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Die
Erfindung erhöht den effektiven Druck in den Verbrennungsmotoren,
optimiert seine ökonomische und ökologische Eigenschaften
durch Realisierung der Reserven von seiner Kurbelmechanismen mit
Hilfe Trägheitskräfte von den zusätzlichen
Teile rechts an dem Pleuelkopf und an dem Pleuelfuß; außerdem
wird die Bequemlichkeit der Montage des Details der Zwangsstabilisierung
der Kolbenachse durch der geneigte Anordnung des Speziellschraube erhöht.
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Stand der Technik:
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In
den traditionellen Verbrennungsmotoren im Anfang des Arbeithubs,
wann der Druck der Gasen im Zylinder maximale ist, das Drehmoment
an Kurbelwelle von dieser maximale Kraft die Null ist, weil dabei
die Pleuelstange und die Kurbel auf einziger geraden Linie liegen.
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Der
Kolben schaukelt sich um Kolbenbolzen in dem Grenzen des notwendigen
Montagewärmspiels, was bestimmten Ausfließen anruft
und deshalb unvermeidlich die Kompression versinkt. Außerdem
haben die Kolben eine überschüssige Lange und
deshalb seine Masse, weil die Kolbenschäfte die Füfrungsfunktion
ausführen. Es führt zu einer Erhöhung
innerer Trägeitsrückdruck. Die o. g. Verluste vermindern
den effektiven Druck und entsprechend den Wirkungsgrad.
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In
dem Verbrennungsmotor gemäß Aktenzeichen 10 2007
027 202.4 sinken sich wesentlich die o. g. Verlusten. Dafür
enthält er den zusätzlichen Teil (6a)
rechts am Oberkopf des Pleuels. Bei dem Ausgang des Kolbens aus
dem Obentatpunkt in dem Anfang des Arbeitshubs und seiner Bewegung
nach unten entsteht die Trägheitskraft, die durch den Teil (6a)
ein Drehmoment, das gegen den Uhrzeigersinn, an dem Pleuel einwirkt.
Deshalb entsteht in dem Kontakt des Pleuels mit der Kurbel eine
Kraft, die ein Drehmoment mit der Richtung im Uhrzeigersinn bildet.
Solche Drehmomente von den Trägheitskräften entstehen
bei allen Takten der Arbeit des Motors und ein wesentliche Zulegen
zum Drehmoment an der Kurbelwelle bilden, was den effektiven Druck
in den Zylinder erhöht. Das Zulegen ist eine Ergänzung
der Optimierung der Anordnung der Vektoren der Kräfte während
der Arbeit des Motors und seinen Wirkungsgrad durchaus erhöht.
Die Effektivität der Wirkung der Wirkung der Trägheitskräfte
wird der Größe des Momentes bestimmt. Außerdem
wird die Verluste sich infolge Zwangsstabilisierung der Kolbenachse mit
Hilfe Führungsleiste und dem Führungsträger vermindern.
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Die
Analyse der Konstruktion des Verbrennungsmotors gemäß der
Erfindung Aktenzeichen 10 2008 027 202.4 zeigt, dass jedoch nicht
allen Reserven des Kurbelmechanismus realisierten sind.
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Aufgabe der Erfindung
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Ziel
der Erfindung ist daher die Schaffung eines Verbrennungsmotors mit
erhöhten ökonomischen und ökologischen
Kennziffern mit Hilfe der weiteren Optimierung der Größe
und Anordnung der Vektoren der Trägheitskräfte
seines Kurbelbetriebs.
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Das
Ziel wird dadurch erreicht, dass der zusätzlichen Teil
des Pleuels in dem Schnitt einer Fläche, die durch Kolbenachse
durchgeht, eine Form vorzugsweise eines Trapezes hat; dabei stoßt
seiner kleinen Grundfläche zum Pleuelkopf an, was den Abstand
zwischen dem Schwerpunkt des zusätzlichen Teils und der
Kolbenbolzenachse und deshalb die Größe des Momentes
von der Trägheitskraft und entsprechend des Drehmomentes
des Motors vergrößert; dabei hat der Pleuelfuß auch
rechts die zusätzliche Teile; deshalb benutzt sich auch
die Trägheitskraft von der Masse der ganzen Pleuelstange
für die Erhöhung des zusätzlichen Drehmomentes
infolge einer Verschiebung ihre Schwerpunkt nach rechts von der
Kolbenachse; die Achse der Speziellschraube für Befestigung
des Trägers mit der Führungsnute für
die Führungsleiste des Kolbens wird von unten Teil des
Zylinders mit einer Schrägung für die Erhöhung
Bequemlichkeit der Montage zur Peripherie geordnet sich.
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Beschreibung der Erfindung
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Die
Erfindung wird im Folgenden an Hand der dargestellten Ausführungsbeispiele
erläutert.
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Es
zeigen:
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1:
Einen Querschnitt eines Verbrennungsmotors mit den zusätzlichen
Teile rechts an dem Pleuelkopf und an Pleuelfuß und mit
den Details der Zwangsstabilisierung der Kolbenachse bei Lage 0
des Kolbens.
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2:
Der Querschnitt bei den Lagen I, II des Kolbens; die Kurbel befindet
sich in dem Quadrant Q.
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3:
Zusätzlichemomentelinie des Quadrantes Q.
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4:
Der Querschnitt bei den Lagen III, IV des Kolbens; die Kurbel befindet
sich in dem Quadrant P.
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5:
Bildebene des zusätzlichen Momentes in den Quadranten Q
und P.
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6:
Der Querschnitt bei den Lagen V, VI des Kolbens; die Kurbel befindet
sich in dem Quadrant R.
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7:
Bildebene des zusätzlichen Momentes in den Quadranten Q,
P und R.
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8:
Der Querschnitt bei der Lage VII des Kolbens; die Kurbel befindet
sich in dem Quadrant S.
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9:
Bildebene des zusätzlichen Momentes in den Quadranten Q,
P, R und S.
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10:
Ansicht T gemäß 1: Die gegenseitige
Anordnung des Zylinders, des Trägers mit der Führungsnute,
der Führungsleiste in der Nute, des Pleuels, des Pleuelkopfes,
der Kurbel und der Gegengewichte der Kurbelwelle.
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11:
Schnitt U-U gemäß 10: Die
Anordnung der Pleuelstange in der Öffnung des Trägers.
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12:
Ansicht V gemäß 11: Das
Spreizen des Führungsträgers für seine
Befestigung in dem Zylinder mit Hilfe der Spezielleschraube.
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Der
Verbrennungsmotor besteht aus dem Zylinderblock (1) mit
den Zylindern (Z), dem Zylinderkopf (2) und der Ölwanne
(3). In den Zylinder (Z) befinden sich die Kolben (4)
mit den Kompressions- und Ölabschiederingen (5).
Die Kolben (4) sind mit Hilfe der Pleuelstange (6)
und der Kolbenbolzen (7) mit der Kurbeln (8) der
Kurbelwelle (9) verbinden. Die Kurbelwelle (9)
läuft in der Lagern (10) mit der Bedeckungen (11).
Die Kurbelwelle hat die Gegengewichte (12). Jeder Kolben
(4) hat eine Führungsleiste (13a), die
an einer Kolbenbolzennabe (4a) montiert wird. Jede Führungsleiste
(13a) wirkt mit der Führungsnute (14a)
des Trägers (14) zusammen, der in dem unter Teil
des Zylinders (Z) montiert wird. Diese Zwangsstabilisierung des
Kolbens ermöglicht die Langeverkürzung des Kolbenschaftes.
Es vermindert die Kolbenmasse und befreit eine Stelle für
die Montage des Trägers (14). Der Träger
(14) hat die runde Außenfläche für
ihre Kopplung mit der Zylinderlauffläche und ein Öffnung
(14b) für die Anordnung der bewegten Pleuelstange
(6). Der Träger (14) hat einen Schnitt
(14k) für die Befestigung im Zylinder infolge ihrer
Abspannung mit Hilfe der Speziellschraube (15) mit der
Mutter und mit der Federnleiste (16), die wirkt mit einer
Nute (14n) des Trägers (14). Dabei hat
die Schraubenachse eine Neigung zur Peripherie für die Bequemlichkeit
der Montage des Trägers (14). Der Schnitt (14k)
hat die Bördelungen (14m) für die Fixierung
der Speziellschraube (15). Die Details (13) und (14)
kann man aus einen Kunststoff, zum Beispiel aus CFK-Monocoques herstellen.
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Jede
Pleuelstange (6) hat rechts an dem Pleuelkopf (6k)
und an dem Pleuelfuß (6f) die zusätzlichen
Teile entsprechend (6g), (6m) und (6n).
Der Teil (6g) in dem Querschnitt eine Trapezform mit seinem
Anschluß zum Pleuelkopf (6k) von seiner kleiner Seite
für die maximalen Entfernung seines Schwerpunktes von der
Kolbenbolzenachse. Die zusätzliche Teile (6m)
und (6n) befinden sich vorzugsweise an dem Pleuelfuß (6f)
und an seinem Pleueldeckel (11). Die zusätzliche
Teile (6g), (6m), (6n) können
sowohl einzige Ganze mit der Pleuelstange als auch wie eine Sammelbaugruppe.
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Die
Einwirkung der Trägheitskräfte von den zusätzlichen
Teilen rechts an beiden Pleuelkopfe kann man an einem typischen
Verbrennungsmotor mit realen Maßen und Parameter sehen:
l
= 147 mm – die Lange der Pleuelstange;
y = 60 mm – der
Abstand zwischen dem eigenen Schwerpunktes (S) der Pleuelstange
(6) und der Pleuelfußachse.
h = 34 mm – der
Abstand zwischen Kolbenbolzenachse und dem Schwerpunke der zusätzlichen
Teilen (6g, 6m, 6n);
m6g =
80 g – die Masse der zusätzlichen Teils (6g);
m6m+6n = 90 g – die Masse der zusätzlichen
Teile (6m) + (6n);
mPs =
600 g = 0,6 kg – die eigene Masse der Pleuelstange.
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Die
Verschiebung des Schwerpunktes der Pleuelstange rechts z = (80 × 34
+ 90 × 34)/770 = = 7,5 mm.
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Für
eine Analyse des Einflusses der Trägheitskräfte
der zusätzlichen Teile (6g), (6m), (6n)
auf den Hauptparameter eines Verbrennungsmotors ist nötig
die Trägheitskräfte in jeden Quadranten – Q,
P, R, S – der Zone des Kurbeldrehens zu bestimmen.
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Es
ist allbekannt, dass eine Trägheitskraft FTr = –am,
wo a – Beschleunigung, m – Masse.
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Das
Zeichen (–) bedeutet, dass der Vektor der Trägheitskraft
hat die Richtung, die immer gegen die Führung des Vektors
der Beschleunigung hat.
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Dabei
ist zweckmäßig bei dieser Modernisierung des Verbrennungsmotors
die ursprüngliche summirische Masse des Kolbens und der
Pleuelstange erhalten. Es kann man infolge einer folgenden Unverteilung
der Massen erreichen:
- – die Zulage
der Masse des zusätzlichen Teils (6g) wird infolge
einer Verkürzung und deshalb einer Verleichterung des Kolbens
wegen seiner Zwangsstabilisierung kompensiert;
- – die Zulage der Masse des Pleuelfußes wird
infolge einer Massneuverteilung der Pleuelstange.
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Gemäß der
Formel 13.8 aus dem Buch „Verbrennungsmotoren" – Grundlagen,
Verfahrenstheorie, Konstruktion" von Dr. A. Urlaub – Springer-Verlag – 1995
s. 366
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Beschleunigung
des Kolbens ak = dc/dt = dc/dφ × dφ/dt
= rω2(cosφ + λcos2φ),
wo
r = 0,0405 m – der Radius der Kurbel; λ = r/l
= 0,275
ω – Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle;
φ – Winkel
der Wendung der Kurbelwelle.
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Die
maximale Drehzahl n = 6100 l/min, ω = 638,5 Rad/S – Winkelgeschwindigkeit
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In
der Lage 0 bei dem Anfang des Arbeitshubs φ = 0
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Die
Beschleunigung ao = rω2(1
+ λ) = 0,0405 × 638,52 × (1
+ 0,275) = 21051,7 m/S2. Die hat ihre Richtung
nach unten.
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Der
Kolben (4) bewegt mit dieser Beschleunigung von der Wirkung
Gasendruck nach unten. Zusammen mit dem bewegt die Pleuelstange
(6) mit der Masse 0,6 kg auch mit dieser Beschleunigung.
Die Trägheitskraft der Pleuelstange FTr0 =
0,6 × 21051,7 = 12643 N, die hat ihre Richtung nach oben
und beilegt sich zum Schwerpunkt (S) der Pleuelstange. Deshalb bildet
die Trägheitskraft das Drehmoment M0 =
FTr0.z = 12643 × 0,0075 = 94,8
Nm, das die Richtung gegen Uhrzeigersinn hat. Im Kontakt des Pleuelfußes
mit der Kurbel (8) entsteht die Kraft Fzus.0 = M0/y = 94,8/0,06 = 1580 N. Diese Kraft bildet
ein Drehmoment an der Kurbelwelle (9) mit der Richtung im
Uhrzeigersinn hat. Deshalb ist die Ergänzung zum Hauptmoment
des Motors. Dieses zusätzliche Drehmoment Mzus0 =
Fzus0 × r = 1580 × 0,0405
= +64 Nm.
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Es
bedeutet, dass in Anfang des Arbeithubs in beliebigen modernisierten
entsprechend der Erfindung Verbrennungsmotor – in der Unterschied
von allen traditionellen Motors – in dem Anfang des Arbeitshubs
ein wesentliche Drehmoment – von den Trägheitskräften – entsteht.
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In
dem Quadrant Q zum Beispiel bei φ = 40° befindet
sich der Kolben (4) in Lage I:
Die Beschleunigung
a40 = rω2(cosφ + λcos2φ)
= 0,0405 × 638,52 × (cos40° +
0,275 × cos80°) 12647,6 m/S2.
Sie hat die Richtung nach unten. Deshalb Trägheitskraft
FTr.40 = 12647,6 × 0,6 = 7588,6
N. Das Drehmoment an der Pleuelstange von dieser Trägheitskraft
MTr.40 = FTr.40.z/cos ψ40, wo ψ – der Winkel der Neigung
der Pleuelstange. Mtr40 = 7588,6 × 0,0075/0,98
= 58,1 Nm.
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Die
zusätzliche Kraft Fzug40 = MTr40 × cosα/y = 58,1 × 0,643/0,06
= 746,8 Nm;
(α = 90° – 40° =
50°).
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Das
zusätzliche Drehmoment an der Kurbelwelle
Mzus40 = Fzus40 × r
= 746,8 × 0,0405 = +30,9 Nm. Dieses Drehmoment hat auch
die Richtung im Uhrzeigersinn. Es bedeutet, dass dieses Drehmoment
sich zur Hauptdrehmoment des Motors beifügt.
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Außerdem
kann man die Pleuelstange wie einen Hebel, der um Kolbenbolzenachse
wendet und sich mit der Kurbel (8) verbindet, vorstellen.
Bei der Bewegung der Pleuelstange (6) mit der oben genannten
Beschleunigung nach unten geführten, eine Trägheitskraft
entsteht, die nach oben geführt wird. Diese Trägheitskraft
sich zum Schwerpunkt (S) beiliegt und deshalb sie die Bewegung der
Pleuelstange nach unten haltet. Deswegen entsteht im Kontakt des Pleuelfußes
mit der Kurbel (8) eine Kraft, die sich die Kurbel im Uhrzeigersinn
ergänzend zu wenden strebt. Diese Kraft bildet von der
Trägheitskraft unbedingt ein zusätzlich Drehmoment
an der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors.
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In
der Lage II ist 90° der Winkel zwischen der Pleuelstange
(6) und der Kurbel (8). In dieser Lage wechselt
die Beschleunigung des Kolbens seine Richtung an die gegenüberliegend,
das heißt in die Lage II die Beschleunigung Null ist.
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In
dem Quadrant P wächst die Größe der Beschleunigung
von der Null in der Lage II des Quadrantes Q bis der Lage IV des
Kolbens bei der Vertikallage der Pleuelstange (6). Dabei
hat die Richtung des Vektors der Beschleunigung nach oben. Das bedeutet,
dass die Richtung des Vektors der Trägheitskraft nach unten
hat, das heißt nach Lage II die Trägheitskraft
ein Drehmoment mit der Richtung im Uhrzeigersinn auch bildet. Zum
Beispiel entsteht bei φ = 130° die Beschleunigung
a130 = –11859 m/S2 und
entsprechend das zusätzliche Drehmoment Mzus.130 = 23,1
Nm mit der Richtung auch im Uhrzeigersinn.
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In
der Lage IV befindet sich in Untentatpunkt. Bei dem Ausgang aus
dem der Vektor der Beschleunigung hat die maximale negative Größe.
a180 = –rω2(1 – λ)
= –11970,6 m/S2. Dabei ist das
zusätzliche Drehmoment Mzus.180 =
+36.4 Nm mit der Richtung auch im Uhrzeigersinn.
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In
dem Quadrant R hat die Beschleunigung ihre Richtung nach oben bei
der allmählichen Verminderung ihrer Größe.
Zum Beispiel ist in Lage V des Kolbens bei φ = 220° die
Beschleunigung a220 = 11405 m/S2.
Dabei ist Trägheitskraft FTr.220 =
6843 N. Sein Moment M220 = 51,3 Nm. Zusätzlich
Drehmoment an Kurbelwelle Mzus.220 = +34,6
Nm.
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Nach
den Übergang der Kurbel (8) in den Quadrant S
die Größe der Beschleunigung des Kolben (4)
und folglich der Pleuelstange (6) verlängert zu
vermindern, das an der Zusätzlichdrehmomentenlinie gespiegelt
wird. Bei φ = 287,6°, wann die Pleuelstange relativ
der Kurbel (8) senkrecht ist, die Beschleunigung a287,6 = 0. Bei der weiteren Drehung der Kurbel
taucht die Beschleunigung ihre Richtung, dabei ihr Größe
anzuwachsen anfangt. Zum Beispiel ist Beschleunigung a320 =
12647 m/S2. Das zusätzliche Drehmoment
an der Kurbelwelle, in der Lage VII des Kolbens, Mzus.320 =
+30.9 Nm. Bei dem weiteren Drehen der Kurbelwelle (9) wachset
die Beschleunigung an und der Kolben in der Ausganglage – Lage
0 mit dem zusätzlichen Drehmoment Mzus.0 =
+64 Nm kommt. Der Zyklus sich wiederholt.
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Die
Wechselwirkung der Führungsleiste (13a) mit der
Führungsnute (14a) des Trägers (14), der
in der unten Teil des Zylinders befestigt wird, die Amplitude des
Schwankens des Kolbens um dem Kolbenbolzen auf ein Vielfaches vermindert.
Diese Zwangsstabilisierung der Achse des Kolbens (4) die Verluste
der Gase in dem Kurbelgehäuse sinkt. Deshalb die Kompression
sich durchaus erhöht, das den effektive Druck und folglich
den Wirkungsdruck bedeutend erhöht. Die Verminderung der
Verluste der Gase sinkt sehr die Menge den Gehäusegasen,
was die Intensität der Oxidierung des Motoröls
sehr sinkt. Es erhöht entsprechend die Frist seiner Tauglichkeit. Außerdem
sinkt die Verminderung die Menge der Gehäusegasen an der Umwellt,
weil eine gewissen Teil diesen Gasen ohne Unschädlichkeit
in einem Katalysator durch das Ventilationssystem des Kurbelgehäuses
unvermeidlich in die Umwelt gelängt.
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Die
Optimierung der Form des zusätzlichen Teils (6g)
rechts am Pleuelkopf und die Anordnung der zusätzlichen
Teile (6m), (6n) auch rechts an dem Pleuelfuß ermöglichen
für die Bildung in der aller Quadrante – Q, P,
R, S – die Masse der ganzen Pleuelstange (6) benutzen,
was die Effektivität der Wirkung der Trägheitskräfte
bedeutend erhöht und wesentlich das Drehmoment vergrößert.
Außerdem vermindert die Zwangsstabilisierung der Kolbenachse die
inneren Verluste und wesentlich erhöht den effektiven Druck.
Diese zwei Quellen der Erhöhung des effektiven Drucks in
ihrer Gesamtheit führen zur bedeutenden objektiven Vergrößerung
des Wirkungsgrades der Verbrennungsmotoren infolge der Realisierung
der inneren Reserven, welche in der Kurbelgetrieben aller traditionellen
Motoren es gibt. Dabei erhöht sich die Effektivität
der Erfindung bei der Vergrößerung der Drehzahl,
das heißt bei der Erhöhung der Ladung, weil dabei
die Trägheitskräfte der zusätzlichen
Teile (6g), (6m), (6n) rechts an der
Pleuelstangen in der Quadratabhängigkeit anwachsen von
der Drehzahl.
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Dadurch
ergeben sich folgende Vorteile:
- – Der
Kraftstoffverbrauch und entsprechend die Quantität des
Auspuffs wird reduziert.
- – Die Lebensdauer des Motoröls verlängert
sich.
- – Der Verschleiß der Kolbenringe, des Kolbens und
des Zylinders wird reduziert.
- – Der Materialeinsatz bei der Herstellung der beliebigen
Kolbenmaschine bei der Benutzung dieser technischen Lösungen
ist geringer.
- – Das Beschleunigungsvermögen erhöht
sich durch geringere bewegte Massen, unter anderen des Schwingrades.
- – Die Leichgängigkeit der Arbeit des Motors
wird erhöht, die Geräusch sich sinkt.
- – Während der Arbeit des Motors entsteht eine Zentrifugalkraft
wegen der Pendelung der zusätzlichen Teile recht an der
Pleuelstange, die die Reibungskraft vermindert und folglich ergänzend
den effektiven Druck und den Wirkungsgrad erhöht; außerdem
vermindert es den einseitigen Verschleiß des Zylinders,
und des Kolbens.
- – Die ökologischen Eigenschaften des Verbrennungsmotors
und anderen Kolbenmaschinen werden verbessert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - „Verbrennungsmotoren” – Grundlagen,
Verfahrenstheorie, Konstruktion” von Dr. A. Urlaub – Springer-Verlag – 1995
s. 366 [0030]