DE60020535T2

DE60020535T2 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60020535T2
Application number: DE2000620535
Authority: DE
Inventors: Siegfried Meyer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-06-15
Filing date: 2000-06-15
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2020-06-16
Also published as: DE60020535D1; EP1164272B1; EP1164272A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine und insbesondere eine Brennkraftmaschine, die mit einem verbesserten Rotationswirkungsgrad arbeitet.
Eine übliche Vier-Takt-Brennkraftmaschine, wie sie in 1A gezeigt ist, umfaßt einen Zylinder 10 mit einem Ansaugventil 11, ein Auspuffventil 13, ein Kraftstoffeinspritzventil 15, eine Zündkerze und einen Kolben 17. Wenn die Vier-Takt-Brennkraftwerkmaschine betrieben wird, durchläuft sie vier Takte, nämlich das Ansaugventil (siehe 1A), den Kompressionshub (siehe 1B), den Expansionshub (siehe 1C) und den Auspuffhub (siehe 1D). Die aus dem Expansionshub erhaltene Schubkraft wird an ein Abtriebsachslager 18 übertragen, um Dinge anzutreiben. Wenn das Volumen der Zylinderkammer bei der Totlinie (wo die Kurbelwelle und die Mitte des Abtriebsachslagers ausgerichtet sind) auf ein Minimum herabgesetzt ist, d.h. das beste Kompressionsverhältnis erhalten wird, ist es daher die beste Zeit, das Kraftstoffgemisch zu zünden. Wenn die Totlinie durchlaufen wird, wird der Kolben 17 allmählich abgesenkt, das beste Kompressionsverhältnis verschwindet. Daher ist es nicht die beste Zündzeit, wenn die Totlinie durchlaufen worden ist. 2 zeigt die Arbeit einer herkömmlichen Vier-Takt-Brennkraftmaschine. Um das optimale Kompressionsverhältnis der Verbrennungskammer zu erhalten, wird die Maschine vor der Totlinie gezündet, die Explosion und der Expansionshub schreiten dann in geeigneter Folge fort, um eine Schubkraft zur Leistungsabgabe zu erzeugen. Da das Drehmoment bei der Totlinie Null ist, tritt ein maximaler Energieverlust auf. Daher beginnt die tatsächliche Arbeitszeit nach dem Durchlaufen der Totlinie und endet bei Auftreten des Expansionshubs. Die Maschine arbeitet nicht oder leistet keine negative Arbeit nach dem Zünden vor Durchlaufen der Totlinie. Daher sind herkömmliche Vier-Takt-Brennkraftmaschinen beim Gebrauch nicht effizient, sie vergeuden viel Kraftstoffenergie und erzeugen während des Betriebs viele Schadstoffe.
Um die obigen Nachteile auszuschalten, hat der Erfinder drei verschiedene Anordnungen einer Brennkraftmaschine erfunden und beim Chinesischen Patentamt unter der Anmeldenummer 87121955: 88100401: 88100740 eingereicht. Diese Brennkraftmaschinenausführungen schalten die Nachteile der herkömmlichen Brennkraftmaschinen wirksam aus. Die Anforderungen an die mechanische Genauigkeit sind jedoch kritisch.
Die DE 29 32 598 A offenbart eine Brennkraftmaschine mit einem Kolben, bei der eine J-förmige Pleuelstange mit dem Kolbenlager verbunden ist und seitlich zu der Linie versetzt ist, die den Kolben und die Abtriebsachse verbindet. von der Pleuelstange aus erstreckt sich ein Flansch. Es sind Buchsen vorgesehen, die eine gleichmäßige Dicke haben.
Die vorliegende Erfindung erfolgte hinsichtlich dieser Umstände. Das Hauptziel der Erfindung ist es, das oben beschriebene Problem des Standes der Technik zu überwinden, indem eine Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt wird, die die durch den Expansionsdruck in der Verbrennungskammer erzeugte Kraft wirksam zur Maschinenabtriebsachse überträgt, womit ein hoher Wirkungsgrad und eine große Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine realisiert werden.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine mit hoher Ausgangsleistung zur Verfügung zu stellen, bei der Kraftstoffverbrauch eingespart wird und die weniger Umweltverschmutzung erzeugt.
Diese Ziele sind bei einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte weitere Ausführungsbeispiele sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Somit umfaßt eine Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung einen im Zylinder hin- und hergehenden Kolben, eine Pleuelstange, deren oberes Ende mit der Achsbuchse angebracht und mit einem Lager am Kolben gekuppelt ist und deren unteres Augenende am entgegengesetzten Ende mit einer Achsbuchse montiert ist, deren Wanddicke nicht gleichförmig ist, ein Kraftabtriebsachslager, eine zwischen dem Kraftabtriebsachslager und der Pleuelstange gekuppelte Kurbelwelle, wobei die Kurbelwelle ein feststehendes Lager aufweist, das an einem Ende mit der Achsbuchse im unteren Augenende der Pleuelstange gekuppelt ist, und wenigstens eine Flanschstange, die längsgerichtet auf der Oberfläche der Pleuelstange angebracht ist und sich von der Unterseite des oberen Augenendes bis zur Oberseite des unteren Augenendes erstreckt.
Diese und weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Nutzen der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor. In den Zeichnungen:
1A bis 1D zeigen die vier Takte des Betriebs einer Vier-Takt-Brennkraftmaschine gemäß dem Stand der Technik;
2 erläutert die Arbeitsweise der Vier-Takt-Brennmaschine gemäß dem Stand der Technik;
3 ist eine Schnittansicht der Brennkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung von vorne;
3A ist eine Schnittansicht, ausgeführt auf der Linie A-A in 3;
4A bis 4D zeigen die vier Takte der Arbeitsweise einer Vier-Takt-Brennkraftmaschine gemäß 3; und
5 ist eine Schnittansicht der Brennkraftmaschine als zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung von vorne.
Unter Bezugnahme auf 3, eine Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung besteht im allgemeinen aus einem Kolben 27, einer Pleuelstange 30, wenigstens einer Kurbelwelle 40 und einem Kraftabtriebsachslager 50. Die Pleuelstange 30 ist ein J-fömiges Stangenelement, das umgekehrt zwischen dem Kolben 27 und der Kurbelwelle 40 gekuppelt ist, aufweisend ein mit einer Achsbuchse 335 angebrachtes oberes Au-genende 31. Ein unteres Augenende 35 ist mit einer Achsbuchse 375 montiert und an einem Lager 37 an jeder der wenigstens einen Kurbelwelle 40 verschwenkbar. Die wenigstens eine Kurbelwelle 40 weist ein mit einem entsprechenden Kraftabtriebsachslager 50 verbundenes entgegengesetztes Ende auf.
Da die Pleuels tange 30 wie ein "J" geformt ist, können der Stangenkörper der Pleuelstange 30, das untere Augenende 35 der Pleuelstange 30, die Kurbelwelle 40 und das Kraftabtriebsachslager 50 niemals vertikal ausgerichtet sein, d.h. der Stangenkörper der Pleuelstange 30, das untere Augenende 35 der Pleuelstange 30, die Kurbelwelle 40 und das Kraftabtriebsachslager 50 können die sogenannte "Totlinie" I1 nicht bilden. Wenn sie sich beim optimalen Kompressionsverhältnis (wie in 3 gezeigt) befinden, bilden der Stangenkörper der Pleuelstange 30, die Kurbelwelle und das Kraftabtriebsachslager 50 eine schräg verlaufende Linie I2, daher tritt kein Kraftverlust aufgrund einer Nicht-Arbeit oder negativen Arbeit der Kraftanbringung an der Totlinie beim Expansionshub auf. Da bei normaler Betätigung des Kolbens 27 die Zündzeit nichts mit der Totlinie zu tun hat, ist die Genauigkeit der Brennkraftmaschine weniger kritisch, während die Brennkraftmaschine eine hohe Leistungsabgaberate, weniger Kraftstoffenergieverlust und eine geringere Erzeugung von Umweltverschmutzung erzielt.
Bezugnehmend auf 3A, gemäß dieser alternativen Form sind die Achsbuchse 335 der Pleuelstange 30, die das obere Augenende 31 der Pleuelstange 30 beim Kolben 27 trägt, und die Achsbuchse 375, die das untere Augenende 35 der Pleuelstange 30 am Lager 37 der Kurbelwelle 40 trägt, exzentrische Achs buchsen, d.h. die Achsbuchse 335 und 375 weisen jeweils eine ungleichmäßige Wanddicke auf, womit ein entsprechendes exzentrisches axiales Durchgangsloch vorgesehen wird, welches das Lager 33 oder 37 aufnimmt. Wenigstens eine Flanschstange 39 ist an der Außenfläche der Pleuelstange 30 längsgerichtet angebracht und erstreckt sich vom Boden des oberen Augenendes 31 bis zur Oberseite des unteren Augenendes 35. Der Querschnitt der Pleuelstange 30 ist doppelkreuzförmig, daher konzentriert sich dann das Kraftmoment nicht auf den Körper der Pleuelstange 30. Das Ausgangsdrehmoment ist verbessert. Die Pleuelstange 30 ist direkt proportional zum Ausgangsdrehmoment. Daher erzielt die in 3 gezeigte Konstruktion ein verhältnismäßig höheres Ausgangsdrehmoment und ist für einen Lastwagen oder dergleichen geeignet.
4A bis 4D veranschaulichen die vier Takte der Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie veranschaulicht besteht die Brennkraftmaschine aus einem Zylinder 20, einer Pleuelstange 30, einer Kurbelwelle 40 und einem Abtriebsachslager 50. Der Zylinder 20 umfaßt ein Ansaugventil 21, ein Auspuffventil 23, ein Kraftstoffeinspritzventil 25, eine (nicht gezeigte) Zündkerze und einem Kolben 27. 4A zeigt die Betriebsweise des Ansaughubs. Während dieses Hubs nimmt das Volumen des Zylinders 20 allmählich zu, die Relativbewegung der Pleuelstange 30 und der Kurbelwelle 40 treibt das Kraftabtriebsachslager 50 zur Drehung an. 4B zeigt die Betriebsweise des Kompressionsbubs. Während dieses Hubs wird das Volumen des Zylinders 20 allmählich bis zum optimalen Kompressionsverhältnis reduziert. 4C zeigt die Arbeitsweise des Expansionshubs. Während dieses Hubs erreicht das Volumen des Zylinders 20 den minimalen Pegel und der Stangenkörper der Pleuelstange 30 erstreckt sich von der Totlinie in einem Winkel, daher tritt bei der Expansion kein Problem der Nicht-Arbeit oder negativen Arbeit auf und die so aus der Explosion erhaltene Kraft wird völlig durch das Kraftabtriebsachslager 50 abgegeben. 4D zeigt die Betriebsweise des Auspuffhubs. Während dieses Hubs wird der Kolben 27 zur Unterseite durch expandiertes Gas bewegt und das Volumen des Zylinders 20 nimmt allmählich zu.
5 zeigt eine alternative Form der vorliegenden Erfindung. Gemäß dieser alternativen Form sind die Achsbuchse 635 der Pleuelstange 60, die das oberer Augenende 61 der Pleuelstange 60 am Kolben 27 trägt, und die Achsbuchse 675, die das untere Augenende 65 der Pleuelstange am Lager 37 an der Kurbelwelle 40 trägt, exzentrische Achsbuchsen, d.h. die Achsbuchse 635 und 675 weisen jeweils eine ungleichmäßige Wanddicke auf, wobei sie ein entsprechendes exzentrisches axiales Durchgangsloch vorsehen, das das Lager 33 oder 37 aufnimmt. Wenigstens eine Flanschstange 69 ist in Längsrichtung auf der Außenfläche der Pleuelstange 30 angebracht und erstreckt sich von der Unterseite des oberen Augenendes 61 bis zum Boden des unteren Augenendes 65. Daher ist das Ausgangsdrehmoment verbessert.

Claims

Brennkraftmaschine, umfassend: einen Zylinder (10) mit einem Ansaugventil (21), einem Abgasventil (23), einem Kraftstoffeinspritzventil (25) und einer Zündkerze; einen Kolben (27), der ein Lager (37) aufweist und sich in dem Zylinder (10) hin- und hergehend bewegt; eine Pleuelstange (30), aufweisend einen J-förmigen Stangenkörper mit einem oberen Ende und einem unteren Ende, ein integral mit dem oberen Ende gebildetes und mit dem Lager an dem Kolben (27) gekuppeltes oberes Augenende (31), ein integral mit dem unteren Ende gebildetes oberes Augenende (35), wenigestens eine längsgerichtet auf der Oberfläche der Pleuelstange (30) angebrachte Flanschstange (39); wenigstens eine Kurbelwelle (40) zur Übertragung von Drehkraft von der Pleuelstange (30) zu einem damit gekuppelten Kraftabtriebsachslager (50), wobei die wenigstens eine Kurbelwelle (40) jeweils ein feststehendes Lager aufweist, das integral mit einem ersten Ende gebildet ist und mit dem unteren Ende der Pleuelstange (30) gekuppelt ist, und ein zweites Ende, das mit dem Kraftabtriebsachslager (50) gekuppelt ist; und eine Achsbuchse (335), die auf dem Lager an dem Kolben (27) in dem oberen Augenende (31) der Pleuelstange (30) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddicke der Achsbuchse (335) nicht gleichförmig ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, weiter umfassend eine Achsbuchse, die an dem feststehenden Lager an der wenigstens einen Kurbelwelle (40) in dem unteren Augenende (35) der Pleuelstange (30) angebracht ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, bei der die Achsbuchse eine gleichförmige Wanddicke aufweist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, bei der die Wanddicke der Achsbuchse nicht gleichförmig ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, bei der der Außendurchmesser und der Innendurchmesser der Achsbuchse keinen gemeinsamen Mittelpunkt aufweisen.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, bei der der längsgerichtet auf der Oberfläche der Pleuelstange angebrachte Flanschstab (39) vom Boden des oberen Augenendes (31) bis zur Oberseite des unteren Augenendes (35) verläuft.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, bei der der längsgerichtet auf der Oberfläche der Pleuelstange (30) angebrachte Flanschstab (39) vom Boden des oberen Augenendes (31) bis zum Boden des unteren Augenendes (35) verläuft.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, bei der der Querschnitt der Pleuelstange (30) doppelkreuzförmig ist.