WO1998001656A1 - Eccentrically mounted connecting rod big end - Google Patents

Eccentrically mounted connecting rod big end Download PDF

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    • F02B41/02—Engines with prolonged expansion
    • F02B41/04—Engines with prolonged expansion in main cylinders

Definitions

  • crankshaft journal with a crankshaft journal
  • connecting rod foot being mounted directly on the crankshaft journal with a slide bearing
  • Another slide bearing which is attached around the outer circle of the eccentric, stored in the connecting rod foot, connects the connecting rod with the eccentric and crank pin to form a unit.
  • the gears attached to the side of the eccentric run into the ring gears provided for this purpose, which are connected to the motor housing by Allen screws.
  • the motor housing and the crankshaft must be modified accordingly to accommodate the ring gears.
  • the invention has for its object to provide a piston-driven internal combustion engine, which is designed in its mode of operation so that the fuel consumed with conventional internal combustion engines can be reduced by about 50% or more with the same power. This problem is solved with the features listed in claim 1.
  • the gear ratio between eccentric gears and ring gears is 2: 1.
  • the eccentric rotation is balanced with counterweights.
  • crankshaft and the eccentric unit are also at the neutral top dead center, just as with a crankshaft and piston position of a conventional engine.
  • This eccentric increase ensures that the piston has a different position in the greatest lever travel of the crankshaft.
  • the dimension given in my drawing is 6mm for example. This measure can be increased or decreased by changing the eccentric dimension.
  • This force which acts on the piston, can be reduced again by my invention by the fact that less fuel now has to be burned so that the engine power corresponds to the original power again. As a result, fuel consumption is also reduced.
  • this medium pressure can be explained arithmetically by my invention.
  • a combustion engine in today's category has a combustion pressure of approx. 60 bar at the time of complete combustion at top dead center, with an average working pressure of 9.48 bar.
  • a ratio results from the initial combustion pressure of approx. 60 bar and the available mean pressure of approx. 9.48 bar.
  • the stroke of the motor shown in my drawing is 76mm.
  • the largest lever travel of the crankshaft is 90 "and thus 38 mm stroke.

Abstract

Eccentrically mounted connecting rod big end for an internal combustion engine. An eccentric (3) that rotates clockwise (11) is mounted on the crankshaft journal (1), which rotates anti-clockwise (10), by means of a friction bearing (2). The effect obtained is an increase of the mean working pressure of the internal combustion engine.

Description

Beschreibung description
Exzentrisch gelagerter Pleuelfuß.Eccentric connecting rod foot.
Verbrennungsmotore herkömmlicher Art weisen eine Kurbelwelle mit einem Kurbelwellenzapfen auf, wobei der Pleuelfuß direkt mit einem Gleitlager auf dem Kurbelwellenzapfen gelagert ist.Internal combustion engines of a conventional type have a crankshaft with a crankshaft journal, the connecting rod foot being mounted directly on the crankshaft journal with a slide bearing.
Bei der von mir erfundenen Konstruktion ist zunächst auf dem Kurbelwellenzapfen ein geteiltes Gleitlager sowie ein geteilter Exzenter, mit intregierten, beidseitig angebrachten Zahnrädern gelagert. Dieser geteilte Exzenter wird mittels Inbußschrauben miteinander befestigt.In the construction I invented, a split plain bearing and a split eccentric are initially mounted on the crankshaft journal, with integrated gears attached on both sides. This split eccentric is fastened together using Allen screws.
Ein weiteres Gleitlager und zwar angebracht um den Außenkreis des Exzenters, lagernd im Pleuelfuß, wird die Pleuelstange mit Exzenter und Kurbelzapfen zu einer Einheit verbunden.Another slide bearing, which is attached around the outer circle of the eccentric, stored in the connecting rod foot, connects the connecting rod with the eccentric and crank pin to form a unit.
Die an dem Exzenter intregierten, seitlich angebrachten Zahnräder laufen in die dafür vorgesehenen Hohlräder, welche mit dem Motorengehäuse durch Inbußschrauben verbunden sind.The gears attached to the side of the eccentric run into the ring gears provided for this purpose, which are connected to the motor housing by Allen screws.
Das Motorengehäuse sowie die Kurbelwelle muß für die Aufnahme der Hohlräder dementsprechend abgeändert werden.The motor housing and the crankshaft must be modified accordingly to accommodate the ring gears.
Eine Fundstelle für meine Erfindung ist nicht vorhanden.There is no reference for my invention.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolben getriebenen Verbrennungsmotor zu schaffen, der in seiner Wirkungsweise so konstruiert ist, daß der mit herkömmlichen Verbrennungsmotoren verbrauchte Kraftstoff, bei gleicher Leistung, um ca. 50% oder mehr gesenkt werden kann. Dieses Problem wird mit dem in Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.The invention has for its object to provide a piston-driven internal combustion engine, which is designed in its mode of operation so that the fuel consumed with conventional internal combustion engines can be reduced by about 50% or more with the same power. This problem is solved with the features listed in claim 1.
Mit der Erfindung wird erreicht, daß der Kraftstoffverbrauch bei Kolbenverbrennungsmotoren, sowohl bei Otto als auch Diesel, um ca. 50% gesenkt werden kann.With the invention it is achieved that the fuel consumption in piston internal combustion engines, both petrol and diesel, can be reduced by approximately 50%.
Gleichzeitig wird die Schadstoffemission, gleich welcher Art, ebenfalls um diesen %-Satz reduziert.At the same time, pollutant emissions of any kind are also reduced by this percentage.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert.An embodiment of the invention is explained with reference to the accompanying drawings.
In der Zeichnung ist zu erkennen, daß um den herkömmlichen Kurbelwellenzapfen ein Exzenter mit intregierten Zahnrädern, rechts und links, gelagert ist. Die Zeichnung zeigt allerdings nur eine Seite in der Draufsicht.In the drawing it can be seen that an eccentric with integrated gears, right and left, is mounted around the conventional crankshaft journal. However, the drawing shows only one side in plan view.
Um diesen Exzenteraußendurchmesser ist wiederum ein Gleitlager angebracht, welches mittels Pleuelfußhalbschalen gehalten wird.Around this eccentric outer diameter, a slide bearing is in turn attached, which is held by means of connecting rod half-shells.
Die seitlich an dem Exzenter angebrachten Zahnräder bewegen sich bei der Kurbelwellendrehung in einem Hohlrad, entgegengesetzt der Kurbelwellendrehrichtung.When the crankshaft rotates, the gearwheels attached to the side of the eccentric move in a ring gear, opposite to the crankshaft rotation direction.
Das Übersetzungsverhältnis zwischen Exzenterzahnrädern und Hohl- rädern ist 2:1.The gear ratio between eccentric gears and ring gears is 2: 1.
Die Exzenterrotation wird mit Gegengewichten ausgeglichen.The eccentric rotation is balanced with counterweights.
Im oberen Totpunkt des Kolbens steht somit auch die Kurbelwelle und die Exzentereinheit im neutralen oberen Totpunkt, gleich wie bei einer Kurbelwellen und Kolbenstellung eines herkömmlichen Motors .At the top dead center of the piston, the crankshaft and the eccentric unit are also at the neutral top dead center, just as with a crankshaft and piston position of a conventional engine.
Der gleiche Nullpunkt des Exzenters ist im unteren Totpunkt. Bewegt sich nunmehr der Kolben in Motordrehrichtung linksherum, abwärts, wird der Exzenter angetrieben.The same zero point of the eccentric is in the bottom dead center. If the piston now moves downwards in the direction of engine rotation, the eccentric is driven.
Gleichzeitig wird durch das Zahnrad, im Hohlrad und die auf dem Kolben wirkende Kraft, der Exzenter in entgegengesetzter Drehrichtung um den Kurbelwellenzapfen und im Pleuelfuß mit zunehmender Gradzahl der Kurbelwelle verdreht.At the same time, the gear wheel, the ring gear and the force acting on the piston rotate the eccentric in the opposite direction of rotation around the crankshaft journal and in the connecting rod as the number of degrees of the crankshaft increases.
Hat die Kurbelwelle einen Winkel von 90" (größter Hebelweg) erreicht, so hat der Exzenter eine Drehung von 180" durchgeführt, sodaß sich das größte Ausfallmaß des Exzenters genau in der Linie 180" vom Pleuelfuß zum Pleuelauge befindet.When the crankshaft has reached an angle of 90 "(greatest leverage), the eccentric has made a rotation of 180", so that the largest dimension of the eccentric is exactly in the line 180 "from the connecting rod foot to the connecting rod eye.
Durch diese Exzentererhöhung wird erreicht, daß der Kolben im größten Hebelweg der Kurbelwelle eine andere Stellung bekommt.This eccentric increase ensures that the piston has a different position in the greatest lever travel of the crankshaft.
Und zwar eine andere Stellung um jeweils das Maß bekommt, daß in Richtung oberen Totpunkt um das Maß, daß der Exzenter außerhalb der Mitte versetzt ist.That is to say that it gets a different position by the amount that towards the top dead center by the amount that the eccentric is offset outside the center.
Das in meiner Zeichnung angegebene Maß ist zum Beispiel 6mm. Dieses Maß kann durchaus durch Abänderung des Exzentermaßes erhöht oder verringert werden.The dimension given in my drawing is 6mm for example. This measure can be increased or decreased by changing the eccentric dimension.
Durch das verschieben des Kolbens in Richtung oberen Totpunkt, im Verbrennungstakt, wird erreicht, daß sich der sogenannte Mitteldruck der als Kraft auf den Kolben wirkt um das doppelte oder mehr erhöht .By moving the piston towards top dead center, in the combustion cycle, it is achieved that the so-called medium pressure, which acts as a force on the piston, increases by twice or more.
Durch diese Erhöhung um ca. das doppelte der Kraft, die auf den Kolben wirkt, erhöht sich demtentsprechend die Leistung bei gleichem Benzinverbrauch eines herkömmlichen Motors.This increase by approximately twice the force acting on the piston increases the output accordingly with the same petrol consumption as a conventional engine.
Diese Kraft, die auf den Kolben wirkt, kann durch meine Erfindung dadurch wieder verringert werden, das nunmehr weniger Kraftstoff verbrannt werden muß, sodaß die Motorleistung der Ursprungsleistung wieder entspricht. Demzufolge verringert sich auch der Kraftstoffverbrauch.This force, which acts on the piston, can be reduced again by my invention by the fact that less fuel now has to be burned so that the engine power corresponds to the original power again. As a result, fuel consumption is also reduced.
In einem Rechenbeispiel kann dieser Mitteldruck durch meine Erfindung rechnerisch dargelegt werden.In a calculation example, this medium pressure can be explained arithmetically by my invention.
Angenommen ein Motor hat einen Hub von 76mm, dann stehen als Weg des Kolbens der obere Totpunkt bis zur Kurbelwellenstellung 90" gleich 38mm zur Verfügung.Assuming an engine has a stroke of 76mm, the top dead center up to the crankshaft position 90 "is equal to 38mm.
Geht mann davon aus, daß ich diesen Weg, wie in meiner Zeichnung gezeigt, um 6mm in Richtung oberen Totpunkt verändere, dann wird das Lineare Ausdehnen des Verbrennungsgases um ein Anteilsverhältnis des ursprünglichen Weges verkürzt.Assuming that I change this path, as shown in my drawing, by 6mm towards top dead center, the linear expansion of the combustion gas will be shortened by a proportion of the original path.
Ein Verbrennungsmotor der heutigen Kategorie, hat zum Zeitpunkt des vollkommenen Verbrennens im oberen Totpunkt einen Verbrennungsdruck von ca. 60 bar, bei einem mittlerem Arbeitsdurck von 9,48 bar.A combustion engine in today's category has a combustion pressure of approx. 60 bar at the time of complete combustion at top dead center, with an average working pressure of 9.48 bar.
Eine Verhältniszahl ergibt sich aus den anfänglichen Verbrennungsdruck von ca. 60 bar und dem zur Verfügung stehenden Mitteldruck von ca. 9,48 bar.A ratio results from the initial combustion pressure of approx. 60 bar and the available mean pressure of approx. 9.48 bar.
Diese Verhältniszahl errechnet sich wie folgt:This ratio is calculated as follows:
60 bar : 9,48 bar = 6,33 (Verhältnis)60 bar: 9.48 bar = 6.33 (ratio)
Da der Verbrennungsdruck, bei abwärtsgehenden Kolben gleichmäßig abfällt, läßt sich hier eine Verhältnismäßigkeit in mm darlegen.Since the combustion pressure drops evenly with the pistons going down, a proportionality in mm can be shown here.
Bei dem in meiner Zeichnung angegebenen Motor liegt der Hub bei 76mm. Der größte Hebelweg der Kurbelwelle ist bei 90" und somit bei 38 mm Hub gegeben.The stroke of the motor shown in my drawing is 76mm. The largest lever travel of the crankshaft is 90 "and thus 38 mm stroke.
Nunmehr gehe ich von einem Anfangsverbrennungsdruck von 60 bar und einem mittleren Arbeitsdruck von 9,48 bar aus. Hieraus resultiert:Now I am assuming an initial combustion pressure of 60 bar and an average working pressure of 9.48 bar. This results in:
60 bar - 9,48 bar = 50,52 bar60 bar - 9.48 bar = 50.52 bar
50,52 bar : 38 mm = 1,33 bar50.52 bar: 38 mm = 1.33 bar
Damit reduziert sich die Druckminderung pro mm um 1,33 bar.This reduces the pressure drop per mm by 1.33 bar.
Da der Verbrennungsdruck sich bei abwärts gehenden Kolben gleichmäßig verringert, so verringert jeder mm Hub um 1,33 bar.Since the combustion pressure drops evenly with the pistons going down, each mm stroke decreases by 1.33 bar.
Gehe ich nun, wie in meiner Zeichnung dagelegt dem Verbrennungsdruck, durch Einbau dieses Exzenters z.B. um 6mm dem oberen Totpunkt, mit der Kolbenstellung entgegen, so entsteht ein Arbeitsdruck von nicht mehr 9,48 bar sondern von 17,46 bar.Now, as shown in my drawing, I go to the combustion pressure by installing this eccentric e.g. By 6mm to the top dead center, with the piston in the opposite position, the working pressure is no longer 9.48 bar but 17.46 bar.
Bei der Kurbelwellenstellung von 90" und einem Kolbendurchmesser von 100 mm ergibt sich eine Fläche von:With a crankshaft position of 90 "and a piston diameter of 100 mm, this results in an area of:
10 x 10 x 3,14 : 4 = 78,5 cm2 10 x 10 x 3.14: 4 = 78.5 cm 2
78,5cm- x 9,48 bar = 744,18 Kg78.5cm- x 9.48 bar = 744.18 Kg
Durch die Abänderung des Arbeitsdrucks durch meine Erfindung, des verkleinnerten Brennraums ergibt sich somit eine Kolbenkraft von nunmehr 1.370,61 Kg.By changing the working pressure through my invention, the reduced combustion chamber, the piston force is now 1,370.61 Kg.
78,5 cm- x 17,46 bar = 1.370,61 Kg78.5 cm x 17.46 bar = 1,370.61 kg
Dieses ist nunmehr die jetzige Kraft, die auf den Kolben als Arbeitsdruck wirkt.This is now the current force that acts on the piston as the working pressure.
Hieraus ergibt sich, daß durch Verringerung der Kraftstoffmenge und durch den damit verbundenen verringerten Anfangsverbrennungsdruck der ursprüngliche Arbeitsdruck von 9,48 bar wieder erreicht wird. Die Grundlagenberechnung des Anfangsverbrennungsdrucks errechnet sich aus der Formel :It follows from this that by reducing the amount of fuel and the associated reduced initial combustion pressure, the original working pressure of 9.48 bar is reached again. The basic calculation of the initial combustion pressure is calculated from the formula:
NeNo
Pe = Vn x n x 900 = Pe = Vn xnx 900 =
BezugszeichenlisteReference list
1 = Kurbelwellenzapfen1 = crankshaft journal
2 = Gleitlager2 = plain bearing
3 = Exzenter3 = eccentric
4 = Gleitlager4 = plain bearing
5 = Pleuelstange5 = connecting rod
6 = Zahnräder6 = gears
7 = Hohlräder7 = ring gears
8 = Inbußschrauben8 = Allen screws
9 = Kolbenweg9 = piston travel
10 = Kurbelwellendreh- richtung10 = direction of crankshaft rotation
11 = Exzenterdrehrichtung11 = eccentric direction of rotation
12 = Kurbelwelle 90"12 = crankshaft 90 "
13 = Inbußschrauben13 = Allen screws
14 = Motorengehäuse 14 = motor housing

Claims

Patentansprücheclaims
A,Exzentrisch gelagerte Pleuel fuß zur Erhöhung des mittleren Arbeitsdrucks eines Kolbenverbrennungsmotors.A, eccentrically mounted connecting rod foot to increase the average working pressure of a piston internal combustion engine.
Dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenter (3) mit Drehrichtung rechts (11) auf dem Kurbelwellenzapfen (1) mit Drehrichtung links (10) mittels eines Gleitlagers (2) gelagert ist und an diesem Exzenter (3) beidseitig ein Zahnrad (6) angebracht ist.Characterized in that the eccentric (3) with the direction of rotation to the right (11) is mounted on the crankshaft journal (1) with the direction of rotation to the left (10) by means of a slide bearing (2) and a gear (6) is attached to this eccentric (3) on both sides .
Diese angebrachten Zahnräder (6) laufen jeweils in einem innen verzahnten Hohlrad (7) die jeweils links und rechts seitlich der Pleuelstange (5), am Exzenter (3) angeordnet sind.These attached gears (6) each run in an internally toothed ring gear (7) which are arranged on the left and right of the connecting rod (5) on the eccentric (3).
Diese Hohlräder, welche mit dem dafür vorgesehenen Motorengehäuse (14) durch Inbußschrauben (8) fest verbunden sind, bilden einen festen Widerstand, gegenüber den beiden Zahnrädern (6), welche an dem Exzenter (3) angebracht sind.These ring gears, which are firmly connected to the motor housing (14) provided for this purpose by Allen screws (8), form a fixed resistance to the two gear wheels (6) which are attached to the eccentric (3).
Das Übersetzungsverhältnis zwischen den Zahnrädern (6) und den beiden Hohlrädern (7) ist 2:1.The gear ratio between the gears (6) and the two ring gears (7) is 2: 1.
Die Größe, bzw. der Durchmesser der Hohl- (7) und Zahnräder (6) richten sich jeweils nach dem Hub eines jeden Motors.The size or the diameter of the hollow (7) and gear wheels (6) depend on the stroke of each motor.
Die Pleuelstange (5) ist mit dem Pleuelfuß auf der Außenfläche des Exzenters (3), mittels Gleitlager (4) gelagert.The connecting rod (5) is mounted with the connecting rod foot on the outer surface of the eccentric (3) by means of slide bearings (4).
Der Exzenter (3) selbst besteht aus zwei geteilten Hälften, die mittels Schrauben (13) zusammengeschraubt und damit zerlegbar, verbunden sind.The eccentric (3) itself consists of two divided halves which are screwed together by means of screws (13) and can thus be dismantled.
Durch die Exzenteranordnung auf dem Kurbelwellenzapfen wird erreicht, daß der Kolben um ein bestimmtes Maß in Richtung o.T. (9), Kurbelwellenstellung 180" (12), versetzt wird. ^.Exzentrisch gelagerter Pleuelfuß nach Patentanspruch 1.The eccentric arrangement on the crankshaft journal ensures that the piston is displaced by a certain amount in the direction oT (9), crankshaft position 180 "(12). ^ .Eccentrically mounted connecting rod foot according to claim 1.
Dadurch gekennzeichnet, daß der Kurbelwellenzapfen (1) einen Exzenter (3) mit intregierten, seitlich angebrachten Zahnrädern (6) aufweist.Characterized in that the crankshaft journal (1) has an eccentric (3) with integrated, laterally attached gear wheels (6).
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