DE3129630A1

DE3129630A1 - Kolbentriebwerk fuer hubkolbenverbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE3129630A1
Application number: DE19813129630
Authority: DE
Inventors: Wenzel 3500 Kassel Schubert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-07-28
Filing date: 1981-07-28
Publication date: 1983-02-17

Description

Wenzel Schubert *" 3500 Kassel, den 22. 7. 1981

Ziegenhainer Straße 35
3500 Kassel

Kolbentriebwerk für Hubkolbenverbrennungskraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kolbentriebwerk für eine Hubkolbenverbrennungskraftmaschine mit einem Hubkolben in einem Zylinder.

Bei Hubkolbenverbrennungskraftmaschinen herkömmlicher Bauart mit einem Kolbentriebwerk mit Kurbelwelle, Pleuelstange und dem in einem Zylinder hin- und hergehenden Kolben besteht der schwerwiegende Nachteil, daß im oberen Totpunkt (OT), also gerade in dem Bereich, wo die Verbrennungsgase den größten Arbeitsdruck auf die Wandungen des Verbrennungsraumes und damit auch auf den Kolbenboden ausüben, die "Nachgiebigkeit" der Wandungen des Verbrennungsraumes -also mit anderen Worten, die "Nachgiebigkeit des Kolbenbodens- theoretisch gleich Null ist. In dem oberen Totpunkt und auch ein gutes Teil danach trägt die Expansion nicht oder noch nicht wesentlich dazu bei, daß die seitliche Komponente aus der Kolbenkraft eine Drehbewegung der Kurbelwelle hervorruft. Die Folge davon ist, daß sich bei einem herkömmlichen Kolbentriebwerk im OT im Verbrennungsraum bei der Zündung des Luft-Gasgemisches ein sehr hoher Druck aufbaut, der durch die Abwärtsbewegung des Kolbens in der Zeiteinheit erst nach Zurücklegung einer beträchtlichen Hubstrecke abgebaut wird. In der Nähe des OT ist die Abwärtsbewegung des Kolbens in der Zeiteinheit gemessen minimal. Dem hohen Druck sucht man konstruktiv dadurch zu begegnen, daß die Triebwerksteile entsprechend verstärkt ausgeführt werden, damit überhaupt die hierbei auftretenden Schläge aufgenommen werden können. Das gilt insbesondere für Dieselbrennkraftmaschinen, bei denen verschiedene Faktoren in ungünstiger Weise zusammentreffen können. Man hat versucht, diese Druckspitzen durch Steuerung der Verfahrensabläufe abzubauen bzw. zu verflachen, z. B., indem man andere Verbrennungsverfahren, wie z. B. Vorkammerverfahren, M-Verfahren, Wirbelkammerverfahren, Schichtladungsverfahren o. ä., anwendet. Es ist allerdings schwierig, hier eine befriedigende thermodynamische Lösung zu finden, weil hier bedingt durch die Verluste beim

fs.

Gaswechselvorgang Grenzen gezogen sind. Schließlich liegt das Problem doch darin, einen Weg zu finden,, den im oberen Totpunkt vorhandenen hohen Druck für die Drehbewegung der Kurbelwelle nutzbar zu machen. Im Bereich des OT ist bei einem herkömmlichen Kurbeltriebwerk der "Raumgewinn" infolge der Hubbewegung des Kolbens äußerst gering. Die wenigen mm_p die bei der Abwärtsbewegung des Kolbens an Hub gewonnen werden, vermögen bei einem herkömmlichen Hubkolbentriebwerk nicht eine solche Rauravergrößerung zu schaffen, daß auf Grund der bekannten Beziehung zwischen Druck und Volumen ein spürbarer Druckabfall zustande kommt. Bei dem herkömmlichen Triebwerk steht im OT die Pleuelstange senkrecht auf dem Kurbelzapfen; Kurbelarm und Pleuelstange bilden eine gerade Linie. Es ist im OT theoretisch keine Komponente vorhanden, die tangential an den Kurbelkreis wirkt.

Zur Vermeidung dieser Nachteile im OT sind auch bereits Doppelkolbentriebwerke vorgeschlagen worden_p bei denen man durch das "elastische Verhalten" der Kolben eine Vergrößerung des Ansaugvolumens bzw. eine größere Kompression erreichen will,, dadurch, daß der eine der beiden Kolben durch einen zusätzlichen Exzenter auf dem Kurbelzapfen betätigt wird (0S„ 27 09 939). Im OT kommt auch bei Vorhandensein eines Exzenters bei dieser Doppelkolbenmas chine keine Komponente zustande, die tangential an den Kurbelkreis wirkt.

Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde» die Nachteile der bekannten Hubkolbentriebwerke zu vermeiden und ohne Änderung des Gasaufbereitungsverfahrens ein Hubkolbentriebwerk zu schaffen, das im Bereich des OT ohne Änderung des thermodynamischen Prozesses eine andere Druckverteilung und einen anderen Anteil an der Weiterdrehung der Kurbelwelle und damit des Triebwerkes realisiert. Es soll eine Drehmomentverstärkung -beginnend im OT- im mittleren Bereich erreicht werden^ d„ h_op die Pleuelstange soll im OT eine Komponente haben₀ die tangential an den Kurbelkreis wirkt.

Die gestellte Aufgabe wird gelöst durch ein Kolbentriebwerk für eine Hubkolbenverbrennungskraftmaschine mit einem Hubkolben je

-X- f.

Zylinder, bei der der Arbeitsdruck auf die Oberfläche des Kolbenbodens wirkt und bei der der Arbeitskolben-(Druckkolben) im Zylinder hin- und herbeweglich angeordnet ist und auf ein Triebwerk ein· wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß eine kurze Koppelpleuelstange vom Pleuelbolzenlager des Arbeitskolbens ausgehend auf einen schräg unter einem stumpfen Winkel abgewinkelten Teil (Nebenpleuel) der längeren Hauptpleuelstange, die mit ihrem oberen Pleuelauge in einer unterhalb des Arbeitskolbens im Zylinder auf- und abbeweglich angeordneten Gleitführung in Art eines (oben und unten offenen) Stützkolbens gelagert ist, wobei das längere Ende (Pleuelkopf, Hauptpleuel) an dem Kurbelwellenzapfen angeschlossen istj einwirkt.

Die unterhalb des Arbeitskolbens im Zylinder auf- und abbewegliche Gleitführung kann in Form einer rundum mit einer geschlossenen Mantelfläche versehenen Führung auch in Art eines Kreuzkopfes mit zwei in der Abstützungsebene gegenüberliegenden Mantelsegmenten ausgebildet sein. Die ManteLfläche des Arbeitskolbens kann im unteren Abschnitt verjüngt ausgebildet sein, derart, daß sie mit dem verjüngten Teil in einem entsprechenden Abschnitt der Innenwandung der Gleitführung geführt wird.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hubkolbentriebwerkes dargestellt.

Es zeigen:

Figur 1 schematisch das erfindungsgemäße Hubkolbentriebwerk in einer Stellung, be L der sich der Arbeitskolben im oberen Totpunkt befindet,

Figur 2 schematisch die Position des Arbeitskolbens gemäß Fig.l 90° nach dem oberen Totpunkt,

Figur 3 den Arbeitskolben gemäß Fig. 1 und 2,

Figur k die Gleitführung gomäß Fig. 1 und 2 in Form eines Stützkolbens,

Figur 5 die kurze Pleuelstange (Koppelpleuelstange) für den Arbeitskolben gemäß Fig. 3,

Figur 6 die längere Hauptpleuelstange mit dem schräg unter einem stumpfen Winkel abgewinkelten Teil (Nebenpleuel).

In den Zeichnungen ist 1 die im Prinzip (ohne Ventile) dargestellte erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine, 2 der Zylinder, 3 der Zylinderdeckel, 4· der Verbrennungsraum, 5 der Arbeitskolben, der sich in dem Zylinder 2 auf- und abbewegt„ 6 ist der verjüngte Mantel des Kolbens 5, 7 ist das Kolbenbolzenauge für den Arbeitskolben 5, 8 ist der Kolbenbolzen für den Arbeitskolben 5, 9 ist die kurze Pleuelstange, die vom Kolbenbolzen 8 im Kolbenbolzenauge 7 des Arbeitskolbens 5 ausgehend mit ihrem Pleuellager 10 an ihrem einen Ende den Zapfen 11 auf dem unter einem stumpfen Winkel abgewinkelten Teil (Nebenpleuel) 12 der längeren Pleuelstange 13 umschließt. Das Pleuelauge der kurzen Pleuelstange 9 ist mit 9' bezeichnet. Das obere Pleuellager der längeren Pleuelstange (Hauptpleuel) 13 ist mit 14. bezeichnet, es umfaßt den (Kolben) -bolzen 15, der im Kolbenbolzenauge 16 des als Gleitführung dienenden unteren Stützkolbens 17 angeordnet ist. Der Stützkolben 17 umfaßt mit seinem schürzenförmigen Teil 18 den verjüngt ausgeführten unteren Teil 6 des Arbeitskolbens 5 <■ Auf dem Umfang des verjüngten Teiles 6 des Arbeitskolbens 5 sind Bohrungen 19 für das Entweichen der Luft angeordnet. Mit dem unteren Pleuellager 20 an der längeren Pleuelstange 13 wird der Kurbelzapfen 21 der Kurbelwelle 22 umfaßt. Der Pfeil X zeigt die tangentiale Wirkung, die im oberen Totpunkt auf den Kurbelzapfen 21 ausgeübt wird. Die lange Pleuelstange 13 mit dem oberen Pleuelauge 14·* das abgewinkelte Teil 12 und das untere Pleuellager 20 stellen ein festes Dreieck dar. In Figur 1 ist die Verbrennungskraftmaschine 1 schematisch so dargestellt, daß der Kurbelzapfen 21 an der Kurbelwelle 22 im OT steht, also auf dem höchsten Punkt des Kurbelkreises 23. In diesem Punkt herrscht im Brennraum 4- theoretisch der höchste Arbeits- ' druck, der sich auf die Fläche des Kolbenbodens des Arbeitskolbens ! 5 so auswirkt, daß der Kolben 5 nach unten gedrückt wird, wobei die kurze Pleuelstange 9, die mit dem ©inen Pleuelauge 9" den

Kolbenbolzen 8 im Kolbenbolzenauge 7 des Arbeltskolbens 5 umfaßt, mit dem unteren Pleuellager 10 auf den Zapfen 11 des abgewinkelten Teiles 12,drückt. Dies wirkt sich in dem Sinne aus, daß die PIe elstange 13 um den Kolbenbolzen 15 des Stützkolbens 17 mit ihrem Pleuellager 20 den Kurbelzapfen 21 der Kurbelwelle 22 im Drehsinne herumhebelt. Es wirkt also im OT eine starke Drehkraft tangential um den Kurbelkreis 23.

Claims

Patentansprüche

Kolbentriebwerk für Hubkolbenverbrennungskraftmaschine mit einem je Zylinder hin- und herbeiieglich angeordneten Arbeitskolben, bei der der Arbeitsdruck auf die Oberfläche des Kolbenbodens wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß eine kurze Koppelpleuelstange (9) vom Pleuelbolzenlager (7, 8„ 9) des Arbeitskolbens (5) ausgehend auf einen schräg unter einem stumpfen Winkel abgewinkelten Nebenpleuel (11, 12) der längeren Hauptpleuelstange (13) einwirkt, die mit ihrem oberen Pleuelauge (IA₅ 15) in einer unterhalb des Arbeitskolbens (5) im Zylinder (2) auf- und abbeweglich angeordneten Gleitführung (17) gelagert ist , wobei das längere Ende der Pleuelstange (13) mit ihrem Pleuellager (20) an den Kurbelwellenzapfen (21) angeschlossen ist.

Kolbentriebwerk für Hubkolbenverbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,, daß die unterhalb des Arbeitskolbens (5) auf- und abbeweglich angeordnete Gleitführung (17) in Form einer rundum geschlossenen zylindrischen Mantelfläche ausgebildet ist.

Kolbentriebwerk für Hubkolbenverbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet„ daß die Gleitführung (17) in Form von zwei einander gegenüberliegenden Mantelsegmenten für die Führung im Zylinder (2) ausgebildet ist.

Kolbentriebwerk für Hubkolbenvarbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 und einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das schürzenförmig ausgebildete Teil (18) der Gleitführung (17) den am Ende verjüngt ausgebildete Mantel (6) des Arbeitskolbens (5) umfaßt.