DE2935977A1 - Piston engine with double connecting rod - has connecting rod in two hinging sections attached by lever to housing - Google Patents
Piston engine with double connecting rod - has connecting rod in two hinging sections attached by lever to housingInfo
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Abstract
Description
Eva Scherf, 8431 KemnathEva Scherf, 8431 Kemnath
HubkolbenmatorReciprocating mator
Die Erfindung betrifft einen Hubkolbenmotor, der durch entsprechende Ausgestaltung in seiner Leistung verbessert ist.The invention relates to a reciprocating engine, which by corresponding Design is improved in its performance.
Es ist bekannt, die Leistung von Hubkolbenmotoren durch längere Verweilzeiten der Kolben im oberen Totpunkt positiv zu beeinflussen. Hierzu finden bei einem bekannten Motor durch Pleuelstangenabschnitte gebildete Pleuelstangen Anwendung, die an neben dem Zylinder am Motorgehäuse gelagerte Schwenkhebel angelenkt sind. Die längeren Verweilzeiten der Kolben bringen jedoch als Nachteil die Bildung hoher Tempera-It is known that the performance of reciprocating piston engines is positive due to the longer residence times of the pistons in the top dead center to influence. For this purpose, connecting rods formed by connecting rod sections are used in a known engine, which are hinged to pivot levers mounted next to the cylinder on the motor housing. The longer residence times of the However, the disadvantage of pistons is the formation of high temperatures
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türen mit entsprechendem Wärmeübergang an das Motorgehäuse und einen hohen Anteil Stickoxyde in den Abgasen.doors with a corresponding heat transfer to the motor housing and a high proportion of nitrogen oxides in the exhaust gases.
Es ist Aufgabe der Erfindung bei einem Hubkolbenmotor unter Ausschluß dieser Nachteile Maßnahmen zur Leistungssteigerung zu schaffen.It is the object of the invention in a reciprocating piston engine to take measures to increase performance while excluding these disadvantages to accomplish.
Der Erfindung gemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Kolben über zwei miteinander gelenkig verbundene Pleuelstangenabschnitte, die mit den zugewandten Enden an einem neben dem Zylinder am Motorgehäuse gelagerten Schwenkhebel angreifen mit der Kurbelwelle verbunden ist und daß bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle ein Arbeitstakt, ein Ladetakt und ein Verdichtungstakt im Zylinder erfolgt. Bei bevorzugter Ausgestaltung wird die Spülluft oder das Kraftstoff-Luft-Gemisch über Ventile dem Zylinderinnenraum zugeführt und die Abführung der Abgase erfolgt über kolbengesteuerte Schlitze. Bei dem so gebildeten Motor führt die Pleuelstangenverschiebung beim Arbeitstakt zu einem verlängerten Hub des Kolbens nach unten und zu einem längeren Verdichtungsweg sowie verlängerte Ladungszeiten über die Dauer der jeweils zur Verfügung stehenden Drehwinkeln an der Kurbelwelle, während die Dreitaktfolge bei jeder Umdrehung der KurbelwäMe einen Arbeitstakt ermöglicht. Der längere Kolbenhub nach unten erlaubt die Abgas-According to the invention, this object is achieved in that the piston is connected via two connecting rod sections articulated to one another, with the facing ends on a pivot lever mounted next to the cylinder on the motor housing attack is connected to the crankshaft and that with each revolution of the crankshaft a work cycle, a charging cycle and a compression stroke takes place in the cylinder. In a preferred embodiment, the scavenging air or the fuel-air mixture is used supplied to the cylinder interior via valves and the The exhaust gases are discharged through piston-controlled slots. In the engine formed in this way, the connecting rod leads to displacement during the work cycle to a lengthened stroke of the piston downwards and to a longer compression path as well as lengthened Charging times over the duration of the available angles of rotation on the crankshaft, during the three-stroke sequence enables a work cycle with each rotation of the crank heater. The longer piston stroke down allows the exhaust gas
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schlitze entweder in Richtung des unteren Totpunktes zu verlagern oder bei Belassung in der Zylinderwandung den Ladetakt zu verlängern.to shift the slots either in the direction of the bottom dead center or, if left in the cylinder wall, the charging cycle to extend.
Nach weiterer Erfindung kann die Betätigung der Ventile beliebig, z.B. über Nockenwellen bzw. Gestänge erfolgen. Es entspricht dem Erfindungsgedanken, die Ventile auch durch Elektromagnete zu betätigen, die den mechanischen Aufwand des Motors verringern helfen. Die Ventile selbst können in Fortbildung der Erfindung last-, druck- oder drehzahlabhängig steuerbar sein.According to a further invention, the valves can be operated as required, e.g. via camshafts or rods. It corresponds to the idea of the invention to operate the valves also by electromagnets, which the mechanical effort help reduce the engine. In a further development of the invention, the valves themselves can be dependent on load, pressure or speed be controllable.
Schließlich schlägt die Erfindung Variationen in der Ausgestaltung des Hubkolbenmotors dadurch zu schaffen vor, daß die beiden Pleuelstangenabschnitte und/oder der Kurbelwellenradius und/oder die Länge des Schwenkhebels bzw. der Abstand der Lagerstelle für den Schwenkhebel zur Kurbelwellenlängsachse veränderbar sind. Hierdurch ist die Möglichkeit gegeben, z.B. die Kolbengeschwindigkeit im oberen Totpunkt bei gleichbleibender Drehzahl zu verändern, wodurch auch eine Einflußnahme auf den Brennverlauf gegeben ist. Außerdem ist eine Drehmomentverstärkung erreichbar, die, wie Versuche gezeigt haben, bis zum Afachen Wert eines normalen Hubkolbenmotors im Arbeitstakt ansteigen kann und zu einer entsprechen-Finally, the invention proposes variations in design of the reciprocating engine in that the two connecting rod sections and / or the crankshaft radius and / or the length of the pivot lever or the distance between the bearing point for the pivot lever and the longitudinal axis of the crankshaft are changeable. This gives the possibility, e.g. the piston speed in the top dead center at to change constant speed, whereby an influence on the combustion process is given. Also is a torque gain can be achieved which, as tests have shown, up to A times the value of a normal reciprocating piston engine can increase in the work cycle and lead to a corresponding
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den Verminderung beim Verdichtungstakt führt. Darüberhinaua übernimmt der Schwenkhebel neben seiner Steuerfunktion aber auch die Wirkung eines Kreuzkopfes und vermindert auf diese Weise die Seitenreibung des Kolbens gegebenenfalls bis zu einem Viertel des normalen Hubkolbenmotors. Das erreichte schnellere Wegtauchen des Kolbens im Arbeitstakt ergibt ferner eine schnellere Expansion der Verbrennungsgase und eine größere Tamperaturausnutzung der Energie bzw. günstigere thermische Belastung für den Hubkolbenmotor sowie weniger Stickoxyde.the reduction in the compression stroke leads. Beyond that In addition to its control function, however, the swivel lever takes over also has the effect of a cross head and in this way reduces the lateral friction of the piston, if necessary up to a quarter of the normal reciprocating engine. The faster plunging of the piston achieved in the work cycle also results a faster expansion of the combustion gases and a greater temperature utilization of the energy or cheaper thermal load for the reciprocating engine and less nitrogen oxides.
Die Erfindung ist anhand eines schematisch in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiels verdeutlicht. Hierin zeigen:The invention is illustrated using an exemplary embodiment shown schematically in the drawing. Here in demonstrate:
Fig. 1 einen Hubkolbenmotor in der Stellung zu Beginn des Arbeitstaktes,Fig. 1 shows a reciprocating piston engine in the position at the beginning of the work cycle,
Fig. 2 einen Hubkolbenmotor in der Stellung zu Beginn des Ladetaktee undFig. 2 shows a reciprocating piston engine in the position at the beginning of the charging cycle and
Fig. 3 einen Hubkolbenmotor in der Stellung zu Beginn des Verdichtungstaktes.3 shows a reciprocating piston engine in the position at the beginning of the compression stroke.
In den Figuren ist mit 1 der Zylinder eines Hubkolbenmotor und mit 2 ein Kolben bezeichnet, über Pleuelstangenabschnitte 3, 4 ist der Kolben 2 mit der Kurbelwelle 5 in Verbindung ge-In the figures, 1 is the cylinder of a reciprocating piston engine and with 2 designates a piston, via connecting rod sections 3, 4, the piston 2 is connected to the crankshaft 5
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bracht, wobei die Pleuelstangenabschnitte. 3, 4 mit ihren einander zugewandten Enden bei 6 an einem Schwenkhebel 7 gelenkig angreifen, der mit einem bevorzugt einstellbaren Lager 8 am Motorgehäuse 9 abgestutzt ist. Mit 13 ist ein Kolbenbolzen und mit 14 ein Kurbelwellenzapfen bezeichnet.brings the connecting rod sections. 3, 4 with their mutually facing ends at 6 on a pivot lever 7 attack in an articulated manner, which is supported by a preferably adjustable bearing 8 on the motor housing 9. At 13 is a Gudgeon pin and 14 denotes a crankshaft journal.
In Fig. 1 nimmt der Kolben 2 die obere Totpunktstellung ein. Beim folgenden Arbeitstakt bewegt sich der Kolben 2 abwärts. Die Kolbenbewegung erfolgt durch die Kinematik der Pleuelstangenabschnitte 3, 4 und des Schwenkhebels 7 bedingt gegenüber einem normalen Hubkolbenmotor bei kleinem Drehwinkel, etwa 85 , mit vergrößerter Kolbengeschwindigkeit, Bei überlaufen des Auslaßschlitzes 10 durch den Kolben ist der Arbeitetakt beendet.In Fig. 1, the piston 2 assumes the top dead center position. During the following work cycle, the piston 2 moves downwards. The piston movement is caused by the kinematics of the connecting rod sections 3, 4 and the pivot lever 7 opposite a normal reciprocating engine with a small angle of rotation, about 85, with increased piston speed, when overrun of the outlet slot 10 through the piston, the working cycle is ended.
In der Stellung des Kolbens 2 der Fig. 2 beginnt der Ladetakt. Hierbei wird entsprechend der Art des Hubkolbenmotors über die durch Ventile 11 gesteuerten Einlasse 12 entweder Luft oder ein Kraftstoff-Luftgemisch in den Zylinder eingebracht. Der Kolben 2 bewegt sich bei großem Drehwinkel der Kurbelwelle, etwa 146 , um einen Teilhub weiter abwärts zum unteren Totpunkt und weiter in die Stellung der Fig. 3. Die Spülung und der Ladungswechsel kann so über eine extrem lange Zeitspanne erfolgen.In the position of the piston 2 in FIG. 2, the charging cycle begins. This is done according to the type of reciprocating engine the inlets 12 controlled by valves 11 introduced either air or a fuel-air mixture into the cylinder. The piston 2 moves at a large angle of rotation of the crankshaft, approximately 146, by a partial stroke further down to the bottom dead center and further to the position of FIG. 3. The flushing and the charge exchange can thus take place over an extremely long period of time take place.
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Bei weiterer Drehung der Kurbelwelle 5 über die Stellung der Fig. 3 hinaus erfolgt der Verdichtungstakt. Die Pleuelteilung ermöglicht dabei in Verbindung mit der Kreuzkopfwirkung des Schwenkhebels 7 eine Aufwärtsbewegung des Kolbens 2 mit geringem Kraftbedarf.With further rotation of the crankshaft 5 beyond the position of FIG. 3, the compression stroke takes place. the Connecting rod division allows in connection with the crosshead effect of the pivot lever 7 an upward movement of the Piston 2 with little power requirement.
Es versteht sich, daß der so gebildete Hubkolbenmotor gleichermaßen als Otto- oder Dieselmotor zum Einsatz bringbar ist, wobei bei Letzterem auch Direkteinspritzung ohne Vorkammer erfolgen kann.It goes without saying that the reciprocating piston engine thus formed is equally can be used as a gasoline or diesel engine, with the latter also having direct injection without an antechamber can.
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