellt, dass der Hub des Kolbens 38 in einem Arbeitstakt größer ist als in einem Verdichtungstakt. Die abmessungsmäßige Beziehung in dem Verbindungsmechanismus für diesen Zweck wird unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
Hierbei gilt, wenn verschiedene Abmessungen in einer y-x-Ebene, die gebildet ist durch eine orthogonal zu einer Achse der Kurbelwelle 27 entlang einer Zylinderachse C verlaufenden x-Achse und einer orthogonal zu der Achse der Kurbelwelle 27 in einer Richtung orthogonal zu der x-Achse verlaufenden y-Achse, bezeichnet sind wie im Folgenden beschrieben, d.h. eine Länge des Pleuels 64 ist durch L4 bezeichnet; eine Länge des ersten Arms 66 ist durch L2 bezeichnet; eine Länge des zweiten Arms 67 ist durch L1 bezeichnet; eine Länge der Steuerstange 69 ist durch L3 bezeichnet; eine Länge von der Achse der Kurbelwelle 27 zu Achsen der Drehwellen 81 und 82 in einer Richtung der y-Achse ist durch L5 bezeichnet; eine Länge von der Achse der Kurbelwelle 27 zu den Achsen der Drehwellen 81 und 82 in einer Richtung der x-Achse ist durch L6 bezeichnet; ein durch das Pleuel 64 bezüglich der Zylinderachse C gebildeter Winkel ist durch Φ4 bezeichnet; ein durch den ersten und den zweiten Arm 66, 67 gebildeter Winkel ist durch a bezeichnet; ein durch den zweiten Arm 67 mit der y-Achse in der x-y-Ebene gebildeter Winkel ist durch Φ1 bezeichnet; ein durch die Steuerstange 69 mit der y-Achse gebildeter Winkel ist durch Φ3 bezeichnet; ein durch eine gerade Linie, welche die Achse der Kurbelwelle 27 und den Kurbelzapfen 65 verbindet, mit der x-Achse gebildeter Winkel ist durch θ bezeichnet; ein durch eine gerade Linie, welche die Achsen der Drehwellen 81 und 82 und die Achse der beweglichen exzentrischen Welle 61 verbindet, mit der x-Achse gebildeter Winkel ist durch θp bezeichnet; ein Wert des Winkels θp ist durch γ bezeichnet, wenn der Winkel θ „0" beträgt; eine Länge zwischen der Achse der Kurbelwelle 27 und dem Kurbelzapfen 65 ist durch R bezeichnet; eine Länge der geraden Linie, welche die Achsen der Drehwellen 81 und 82 und die Achse der beweglichen exzentrischen Welle 61 verbindet, ist durch Rp bezeichnet; eine Drehwinkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle 27 ist durch ω bezeichnet; und ein Verhältnis der Drehzahl der beweglichen exzentrischen Welle 61 zu der Drehzahl der Kurbelwelle 27 ist durch η bezeichnet; und die Drehrichtung derselben ist durch η = +0,5 oder η = –0,5 bezeichnet; ein Niveau X des Kolbenbolzens 63 ist bestimmt gemäß X = L4·cosϕ4 + L2·sin(α + ϕ1) + R·cosθ (1) wobei ϕ4 = aresin{L2·cos(α + ϕ1) + R·sinθ – δ}/L4 ϕ1 = aresin[(L32 – L12 – C2 – D2)/(2·L1·√(C2 + D2))] – arctan(C/D) C = L5 + Rp·sinθp – R·sinθ D = L6 + Rp·cosθp – R·cosθ θp = η·θ + γhierbei ist eine Geschwindigkeit des Kolbenbolzens 63 in einer Richtung der x-Achse gemäß der folgenden Gleichung bestimmt durch Differenzieren der oben beschriebenen Gleichung (1): dX/dt = –L4·sinϕ4·dϕ4/dt + L2·cos(α + ϕ1)·dϕ1/dt – R·ω·sinθ (2) Wherein dϕ4/dt = ω·[-L2·sin(α + ϕ1)·(R·cos(θ – ϕ3) – η·Rp·cos(θp – ϕ3)} /{L1·sin(ϕ1 + ϕ3)) + R·cosϕ)})/(L4·cosϕ4) ϕ3 = arcsin{(R·cosθ – L6 – Rp·cosθp + L1·sinϕ1)/L3} dϕ1/dt = ω·{R·cos(θ – ϕ3) – η·Rp·cos(θp – ϕ3)}/{L1·sin(ϕ1 + ϕ3)) x = L4·cosϕ4 + L2·sin(α + ϕ1) + R·cosθeine Gleichung in einem Fall, in welchem dX/d = 0 in der obigen Gleichung (2) ist, besitzt vier Lösungen, wenn θ in einem Bereich von –2π < θ < 2π liegt. Die vier Lösungen sind der Bewegung eines Viertaktmotors zugeordnet, und Kurbelwinkel, welche einen oberen Totpunkt im Verdichtungstakt bereitstellen, einen oberen Totpunkt des Ansaug-und Ausstoßtakts bereitstellen, einen unteren Totpunkt nach dem Arbeitstakt bereitstellen und einen unteren Totpunkt nach dem Ansaugtakt bereitstellen, werden bestimmt und zur Bestimmung verschiedener Positionen des Kolbenbolzens verwendet. Wenn die Position des Kolbenbolzens 63 in der Richtung der x-Achse im oberen Totpunkt im Verdichtungstakt durch Xctdc bezeichnet wird; die Position des Kolbenbolzens 63 in der Richtung der x-Achse im oberen Totpunkt des Ansaug- und Ausstoßtakts durch Xotdc bezeichnet wird; die Position des Kolbenbolzens 63 in der Richtung der x-Achse im unteren Totpunkt nach dem Arbeitstakt durch Xebdc bezeichnet wird; und die Position des Kolbenbolzens 63 in der Richtung der x-Achse im unteren Totpunkt nach dem Ansaugtakt durch Xibdc bezeichnet wird, werden der Hub Scomp im Verdichtungstakt und der Hub Sexp im Ansaugtakt jeweils durch (Scomp = Xctdc – Xibdc) und durch (Sexp = Xotdc – Xebdc) bezeichnet, die folgenden Abmessungen sind derart bestimmt, dass Scomp < Sexp erfüllt ist und dass Xctdc < Xotdc erfüllt ist: die Länge L1 des zweiten Arms 67; die Länge L2 des ersten Arms 66; die Länge L3 der Steuerstange 69; die Länge L4 des Pleuels 64; die Länge L5 von der Achse der Kurbelwelle 27 zu den Achsen der Drehwellen 81 und 82 in der Richtung der y-Achse; die Länge L6 von der Achse der Kurbelwelle 27 zu den Achsen der Drehwellen 81 und 82 in der Richtung der x-Achse; der Betrag 6 des Versatzes der Zylinderachse C von der Achse der Kurbelwelle 27 in der Richtung der y-Achse; der durch den ersten und den zweiten Arm 66, 67 gebildete Winkel α; die Länge R zwischen der Achse der Kurbelwelle 27 und dem Kurbelzapfen 65; die Länge Rp der geraden Linie, die die Achsen der Drehwellen 81 und 82 und die Achse der beweglichen exzentrischen Welle 61 verbindet, und der Winkel θp, wenn der Winkel θ „0" ist, so dass der obere Totpunkt im Ansaug- und Ausstoßtakt und der obere Totpunkt im Verdichtungstakt miteinander übereinstimmen.
Daher ist es möglich, das Auftreten von Störungen des des Einlassventils 43 und des Auslassventils 44 und der Oberseite des Kolbens 38 miteinander zu verhindern und eine Verbesserung des Verdichtungsverhältnis des Motors bereitzustellen, um den Betrieb des Motors mit höherer thermischer Effizienz zu erzielen. Es ist auch möglich, ausreichenden Gaswechsel durch den Kolben 38 zu erzielen, um eine Verringerung der Abgabe in einem Volllastzustand zu verhindern und Instabilität der Verbrennung in einem Zustand mit niedrigerer Last zu verhindern.
Der erste und der zweite Arm 66 und 67 bilden die Hilfsstange 68, welche den halbkreisförmigen ersten Lagerabschnitt 70 aufweist, der in Gleitkontakt mit der Hälfte des Umfangs des Kurbelzapfen 65 durch Zusammenwirken miteinander versetzt ist. Das Pleuel 64 ist schwenkbar mit einem Ende der Hilfsstange 68 verbunden und die Steuerstange 69 ist schwenkbar an einem Ende mit dem anderen Ende der Hilfsstange 68 verbunden. Der Kurbeldeckel 73, welcher den halbkreisförmigen Lagerabschnitt 74 aufweist, der in Gleitkontakt mit der verbleibenden Hälfte des Umfangs des Kurbelzapfens 65 gebracht ist, ist an dem Paar von halbkreisförmigen verzweigten Abschnitten 71 und 72 befestigt, welche integral an der Hilfsstange 68 in einer solchen Weise vorgesehen sind, dass das andere Ende des Pleuels 64 und das eine Ende der Steuerstange 69 zwischen den halbkreisförmigen verzweigten Abschnitten 71 und 72 angeordnet ist. Daher ist es möglich, die Steifigkeit der Hilfsstange 68, welche an dem Kurbelzapfen 65 angebracht ist, zu verbessern.
Weiterhin ist der Pleuelzapfen 75, in der in das andere Ende des Pleuels 64 eingepresst ist, schwenkbar an seinen entgegengesetzten Enden in einen 71 der verzweigten Abschnitte eingesetzt, und der Hilfsstangenzapfen 76, welcher relativ drehbar durch ein Ende der Steuerstange 69 geführt ist, ist in einer Spielpassung an seinen entgegengesetzten Enden in den anderen verzweigten Abschnitt 72 eingesetzt. Daher werden der Abschnitt von dem Kolben 38 zu der Hilfsstange 68 und in die Steuerstange 69 separat in den Motor eingebaut, und die Hilfsstange 68 und die Steuerstange 69 können dann miteinander verbunden werden. Auf diese Weise kann der Zusammenbauvorgang vereinfacht werden, während in die Zusammenbaugenauigkeit erhöht wird und im Ergebnis ein Anstieg der Größe des Motors vermieden werden kann.
Da weiterhin der Pleuelzapfen 75 und die Hilfsstange 76 in den Verlängerungen der Achsen der Bolzen 78 zum Befestigen des Kurbeldeckels 72 an der Hilfsstange 68 vorgesehen sind, können die Hilfsstange 68 und der Kurbeldeckel 73 komtakt konstruiert sein, wodurch das Gewicht der Hilfsstange 68 und des Kurbeldeckels 73 verringert werden kann und der Verlust von Energie auch verringert werden kann.
8 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei Abschnitte oder Komponenten, die denjenigen in der ersten Ausführungsform entsprechen, mit denselben Bezugsziffern und -zeichen bezeichnet sind.
Ein Abtriebsrad 90, welches an der Drehwelle 81 befestigt ist, kämmt mit einem Antriebsrad 52, welches an der Kurbelwelle 27 vorgesehen ist, so dass es mit dem Abtriebsrad 53, welches an der Nockenwelle 54 befestigt ist, kämmt. Daher wird eine in einem Untersetzungsverhältnis von 1/2 untersetzte Drehkraft von der Kurbelwelle 27 durch das Antriebsrad 52 und das Abtriebsrad 90 zu den Drehwellen 81 und 82 übertragen, und die zwischen den Drehwellen 81 und 82 angebrachte bewegliche exzentrische Welle 61 wird um die Achsen der Drehwellen 81 und 82 um eine Umdrehung gedreht, wenn die Kurbelwelle 27 um zwei Umdrehungen gedreht wird.
Weiterhin dreht sich die bewegliche exzentrische Welle 61 der zweiten Ausführungsform in der Richtung entgegengesetzt zu derjenigen, in der sich die bewegliche exzentrische Welle 61 der ersten Ausführungsform dreht. Das heißt, in der zweiten Ausführungsform ist die Drehrichtung der beweglichen exzentrische Welle 61 durch η = –0,5 bezeichnet, wenn ihre Drehzahl η ist.
Auch in der zweiten Ausführungsform können der obere Totpunkt des Ansaug- und Ausstoßtaktes und der obere Totpunkt im Verdichtungstakt in Übereinstimmung miteinander gebracht werden, um eine Wirkung ähnlich zu derjenigen in der ersten Ausführungsform vorzusehen durch geeignetes Bestimmen der Länge L1 des zweiten Arms 67; der Länge L2 des ersten Arms 66; der Länge L3 der Steuerstange 69; der Länge L4 des Pleuels 64; der Länge L5 von der Achse der Kurbelwelle 27 zu den Achsen der Drehwellen 81 und 82 in der Richtung der y-Achse; der Länge L6 von der Achse der Kurbelwelle 27 zu den Achsen der Drehwellen 81 und 82 in der Richtung der x-Achse; des Betrags 6 des Versatzes der Zylinderachse C von der Achse der Kurbelwelle 27 in der Richtung der y-Achse; des durch den ersten und den zweiten Arm 66, 67 gebildeten Winkels α; der Länge R zwischen der Achse der Kurbelwelle 27 und dem Kurbelzapfen 65; der Länge Rp der geraden Linie, die die Achsen der Drehwellen 81 und 82 und die Achse der beweglichen exzentrischen Welle 61 verbindet, und des Winkels θp, wenn der Win kel θ „0" ist, so dass der obere Totpunkt im Ansaug- und Ausstoßtakt und der obere Totpunkt im Verdichtungstakt miteinander übereinstimmen.
Wenn sich der Kolben 38 im Arbeitstakt befindet, wird auf den Kolben 38 eine große Belastung ausgeübt aufgrund der Verbrennung in der Brennkammer 40, aber wenn die Änderung in der Haltung des Kolbens 38 aufgrund der großen Belastung in diesem Moment erhöht wird, wird die Reibung erhöht und das Kolbenklappergeräusch verstärkt. Daher wird eine Anordnung, welche derart konstruiert ist, dass sie das Entstehen eines solchen Nachteils verhindert, in einer dritten Ausführungsform beschrieben.
Zur Unterdrückung der Reibung und des Kolbenklappergeräuschs ist eine Ortskurve der Bewegung des Kolbenbolzens 63 derart bestimmt, dass sie in einen Bereich zwischen der x-Achse und einer (der am nächsten zur x-Achse liegenden) von Tangentenlinien parallel zu der x-Achse und tangential zu einer Ortskurve, welche im Arbeits- und Verdichtungstakt durch einen Verbindungspunkt zwischen dem Pleuel 64 und dem ersten Arm 66, das heißt der Mitte des Pleuelzapfens 75, beschrieben wird, fällt.
Insbesondere wird im Arbeits- und Ausstoßtakt der Verbindungsmechanismus 62 betätigt, wie in 9 gezeigt ist, und zwar zwischen einem Zustand, in welchem der Kolben 38 sich am oberen Totpunkt befindet (einem Zustand, der durch eine durch eine durchgezogene Linie gezeigt ist) und einem Zustand, in welchem der Kolben 38 sich am unteren Totpunkt befindet (einem Zustand, der durch eine durch eine gestrichelte Linie gezeigt ist), und und die Mitte des Pleuelzapfens 75 beschreibt eine Ortskurve 95₁ im Arbeitstakt, welche als eine dünne durchgezogene Linie gezeigt ist, und beschreibt eine Ortskurve 95₂ im nächsten Ausstoßtakt, welche durch eine dünne durchgezogene Linie in gezeigt ist, so dass eine Ortskurve 95 insgesamt eine endlose Konfiguration vorsieht. Die Ortskurve der Bewegung des Kolbens 63 ist derart bestimmt, dass sie in einen Bereich zwischen der x-Achse und einer 96 aus einem Paar von Tangentenlinien parallel zu der x-Achse und tangential zu der Ortskurve 951 im Arbeitstakt, welche am nächsten zur x-Achse liegt, fällt.
Wenn die Ortskurve der Bewegung des Kolbenbolzens 63 wie oben beschrieben bestimmt wird, kann die Reibung des Kolbens 38 verringert werden und kann das Kolbenklappergeräusch unterdrückt werden. Insbesondere wenn der Kolben 38 sich im Arbeitstakt befindet, wird eine große Belastung auf den Kolben 38 ausgeübt, aber wenn die Änderung der Haltung des Kolbens 38 aufgrund der großen Belastung in diesem Moment erhöht wird, wird die Reibung erhöht und das Kolbenklappergeräusch verstärkt. Jedoch stellt die oben beschriebene Bestimmung der Ortskurve der Bewegung des Kolbenbolzens 63 sicher, dass das Pleuel 64 immer zu einer Seite im Arbeitstakt geneigt ist, ungeachtet dessen, dass der Kolben 38 eine große Belastung im Arbeitstakt aufnimmt, wodurch die Änderung in der Haltung des Kolbens 38 unterdrückt werden kann. Im Ergebnis kann die Reibung des Kolbens 38 verringert werden und das Kolbenklappergeräusch kann unterdrückt werden.
In dem Motor, in welchem während der Absenkbewegung des Kolbens 38 der Hub im Arbeitstakt größer ist als derjenige im Ansaugtakt, und in dem während der Anhebbewegung des Kolbens 38 der Hub im Ausstoßtakt größer ist als der im Verdichtungstakt, wie oben beschrieben, gibt es dann, wenn der Verbindungsmechanismus derart eingestellt ist, dass der obere und der untere Totpunkt des Kolbens 38 bei jedem Kurbelwinkel von 180 Grad zurückgezogen sind, eine Möglichkeit, dass die Geschwindigkeit der Hin- und Her-Bewegung des Kolbens im Arbeits- und Ausstoßtakt, in welchem der Hub größer ist, größer ist als die Geschwindigkeit der Hin- und Her-Bewegung des Kolbens 38 im Ansaug- und Verdichtungstakt, in welchem der Hub kleiner ist, und dass die Änderung der Beschleunigung des Kolbens im oberen und unteren Totpunkt aufgrund einer solchen Geschwindigkeitsdifferenz verstärkt ist, was zu einer Verschlechterung von Trägheitsvibration führt. Daher kann in dem Motor, welcher den oben beschriebenen Verbindungsmechanismus 62 verwendet, der Bereich des Kurbelwinkels jeweils im Ansaug-, Verdichtungs-, Arbeits- und Ausstoßtakt auf einen anderen Wert als 180 Grad eingestellt werden.
Wenn beispielsweise der Verbindungsmechanismus 62 derart eingestellt ist, dass er in einen durch eine durchgezogene Linie in 10 gezeigten Zu stand im oberen Totpunkt im Arbeitstakt gebracht wird, und in einen durch eine gestrichelte Linie in 10 gezeigten Zustand im unteren Totpunkt gebracht wird, ist der Bereich des Kurbelwinkels jeweils im Ansaug-, Verdichtungs-, Arbeits- und Ausstoßtakt wie in 11 gezeigt. Der Bereich (= 179,8 Grad) des Kurbelwinkels im Ansaugtakt ist größer als der Bereich (= 153,5 Grad) des Kurbelwinkels im Arbeitstakt, und der Bereich (= 197,7 Grad) des Kurbelwinkels im Verdichtungstakt ist größer als der Bereich (= 189,1 Grad) des Kurbelwinkels im Ausstoßtakt, und die Beschleunigung des Kolbens 38 in diesem Fall variiert wie in 12 gezeigt.
Wenn der Hub des Kolbens 38 im Arbeits- und Ausstoßtakt 56 mm beträgt; der Hub des Kolbens im Ansaug- und Verdichtungstakt 37 mm beträgt; und ein Verhältnis des Volumens im Arbeitstakt zu dem Volumen im Verdichtungstakt 1,5 beträgt, beträgt in diesem Fall die größte Beschleunigung (die größte Beschleunigung zum oberen Totpunkt hin) +6440 m/s² unmittelbar, bevor der Arbeitstakt sich zum Ausstoßtakt ändert; beträgt die kleinste Beschleunigung (die größte Beschleunigung zum unteren Totpunkt hin) –4009 m/s² in der Mitte des Arbeitstakts, wie in 12 gezeigt ist, und beide (Absolutbetrag der größten Beschleunigung) und (der Absolutbetrag der kleinsten Beschleunigung) sind groß.
Wenn nämlich der Bereich des Kurbelwinkels im Ansaugtakt größer ist als der Bereich des Kurbelwinkels im Arbeitstakt und der Bereich des Kurbelwinkels im Verdichtungstakt größer ist als der Bereich des Kurbelwinkels im Ausstoßtakt, ist die Beschleunigung des Kolbens 38 nicht verringert, folglich ist es unmöglich, die Verschlechterung von Trägheitsvibration zu verhindern.
Daher ist in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Bereich des Kurbelwinkels im Arbeitstakt größer gewählt als der Bereich des Kurbelwinkels im Ansaugtakt und ist der Bereich des Kurbelwinkels im Ausstoßtakt größer gewählt als der Bereich des Kurbelwinkels im Verdichtungstakt.
Wenn nämlich der Verbindungsmechanismus 62 derart eingestellt ist, dass er in einen durch eine durchgezogene Linie in 13 gezeigten Zustand in oberen Totpunkt im Arbeitstakt gebracht wird, und in einen durch eine gestrichelte Linie in 13 gezeigten Zustand im unteren Totpunkt gebracht wird, ist der Bereich des Kurbelwinkels jeweils des Ansaug-, Verdichtungs-, Arbeits- und Ausstoßtakts wie in 14 gezeigt. Der Bereich (= 195,1 Grad) des Kurbelwinkels im Arbeitstakt ist größer als der Bereich (= 189,9 Grad) des Kurbelwinkels im Ansaugtakt, und der Bereich (= 149,7 Grad) des Kurbelwinkels im Ausstoßtakt ist größer als der Bereich (= 165,3 Grad) des Kurbelwinkels im Verdichtungstakt, und die Beschleunigung des Kolbens 38 in diesem Fall variiert wie in 15 gezeigt.
Wenn in diesem Fall der Hub des Kolbens 38 im Arbeits- und Ausstoßtakt, der Hub des Kolbens 38 im Ansaug- und Verdichtungstakt und das Verhältnis des Volumens des Arbeitstakt zu dem Volumen des Verdichtungstakts auf dieselben Werte eingestellt sind wie in der in 10 bis 12 gezeigten Ausführungsform, beträgt die größte Beschleunigung (die größte Beschleunigung zum oberen Totpunkt hin) +3377 m/s2 zu dem Zeitpunkt, zu dem der Arbeitstakt sich zum Ausstoßtakt ändert; beträgt die kleinste Beschleunigung (die größte Beschleunigung zum unteren Totpunkt hin) –2909 m/s2 unmittelbar, bevor der Ausstoßtakt sich zum Ansaugtakt ändert, wie in 15 gezeigt ist, und beide (Absolutbetrag der größten Beschleunigung) und (der Absolutbetrag der kleinsten Beschleunigung) können deutlich gegenüber denjenigen in der in 10 bis 12 gezeigten Ausführungsform verringert werden.
Es kann nämlich durch Einstellen des Bereichs des Kurbelwinkels im Arbeits- und Ausstoßtakt, in welchen der Hub größer ist, auf einen Wert größer als der Bereich des Kurbelwinkels im Ansaug- und Verdichtungstakt, in welchen der Hub kleiner ist, die Geschwindigkeit des Kolbens 38 in jedem der Takte gleichförmig sein, und die Variation in der Beschleunigung des Kolbens am oberen Totpunkt nach dem Ansaug- und Arbeitstakt und die Variation in der Beschleunigung des Kolbens am oberen Totpunkt nach dem Verdichtungs-und Ausstoßtakt kann unterdrückt werden, wodurch die Verschlechterung von Trägheitsvibration vermieden werden kann.
Weiterhin ist in einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Verbindungsmechanismus 62 derart eingestellt, dass er in einen durch eine durchgezogene Linie in 16 gezeigten Zustand im oberen Totpunkt im Arbeitstakt gebracht ist und in einen durch eine gestrichelte Linie in 16 gezeigten Zustand am unteren Totpunkt gebracht ist. Daher ist der Bereich des Kurbelwinkels jeweils des Ansaug-, Verdichtungs-, Arbeits- und Ausstoßtakts wie in 17 gezeigt. Der Bereich des Kurbelwinkels im Arbeitstakt (= 178,2 Grad) ist größer als der Bereich des Kurbelwinkels des Ansaugtakt (= 177,7 Grad) und der Bereich des Kurbelwinkels des Ausstoßtakts (= 185,3 Grad) ist größer als der Bereich des Kurbelwinkels im Verdichtungstakt (= 178,8 Grad) und die Beschleunigung des Kolbens 38 variiert in diesem Fall in 18 gezeigt.
Wenn in diesem Fall der Hub des Kolbens 38 im Arbeits- und Ausstoßtakt, der Hub des Kolbens 38 im Ansaug- und Verdichtungstakt und das Verhältnis des Volumens des Arbeitstakt zu dem Volumen des Verdichtungstakts auf dieselben Werte eingestellt sind wie in der in 10 bis 12 gezeigten Ausführungsform, beträgt die größte Beschleunigung (die größte Beschleunigung zum oberen Totpunkt hin) +3798 m/s² zu dem Zeitpunkt, zu dem der Arbeitstakt sich zum Ausstoßtakt ändert; beträgt die kleinste Beschleunigung (die größte Beschleunigung zum unteren Totpunkt hin) –2212 m/s² unmittelbar, bevor der Ausstoßtakt sich zum Ansaugtakt ändert, wie in 18 gezeigt ist, und beide (Absolutbetrag der größten Beschleunigung) und (der Absolutbetrag der kleinsten Beschleunigung) können deutlich gegenüber denjenigen in der in 10 bis 12 gezeigten Ausführungsform verringert werden.
Auch gemäß der fünften Ausführungsform kann die Verschlechterung von Trägheitsvibration verhindert werden wie bei der vierten Ausführungsform.
Bei der vierten und fünften Ausführungsform kann jedoch die Beschleunigung des Kolbens 38 verringert werden, aber die größte Beschleunigung (größte Beschleunigung zu dem oberen Totpunkt hin) und die kleinste Beschleunigung (die kleinste Beschleunigung zu dem unteren Totpunkt hin) befinden sich zwischen der vierten und fünften Ausführungsform im Ungleichgewicht. Insbesondere beträgt (Absolutbetrag der größten Beschleunigung)/(Absolutbetrag der kleinsten Beschleunigung) in der vierten Ausführungsform 1,16 und in der fünften Ausführungsform 1,72. Um die Ver schlechterung von Trägheitsvibration zuverlässig zu verhindern, ist es wünschenswert, dass (Absolutbetrag der größten Beschleunigung)/(Absolutbetrag der kleinsten Beschleunigung) ein Wert in der Nähe von "1" ist.
Der Grund, warum (Absolutbetrag der größten Beschleunigung)/(Absolutbetrag der kleinsten Beschleunigung) in der vierten und fünften Ausführungsform größer als "1" ist, wird er darin gesehen, dass in der vierten Ausführungsform der Bereich des Kurbelwinkels im Arbeitstakt 195,1 Grad beträgt, was 180 Grad überschreitet, während der Bereich des Kurbelwinkels in Ausstoßtakt 169,7 Grad beträgt, was kleiner ist als 180 Grad, und dass in der fünften Ausführungsform der Bereich des Kurbelwinkels im Ausstoßtakt 185,3 Grad beträgt, was 180 Grad überschreitet, während der Bereich des Kurbelwinkels im Arbeitstakt 178,2 Grad beträgt, was kleiner ist als 180 Grad.
Daher ist in einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Bereich des Kurbelwinkels im Arbeitstakt größer gewählt als der Bereich des Kurbelwinkels im Ansaugtakt und der Bereich des Kurbelwinkels im Ausstoßtakt größer gewählt als der Bereich des Kurbelwinkels im Verdichtungstakt, und weiterhin sind die Bereiche der Kurbelwinkel im Arbeits- und Ausstoßtakt jeweils bei Werten größer als 180 Grad gewählt.
Der Verbindungsmechanismus 62 ist nämlich derart gewählt, dass er im oberen Totpunkt im Arbeitstakt beispielsweise in einen in einen Zustand gebracht ist, welcher durch eine durchgezogene Linie in 19 gezeigt ist, und im unteren Totpunkt beispielsweise in einen Zustand gebracht ist, welcher durch eine gestrichelte Linie in 19 gezeigt ist. Daher ist der Bereich des Kurbelwinkels jeweils des Ansaug-, Verdichtungs-, Arbeits- und Ausstoßtakts wie in 20 gezeigt. Der Bereich des Kurbelwinkels im Arbeitstakt (= 191,2 Grad) ist größer als der Bereich des Kurbelwinkels im Ansaugtakt (= 168,2 Grad) und der Bereich des Kurbelwinkels im Ausstoßtakt (= 190,2 Grad) ist größer als der Bereich des Kurbelwinkels im Verdichtungstakt (= 170,4 Grad) und die Beschleunigung des Kolbens 38 variiert in diesem Fall in 21 gezeigt.
Gemäß der sechsten Ausführungsform kann die Geschwindigkeit des Kolbens 38 in jedem der Takte noch gleichförmiger sein und die Variation in der Beschleunigung des Kolbens am oberen Totpunkt nach dem Ansaug- und Arbeitstakt und die Variation in der Beschleunigung des Kolbens am oberen Totpunkt nach dem Verdichtungs- und Ausstoßtakt kann noch effektiver unterdrückt werden, wodurch die Verschlechterung von Trägheitsvibration noch effektiver vermieden werden kann.
Wenn nämlich der Hub des Kolbens 38 im Arbeits- und Ausstoßtakt, der Hub des Kolbens 38 im Ansaug- und Verdichtungstakt und das Verhältnis des Volumens des Arbeitstakt zu dem Volumen des Verdichtungstakts auf dieselben Werte eingestellt sind wie in der in 10 bis 12 gezeigten Ausführungsform, beträgt die größte Beschleunigung (die größte Beschleunigung zum oberen Totpunkt hin) +2467 m/s² unmittelbar, bevor der Arbeitstakt sich zum Ausstoßtakt ändert; beträgt die kleinste Beschleunigung (die größte Beschleunigung zum unteren Totpunkt hin) –2471 m/s² unmittelbar, bevor der Ausstoßtakt sich zum Ansaugtakt ändert, wie in 21 gezeigt ist, und es kann erreicht werden, dass beide (Absolutbetrag der größten Beschleunigung) und (der Absolutbetrag der kleinsten Beschleunigung) ≈ 1 sind.
Um sicherzustellen, dass der Bereich des Kurbelwinkels im Arbeitstakt größer gewählt ist als der Bereich des Kurbelwinkels im Ansaugtakt und dass der Bereich des Kurbelwinkels im Ausstoßtakt größer gewählt ist als der Bereich des Kurbelwinkels im Verdichtungstakt, und dass weiterhin die Bereiche der Kurbelwinkel im Arbeits- und Ausstoßtakt jeweils bei Werten gewählt sind, welche 180 Grad überschreiten, sind die Abmessungen der verschiedenen Abschnitte in dem Verbindungsmechanismus 62 gewählt wie im Folgenden beschrieben.
Wie in 22 gezeigt ist, ist die Tragwelle 61 derart verlagert, dass sie eine kreisförmige Ortskurve mit einem Radius Rp um einen Punkt beschreibt, der innerhalb der x-y-Ebene von der Achse der Kurbelwelle 27 jeweils mit einem Abstand der Längen L5 bzw. L6 in Richtung der y-Achse bzw. der x-Achse angeordnet ist, und das, wenn die Länge R zwischen der Achse der Kurbelwelle 27 und dem Kurbelzapfen 65 als 1,0 gewählt ist, die Länge L2 des ers ten Arms 66 in einem Bereich von 0,6 bis 5,2 gewählt ist; die Länge L3 der Steuerstange 69 in einem Bereich von 4,3 bis 6,9 gewählt ist; die Länge L5 in einem Bereich von 2,3 bis 4,0 gewählt ist; die Länge L6 in einem Bereich von 0,00 bis 3,35 gewählt ist; und der Radius Rp in einem Bereich von 0,25 bis 1,80 gewählt ist, sowie der Winkel alpha, welcher durch den ersten und dem zweiten Arm 66, 67 gebildet wird, in einem Bereich von 105 bis 180 Grad gewählt ist.
Durch Bestimmen der Abmessungen der verschiedenen Abschnitte in dem Verbindungsmechanismus 62 kann die Verschlechterung von Trägheitsvibration noch effektiver vermieden werden, wie in der sechsten Ausführungsform beschrieben wurde.
Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben worden ist, versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene Modifikationen im Design gemacht werden können, ohne von dem Kerngedanken und dem Umfang der Erfindung abzuweichen, die in den Ansprüchen definiert ist.
Beispielsweise sind die Kettenräder 85, 86 und die Kette 87 verwendet worden, um die Tragwelle 61 in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen zu drehen, aber ein Zahnriemen oder dergleichen könnte verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Motor, in welchem der Hub eines Kolbens in einem Arbeitstakt größer ist als derjenige in einem Verdichtungstakt. Um sicherzustellen, dass ein oberer Totpunkt sowohl des Ansaug- als auch des Ausstoßtakts und ein oberer Totpunkt im Verdichtungstakt sich auf gleichem Niveau befinden, sind die folgenden Abmessungen bestimmt gemäß einer Gleichung, welche ein Niveau eines Kolbenbolzens wiedergibt, so dass der obere Totpunkt sowohl des Ansaug- als auch des Ausstoßtaktes und der obere Totpunkt des Verdichtungstakts miteinander übereinstimmen: eine Länge eines zweiten Arms; eine Länge eines ersten Arms; eine Länge einer Steuerstange; eine Länge eines Pleuels; eine Länge von einer Achse einer Kurbelwelle zu Achsen von Drehwellen in einer Richtung einer y-Achse; eine Länge von der Achse der Kurbelwelle zu den Achsen der Drehwellen in einer Richtung einer x-Achse; ein Betrag des Versatzes einer Zylinderachse von der Achse der Kurbelwelle in der Richtung der y-Achse; ein durch den ersten und den zweiten Arm gebildeter Winkel; eine Länge zwischen der Achse der Kurbelwelle und dem Kurbelzapfen; eine Länge einer geraden Linie, die die Achsen der Drehwellen verbindet, und eine Achse einer beweglichen exzentrischen Welle und ein Winkel, wenn ein Kurbelwinkel „0" beträgt.

Claims

Motor, umfassend ein Pleuel (64), das an einem Ende durch einen Kolbenbolzen (63) mit einem Kolben (38) verbunden ist, einen ersten Arm (66), der an einem Ende schwenkbar mit dem anderen Ende des Pleuels (64) verbunden ist und der an dem anderen Ende durch einen Kurbelzapfen (65) mit einer Kurbelwelle (27) verbunden ist, einen zweiten Arm (67), der an einem Ende integral mit dem anderen Ende des ersten Arms (66) verbunden ist, eine Steuerstange (69), die an einem Ende mit dem anderen Ende des zweiten Arms (67) verbunden ist, und eine bewegliche Exzenterwelle (61), die zwischen exzentrischen Positionen von Drehwellen (81, 82), zu denen eine untersetzte Kraft mit einem Untersetzungsverhältnis von ½ von der Kurbelwelle (27) übertragen wird, angebracht ist, wobei die bewegliche exzentrische Welle (61) mit dem anderen Ende der Steuerstange (69) verbunden ist, wobei der Hub des Kolbens (38) in einem Arbeitstakt größer ist als in einem Verdichtungstakt, wobei vorausgesetzt, dass verschiedene Abmessungen in einer y-x-Ebene, die gebildet ist durch eine orthogonal zu einer Achse der Kurbelwelle (27) entlang einer Zylinderachse verlaufenden x-Achse und einer orthogonal zu der Achse der Kurbelwelle (27) in einer Richtung orthogonal zu der x-Achse verlaufenden y-Achse, bezeichnet sind wie im Folgenden beschrieben: eine Länge des Pleuels (64) ist durch L4 bezeichnet; eine Länge des ersten Arms (66) ist durch durch L2 bezeichnet; eine Länge des zweiten Arms (67) ist durch L1 bezeichnet; eine Länge der Steuerstange (69) ist durch L3 bezeichnet; eine Länge von der Achse der Kurbelwelle (27) zu Achsen der Drehwellen (81, 82) in einer Richtung der y-Achse ist durch L5 bezeichnet; eine Länge von der Achse der Kurbelwelle (27) zu den Achsen von Drehwellen (81, 82) in einer Richtung der x-Achse ist durch L6 bezeichnet; ein durch das Pleuel (64) bezüglich der Zylinderachse gebildeter Winkel ist durch Φ4 bezeichnet; ein durch den ersten und den zweiten Arm (66, 67) gebildeter Winkel ist durch α bezeichnet; ein durch den zweiten Arm (67) mit der y-Achse in der x-y-Ebene gebildeter Winkel ist durch Φ1 bezeichnet; ein durch die Steuerstange (69) mit der y-Achse gebildeter Winkel ist durch Φ3 bezeichnet; ein durch eine gerade Linie, welche die Achse der Kurbelwelle (27) und den Kurbelzapfen (65) verbindet, mit der x-Achse gebildeter Winkel ist durch θ bezeichnet; ein durch eine gerade Linie, welche die Achsen der Drehwellen (81, 82) und die Achse der beweglichen exzentrischen Welle (61) verbindet, mit der x-Achse gebildeter Winkel ist durch θp bezeichnet; ein Wert des Winkels θp ist durch γ bezeichnet, wenn der Winkel θ „0" beträgt; eine Länge zwischen der Achse der Kurbelwelle (27) und dem Kurbelzapfen (65) ist durch R bezeichnet; einen Länge der geraden Linie, welche die Achsen der Drehwellen (81, 82) und die Achse der beweglichen exzentrischen Welle (61) verbindet, ist durch Rp bezeichnet; eine Drehwinkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle (27) ist durch ω bezeichnet; und ein Verhältnis der Drehzahl der beweglichen exzentrischen Welle (61) zu der Drehzahl der Kurbelwelle (27) ist durch η bezeichnet; die Drehrichtung der der beweglichen exzentrischen Welle (61) bezüglich der Kurbelwelle ist durch ein positives Vorzeichen bezeichnet, wenn die bewegliche exzentrische Welle (61) sich in derselben Richtung wie diejenige der Kurbelwelle (27) dreht, oder ist durch ein negatives Vorzeichen bezeichnet, wenn die bewegliche exzentrische Welle (61) sich in der entgegengesetzten Richtung zu derjenigen der Kurbelwelle (27) dreht, wobei somit das Verältnis η = +0,5 oder n = –0,5 beträgt; wobei die folgende Gleichung erfüllt ist: –L4·sinϕ4·dϕ4/dt + L2·cos(α + ϕ1)·dϕ1/dt – R·ω·sinθ = 0 wobei: ϕ4 = arcsin{L2·cos(α + ϕ1) + R·sinθ – δ}/L4 dϕ4/dt = ω·[-L2·sin(α + ϕ1)·(R·cos(θ – ϕ3) – η·Rp·cos(θp – ϕ3)) /(L1·sin(ϕ1 + ϕ3)) + R·cosθ}]/(L4·cosϕ4) ϕ1 = arcsin[(L32 – L12 – C2 – D2)/{2·L1·√(C2 + D2)}] – arctan (C/D) ϕ3 = arcsin((R·cosθ – L6 – Rp·cosθp + L1·sinϕ1)/L3) C = L5 + Rp·sinθp – R·sinθ D = L6 + Rp·cosθp – R·cosθ θp = η·θ + γ dϕ1/dt = ω·{R·cos(θ – ϕ3) – η·Rp·cos(θp – ϕ3))/{L1·sin(ϕ1 + ϕ3))und wobei Kurbelwinkel θ an einem oberen Totpunkt sowohl des Ansaugtakts als auch des Ausstoßtakts und an dem oberen Totpunkt im Verdichtungstakt aus der Gleichung bestimmt sind, und wobei die Länge L1 des zweiten Arms (67); die Länge L2 des ersten Arms (66); die Länge L3 der Steuerstange (69); die Länge L4 des Pleuels (64); die Länge L5 von der Achse der Kurbelwelle (27) zu den Achsen der Drehwellen (81, 82) in der Richtung der y-Achse; die Länge L6 von der Achse der Kurbelwelle (27) zu den Achsen der Drehwellen (81, 82) in der Richtung der x-Achse; der Betrag δ des Versatzes der Zylinderachse von der Achse der Kurbelwelle (27) in der Richtung der y-Achse; der durch den ersten und den zweiten Arm (66, 67) gebildete Winkel α; die Länge R zwischen der Achse der Kurbelwelle (27) und dem Kurbelzapfen (65); die Länge Rp der geraden Linie, die die Achsen der Drehwellen (81, 82) und die Achse der beweglichen exzentrischen Welle (61) verbindet, und der Winkel θp, wenn der Winkel θ „0" ist, derart bestimmt sind, dass der obere Totpunkt sowohl des Ansaugtakts als auch des Ausstoßtakts und der obere Totpunkt im Verdichtungstakt einander entsprechen, und zwar gemäß der folgenden Gleichung: X = L4·cosϕ4 + L2·sin(α + ϕ1) + R·cosθwelche ein Niveau X des Kolbenbolzens bei den beiden Kurbelwinkeln wiedergibt.
Motor nach Anspruch 1, wobei eine Ortskurve der Bewegung des Kolbbenbolzens (63) derart bestimmt ist, dass sie in einen Bereich zwischen der x-Achse und einer der x-Achse nächsten von Tangentiallinien, welche parallel zu der x-Achse und tangential zu einer im Arbeitstakt durch einen Verbindungspunkt zwischen dem Pleuel (64) und dem ersten Arm (66) beschriebenen Ortskurve sind, fällt.
Motor nach Anspruch 1, wobei der Bereich des Kurbelwinkels im Arbeitstakt größer gewählt ist als im Ansaugtakt, und wobei der Bereich des Kurbelwinkels im Ausstoßtakt größer gewählt ist als im Verdichtungstakt.
Motor nach Anspruch 3, wobei die Bereiche der Kurbelwinkel im Arbeitstakt und im Ausstoßtakt jeweils bei Werten gewählt sind, die 180 Grad überschreiten.
Motor nach Anspruch 4, wobei die bewegliche exzentrische Welle (61) an den Drehwellen (81, 82) angebracht ist, deren Achsen an Stellen angeordnet sind, die in der x-y-Ebene von der Achse der Kurbelwelle (27) jeweils im Abstand der Länge L5 in der Richtung der y-Achse und der Länge L6 in der Richtung der x-Achse angeordnet sind, so dass sie von den Achsen der Drehwellen (81, 82) in einem Abstand angeordnet ist, der einem Radius Rp entspricht, und wobei dann, wenn die Länge R zwischen der Achse der Kurbelwelle (27) und dem Kurbelzapfen (65) als 1.0 gewählt ist, die Länge L1 des zweiten Arms (67) in einem Be reich von 1,7 bis 4,5 gewählt ist; die Länge L2 des ersten Arms (66) in einem Bereich von 0,6 bis 5,2 gewählt ist; die Länge L3 der Steuerstange (69) in einem Bereich von 4,3 bis 6,9 gewählt ist; die Länge L5 zwischen der Achse der Kurbelwelle (27) und den Drehwellen (81, 82) in der Richtung der y-Achse in einem Bereich von 2,3 bis 4,0 gewählt ist; die Länge L6 zwischen der Achse der Kurbelwelle (27) und den Drehwellen (81, 82) in der Richtung der x-Achse in einem Bereich von 0,00 bis 3,35 gewählt ist; und der Radius Rp in einem Bereich von 0,25 bis 1,80 gewählt ist; sowie der durch den ersten und den zweiten Arm (66, 67) gebildete Winkel α in einem Bereich von 105 bis 180 Grad gewählt ist.