DE19851849A1 - Hubkolbenmotor - Google Patents

Abstract

Bei einem Hubkolbenmotor mit mindestens einem in einem Zylinder (10) verschiebbaren Kolben (12), der über eine Pleuelstange (14) und ein Getriebe (16) mit einem Abtriebselement (28, 18) verbunden ist, hat das Getriebe (16) ein feststehendes Sonnenrad (24) und einen koaxial zu diesem drehbar gelagerten Planetenradträger (28), an dem ein sich auf dem Sonnenrad (24) abwälzendes Planetenrad (22) drehbar gelagert ist, an dem die Pleuelstange (14) exzentrisch gelagert ist, wobei die Durchmesser von Sonnenrad (24) und Planetenrad (22) gleich sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hubkolbenmotor mit mindestens einem in einem Zy­ linder verschiebbaren Kolben, der über eine Pleuelstange und ein Getriebe mit einem Abtriebselement verbunden ist.

Bei einem Hubkolbenmotor besteht das Problem, daß das rechnerische größte Drehmoment erst dann erreicht wird, wenn der Kolben bereits einen relativ gro­ ßen Teil seines Weges vom oberen Totpunkt zurückgelegt hat. Das hat den Nachteil, daß die in den sich ausdehnenden Verbrennungsgasen enthalten Energie nicht optimal in eine Bewegung des Abtriebsorganes umgesetzt werden kann. So wird das maximal mögliche Drehmoment bei einem konventionellen Kur­ beltrieb erst bei einem Kurbelwinkel von ca. 70°, gerechnet vom oberen Totpunkt des Kolbens, erreicht. In dieser Stellung hat der Kolben bereits fast die Hälfte seines für den Antrieb ausnutzbaren Arbeitshubes zurückgelegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hubkolbenmotor der eingangs genannten Art anzugeben, der einen günstigeren Drehmomentverlauf hat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Getriebe ein fest­ stehendes Sonnenrad und einen koaxial zu diesem drehbar gelagerten Planeten­ radträger hat, an dem ein sich auf dem Sonnenrad abwälzendes Planetenrad drehbar gelagert ist, an dem die Pleuelstange exzentrisch gelagert ist, wobei die Durchmesser von Sonnenrad und Planetenrad gleich sind.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung zeigt sich, daß das maximale Drehmoment bereits zu einem früheren Zeitpunkt erreicht wird, wenn der Kolben erst einen vergleichsweise geringen Teil seines Arbeitshubes zurückgelegt hat, und wesentlich höher ist. Das Drehmoment steigt also, vom oberen Totpunkt an gerechnet, steiler an als bei einem herkömmlichen Motor.

Die Antriebskraft kann direkt an dem Planetenradträger abgegriffen werden, in­ dem dieser beispielsweise mit einem Abtriebszahnrad drehfest verbunden ist.

Bei einer anderen Ausführungsform ist das Abtriebselement ein koaxial zum Sonnenrad drehbar gelagertes Hohlrad, an dessen Innenzahnkranz sich das Planetenrad abwälzt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen die Erfin­ dung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Teilschnitt durch die wesentlichen Elemente des erfindungsgemäßen Hubkolbenmotors,

Fig. 2 eine schematische Ansicht von Sonnenrad und Planetenrad in axialer Richtung,

Fig. 3 eine graphische Darstellung des Kolbenweges und des Drehmomentes über dem Kurbelwinkel, jeweils für einen herkömmlichen und einen erfindungsgemäßen Kurbeltrieb, und

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform des Getriebes.

Von dem erfindungsgemäßen Hubkolbenmotor sind in Fig. 1 lediglich ein Zylin­ der 10 und ein in diesem auf und ab verschiebbar angeordneter Kolben 12 sche­ matisch angedeutet. Der Kolben 12 ist in herkömmlicher Weise mit einer Pleuel­ stange 14 verbunden. Diese ist nicht, wie sonst üblich, mit einer Kurbelwelle son­ dern über ein allgemein mit 16 bezeichnetes Planetengetriebe mit einem Abtriebs­ zahnrad 18 verbunden.

Die Pleuelstange 14 ist über einen Kurbelzapfen 20 exzentrisch an einem Plane­ tenrad 22 gelagert, das sich auf einem feststehenden Sonnenrad 24 abwälzt und mit einem Zapfen 26 an einem Planetenradträger 28 drehbar gelagert ist, der sei­ nerseits koaxial zum Sonnenrad 24 in einer Gehäusewand 30 und um einen La­ gerzapfen 32 drehbar gelagert ist, der das Sonnenrad 24 starr mit einer weiteren Gehäusewand 34 verbindet. Auf einem axialen Fortsatz 36 des Planetenradträ­ gers 28 sitzt drehfest das Abtriebszahnrad 18.

Wie sich aus den Fig. 1 und 2 ergibt, haben das Sonnenrad 24 und das Pla­ netenrad 22 gleiche Durchmesser, so daß der Kurbelzapfen 20 nach einem Um­ lauf des Planetenrades 22 um das Sonnenrad 24 wieder seine Ausgangsstellung erreicht hat, oder anders ausgedrückt, das Planetenrad 22 bei einem kompletten Hub (Auf- und Abbewegung) des Kolbens 12 exakt einen Umlauf um das Son­ nenrad 24 ausführt.

In Fig. 3 wurden der Kolbenweg und das Drehmoment über dem Kurbelwinkel, d. h. dem Umlaufwinkel des Zapfens 26 bezüglich der Achse 38 des Sonnenrades 24 aufgetragen. Die Kurve A zeigt den Kolbenweg für einen konventionellen Motor, bei dem die Pleuelstange an einer Kurbelwelle angelenkt ist. Die Kurve steigt vom Nullpunkt (oberer Totpunkt des Kolbens) ähnlich einer Sinuskurve an, erreicht bei 180° (unterer Totpunkt des Kolbens) ein klares Maximum und fällt dann wieder zu 360° hin ab.

Die zugehörige Drehmomentkurve steigt zunächst bis zu einem Maximum an, das bei einem Kurbelwinkel von ca. 70° erreicht wird. Anschließend fällt die Kurve ab bis zu einem Minimalwert bei ca. 290° und steigt dann wieder bis zum Nullwert bei 360° an.

Der Verlauf des Kolbenweges bei dem erfindungsgemäßen Hubkolbenmotor wird durch die Kurve C wiedergegeben. Der Kolbenweg nimmt zunächst stärker zu, so daß der Kolben seinen unteren Totpunkt bereits bei ca. 145° erreicht. In diesem unteren Totpunkt verharrt der Kolben bis ca. 215°, von wo der Kolben dann wieder rasch in seine obere Totpunktlage bei 360° zurückkehrt. Dadurch kann das Auslaßventil geschlossen bleiben, bis der Kolben seinen unteren Totpunkt erreicht. Dennoch bleibt genügend Zeit für den Gaswechsel.

Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung, bei der das Abtriebselement ein Hohlrad 40 ist, das koaxial zum Sonnenrad 24 drehbar gelagert ist und von dem einlaufenden Planetenrad angetrieben wird. Die übrigen Teile des Getriebes stimmen mit denen der ersten Ausführungsform überein. Die zugehörige Drehmomentkurve wird durch die Kurve D wiedergegeben. Man erkennt, daß diese Drehmomentkurve bereits bei 45° ihren Maximalwert erreicht, der zudem noch um fast ein Drittel höher liegt als der Maximalwert des Drehmo­ ments für einen herkömmlichen Motor. Das maximale Drehmoment tritt also bei einem Kurbelwinkel auf, bei dem der Kolben erst ca. 37% seines Arbeitshubes zurückgelegt hat, während bei einem herkömmlichen Motor das maximale Drehmoment erst erreicht wird, wenn der Kolben bereits ca. 42% seines Ar­ beitshubes zurückgelegt hat. Obwohl bei dem erfindungsgemäßen Motor der Kol­ benweg zunächst stärker mit dem Kurbelwinkel zunimmt als bei einem konventio­ nellen Motor, wird das maximale Drehmoment zu einem Zeitpunkt wirksam, zu dem der Kolben noch den größeren Teil seines Arbeitshubes vor sich hat.

Claims (3)

1. Hubkolbenmotor mit mindestens einem in einem Zylinder (10) verschiebba­ ren Kolben (12), der über eine Pleuelstange (14) und ein Getriebe (16) mit einem Abtriebselement (28, 18) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (16) ein feststehendes Sonnenrad (24) und einen koaxial zu diesem drehbar gelagerten Planetenradträger (28) hat, an dem ein sich auf dem Sonnenrad (24) abwälzendes Planetenrad (22) drehbar gelagert ist, an dem die Pleuelstange (14) exzentrisch gelagert ist, wobei die Durchmesser von Sonnenrad (24) und Planetenrad (22) gleich sind.

2. Hubkolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pla­ netenradträger (28) drehfest mit einem Abtriebszahnrad (18) verbunden ist.

3. Hubkolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtriebselement ein koaxial zum Sonnenrad (24) drehbar gelagertes Hohlrad (40) ist, an dessen Innenzahnkranz sich das Planetenrad (22) abwälzt.