DE19925000A1 - Connecting rod for use in crankshaft drive with series engines has small and large bore, one or both of which has elongated section along axis of rod. - Google Patents
Connecting rod for use in crankshaft drive with series engines has small and large bore, one or both of which has elongated section along axis of rod.Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C9/00—Bearings for crankshafts or connecting-rods; Attachment of connecting-rods
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft die Verbrennungsmotoren insbesondere Rennmotoren.The invention relates to internal combustion engines, in particular racing engines.
Die Erfindung stellt eine neue Konstruktion der Pleuelstange dar.
Die Konstruktionen des Kolbentriebs der Reihenmotoren bilden das System
"Schubkurbel", das aus zwei fest verbundenen Untersystemen besteht:
"Kurbelwelle" und "Pleuelstange mit Kolben". Die Kurbelweile ist nur an der
Drehbewegung beteiligt, und die Pleuelstange ist noch mit dem Kolben an der
Vorwärtsbewegung beteiligt. Wenn die Kurbelwelle auf eine bestimmte
Drehgeschwindigkeit gebracht wird, wird das System "Schubkurbel" diese
Geschwindigkeit schnell verlieren sogar wenn in diesem System die Reibung und
die Gase über dem Kolben völlig fehlen. Dies läßt sich wie folgt erklären: die
Vorwärtsbewegungsgeschwindigkeiten der Pleuelstange und des Kolbens (und
folglich ihrer Energie) vermindern sich bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle von
ihren maximalen Größen bis Null in oberem Totpunkt (OT), deswegen muss stet
die Kurbelwelle, um sich zu drehen, einen Teil eigener Energie zur Verfügung
stellen. Bei jeder Umdrehung verliert das System "Schubkurbel" seine Energie in
Form von dynamischen Verlusten Adv:
The invention represents a new construction of the connecting rod. The constructions of the piston drive of the in-line engines form the "thrust crank" system, which consists of two firmly connected subsystems:
"Crankshaft" and "connecting rod with piston". The crank shaft is only involved in the rotary movement, and the connecting rod is still involved in the forward movement with the piston. If the crankshaft is brought up to a certain speed of rotation, the system "thrust crank" will quickly lose this speed even if in this system the friction and the gases above the piston are completely absent. This can be explained as follows: the forward speeds of the connecting rod and the piston (and consequently their energy) decrease from their maximum sizes to zero at top dead center (TDC) with each revolution of the crankshaft, so the crankshaft must constantly to rotate to provide some of your own energy. With each revolution, the "thrust crank" system loses its energy in the form of dynamic losses Adv:
Adv = 0,5.mk.vk2 + 0,5.mp.vp2,
Adv = 0.5.mk.vk 2 + 0.5.mp.vp 2 ,
vk, vp - maximale Geschwindigkeiten der Vorwärtsbewegung bzw. des
Kolbens und des Schwerpunkts von der Pleuelstange,
mk, mp - die Massen bzw. des Kolbens und der Pleuelstange.vk, vp - maximum speeds of the forward movement or the piston and the center of gravity of the connecting rod,
mk, mp - the masses or the piston and the connecting rod.
Da im Viertaktverfahren das völlige Arbeitsspiel in zwei Umdrehung der
Kurbelwelle stattfindet:
Since in the four-stroke process the complete cycle takes place in two revolutions of the crankshaft:
Adv(4 Takt) = mk.vk2 + mp.vp2 Adv (4 stroke) = mk.vk 2 + mp.vp 2
Ein Teil dieser Energie wird zwar für Nutz-Arbeit der Gase gebraucht, ist jedoch, erstens, mehrfach weniger als die Energie AdV von dynamischen Verlusten und, zweitens, die verdichteten Gase vor OT üben die bremsende Einwirkung auf die Kurbelwelle aus und verringern das Drehmoment aufgrund der festen Verbindung zwischen dem Kolben und der Kurbelwelle durch die Pleuelstange. Die Vergrößerung der Umdrehungsgeschwindigkeit führt zur starken Erhöhung der Beanspruchung auf die Kurbelwelle im Bereich OT aufgrund der stark wachsenden (ins Quadrat von der Umdrehungsgeschwindigkeit der Kurbelwelle) Fliehkraft, die mit der Pleuelstange und dem Kolben gebildet werden. In diesem Zusammenhang wird die Vergrößerung des Gegengewichts der Kurbelwelle (und folglich ihrer Masse) gefordert.Part of this energy is needed for the useful work of the gases however, first, several times less than the energy AdV of dynamic Losses and, secondly, the compressed gases before TDC practice braking Action on the crankshaft and reduce the torque due to the fixed connection between the piston and the crankshaft through the Connecting rod. The increase in the speed of rotation leads to a strong one Increasing the stress on the crankshaft in the area OT due to strongly growing (squared by the speed of rotation of the Crankshaft) centrifugal force formed with the connecting rod and the piston become. In this context, the increase in the counterweight of the Crankshaft (and consequently its mass).
Das Ziel der Erfindung ist die Erhöhung des Wirkungsgrads und des Drehmoments.The aim of the invention is to increase the efficiency and Torque.
Es wird dadurch gelöst, dass großes Auge oder kleines Auge oder beide Augen in der Richtung nach der Längsachse von der Pleuelstange als verlängerte ausgeführt sind. It is solved by that big eye or small eye or both Eyes in the direction along the longitudinal axis of the connecting rod as elongated are executed.
Die Seitenflächen von verlängerten Bereichen können mit vier Weisen
ausgeführt sein:
The side surfaces of extended areas can be designed in four ways:
- - als zwei Ebenen, die zur Symmetrieachse der Pleuelstange parallel sind;- As two planes that are parallel to the axis of symmetry of the connecting rod;
- - als zwei Ebenen, die zur Symmetrieachse der Pleuelstange in einem gewissen Winkel nach der Richtung der Kurbelwellendrehung geneigt sind;- as two planes that are in one to the axis of symmetry of the connecting rod are inclined at a certain angle in the direction of crankshaft rotation;
- - als zwei gekrümmten Flächen, dabei, ihre Krümmungsmittelpunkte in der Richtung entgegengesetzt zur Kurbelwellendrehung verschoben sind; als eine Kombination der erwähnten Ebenen und Flächen.- As two curved surfaces, their centers of curvature in the Direction shifted opposite to crankshaft rotation; as a combination of the levels and surfaces mentioned.
Mit der Ausführung dieser Seitenflächen in der gewissen Winkel oder als gekrümmte Flächen werden zwei Ziele verfolgt: die Bildung des zusätzlichen Drehmoments dank zusätzlicher Wirkung der Seitenkraft (vom Gasendruck) und der Kraft von Koriolius sowie die Beseitigung der Schläge gegen die Schließenflächen des verlängerte Auges.With the execution of these side surfaces in the certain angle or as curved surfaces are pursued two purposes: the formation of the additional Torque thanks to the additional effect of the side force (from gas pressure) and the strength of Coriolius as well as the removal of the blows against the Extended eye closure surfaces.
Im Moment der Auslösung, wenn die Pleuelstange den rechten Winkel mit der Linie, die die Achsen von Kurbelzapfen und Wellenzapfen durchgeht, beträgt, geht die Auslösung der Verbindung zwischen den Systemen "Kurbelwelle" und "Pleuelstange mit Kolben" vor, dank den Fliehkräften von Massen der Pleuelstange und des Kolbens.At the moment of release when the connecting rod is at the right angle the line that goes through the axes of the crank pin and shaft pin is goes the release of the connection between the systems "crankshaft" and "Connecting rod with piston", thanks to the centrifugal forces of masses Connecting rod and piston.
Die Geschwindigkeit verlierende Pleuelstange (wegen des Widerstands der
verdichteten Gase) nach dem Moment der Auslösung:
Connecting rod losing speed (due to the resistance of the compressed gases) after the moment of release:
- - übt die bremsende Einwirkung auf die Kurbelwelle nicht aus und übeträgt auf sie keine Beanspruchung, somit umwandelt sich all die vom Kurbeltrieb erhaltene Energie in die Energie von Gasen, dank diesem vergrößern sich der Wirkungsgrad und das Drehmoment;- does not exert the braking action on the crankshaft and transmits it no stress on them, so all of the crank drive is converted received energy in the energy of gases, thanks to this increase the Efficiency and torque;
- - die Fliehkräfte von den Pleuelstange und Kolben übertragen sich nicht auf die Kurbelwelle; es läßt das Volumen des Gegengewichts der Kurbelwelle (ihrer Masse) beträchtlich verkleinern.- The centrifugal forces from the connecting rod and piston are not transmitted the crankshaft; it leaves the volume of the counterweight of the crankshaft (its Mass) considerably.
Die Erhöhung der Umdrehungsgeschwindigkeit der Kurbelwelle bei
Anwendung der vorgeschlagenen Pleuelstange vergrößert das
Verdichtungsverhältnis und folglich den Wirkungsgrad, jedoch:
Increasing the rotational speed of the crankshaft when using the proposed connecting rod increases the compression ratio and consequently the efficiency, but:
- - es führt nicht zur Erhöhung der dynamischen Verlusten, die durch die Arbeit der Fliehkräften von den Massen der Pleuelstange und des Kolbens gebildet werden, weil diese mit der Kurbelwelle ausgelöst sind;- it does not increase the dynamic losses caused by the work of the centrifugal forces formed by the masses of the connecting rod and the piston because these are triggered by the crankshaft;
- - die Kurbelwelle nimmt nicht den erhöhten bremsenden Drehmoment von verdichteten Gasen auf, die sich unter hohem Druck befinden.- The crankshaft does not take the increased braking torque from compressed gases that are under high pressure.
Die Verwertung der vorgeschlagenen Pleuelstange fordert und setzt das Arbeitsverfahren nur bei den stark erhöhten veränderlichen Verdichtungsverhältnissen voraus, bei denen die minimale Größe des Verdichtungsverhältnisses sich als gleiche der nominalen Größe des ähnlichen üblichen Motors angibt; es erhöht auch den Wirkungsgrad und die Leistung des Motors.The recycling of the proposed connecting rod demands and sets that Working procedures only with the greatly increased changeable Compression ratios ahead, where the minimum size of the Compression ratio is equal to the nominal size of the similar usual engine indicates; it also increases the efficiency and performance of the Motors.
Die erhöhten Verdichtungsverhältnisse, die mit Verwertung der vorgeschlagenen Pleuelstange erreicht werden, begleiten nicht mit größerem Hub der Pleuelstange und folglich mit erhöhten Abmessungen der Kurbelwange sowie mit dem erhöhten bremsenden Drehmoment auf der Kurbelwelle von Pleuelstange vor OT - zum Unterschied von der Schubkurbel mit den bekannten Pleuelstangen.The increased compression ratios associated with recycling the Proposed connecting rod can be reached, do not accompany with a larger stroke the connecting rod and consequently with increased dimensions of the crank arm as well with the increased braking torque on the connecting rod crankshaft before OT - in contrast to the push crank with the known connecting rods.
Die Verwertung der vorgeschlagenen Pleuelstange, die die Arbeit bei solchen
hohen Verdichtungsverhältnissen voraussetzt, fordert:
The utilization of the proposed connecting rod, which requires work with such high compression ratios, requires:
- - neues Herangehen zur Aufgabe der Gestaltung des Brennraums in der Richtung nach kleinerer Krümmung des Kolbenbodens und des Zylinderkopfs;- New approach to the task of designing the combustion chamber in the Direction after smaller curvature of the piston crown and the cylinder head;
- - die Verschiebung "nach rechts" zu OT des Zündungsanfangs, weil der Verdichtungsraum mehrfach weniger ist, die Verbreitung der Verbrennung viel schneller erfolgt, und um den Zeitraum der erwähnten Auslösung zu verlängern (um das Kontakt der ausgelösten Teile vor OT zu vermeiden).- The shift "to the right" to TDC of the start of ignition because of Compression space is several times less, the spread of combustion is much occurs faster, and to extend the period of the mentioned triggering (to avoid contact of the triggered parts before OT).
Die Motorsteuerung fordert auch Änderungen: man muss früher die Auslaßventile schließen; die Beseitigung der Ventilüberschneidung ist empfohlen. Um die Schläge gegen die Schließenflächen der Pleuelstange bei der unvorhergesehenen Umständen zu vermeiden, wird im Körper dieser Flächen mindestens je ein gefederter Anschlagschaft eingesetzt.The engine control also calls for changes: you have to change them earlier Close exhaust valves; eliminating the valve overlap is recommended. To the blows against the closing surfaces of the connecting rod at the Avoid unforeseen circumstances in the body of these surfaces at least one sprung stop shaft is used.
Mit derselben Absicht sind auch andere Weisen möglich: die Anwendung des gefederten Schafts im Zylinderkopf und die Bildung hohes Öldrucks im Zentrum beider Schließenflächen des verlängerten Auges.Other ways are possible with the same intention: the application of the spring-loaded shaft in the cylinder head and the formation of high oil pressure in the center both closing surfaces of the elongated eye.
Die notwendige Bedingung der Realisation der vorgeschlagenen Pleuelstange: nach Erreichung der erwähnten Auslösung im System "Schubkurbel" müssen der Kontakt der ausgelösten Teile nur seit der Erreichung mit dem Kolben des OT sein. Mit dieser Absicht muss die aufgegebenen Dichtungen und Abmessungen der Pleuelstange sowie die aufgegebene Motorsteuerung so bestimmt werden, damit schon bei Leerläufen diese Bedingung einhält.The necessary condition of realization of the proposed connecting rod: after reaching the above-mentioned triggering in the "push crank" system, the Contact of the triggered parts only since reaching the piston of the OT his. With this in mind, the checked seals and dimensions of the Connecting rod and the abandoned engine control can be determined so already complies with this condition when idling.
Die minimale Länge des verlängerten Bereichs eines großen Auges oder die summarische minimale Länge der verlängerten Bereiche beider Augen werden so bestimmt, damit bei den aufgegebenen Abmessungen und Dichtungen der Pleuelstange und des Kolbens sowie bei der aufgegebenen Motorsteuerung sogar bei maximalen Kurbelwellenumdrehungen nach der Auslösung im System "Schubkurbel" das Kontakt der ausgelösten Teile nur nach OT stattfindet.The minimum length of the extended area of a large eye or that The total minimum length of the elongated areas of both eyes will be like this determined so that the given dimensions and seals of Connecting rod and piston, as well as in the abandoned engine management system at maximum crankshaft revolutions after triggering in the system "Push crank" the contact of the triggered parts only takes place after TDC.
Ein Ausführungsbeispiel der vorgeschlagenen Pleuelstange ist in der Abbildung angeführt. Die funktionalen Teilen der Pleuelstange sind Pleuelschaft 1 mit Längsachse Z, kleines (zylindrisches) Auge (nicht gezeigt) und großes Auge 2. Das großes Auge 2 schließt oberen Halbzylinder 3 und unteren Halbzylinder 4, die die Schließenflächen dieses Auges bilden, verlängerten Bereich 5 mit Höhe H ein. In den oberen 3 und unteren 4 Halbzylinder sind die Ölbohrungen 6 sowie die Federndkonstruktionen 7 ausgeführt. Die Höhe H beträgt ein Drittel des Brennraums.An embodiment of the proposed connecting rod is shown in the figure. The functional parts of the connecting rod are connecting rod shafts 1 with the longitudinal axis Z, small (cylindrical) eye (not shown) and large eye 2 . The large eye 2 includes the upper half cylinder 3 and the lower half cylinder 4 , which form the closing surfaces of this eye, an extended region 5 with a height H. In the upper 3 and lower 4 half cylinders, the oil bores 6 and the spring end constructions 7 are executed. The height H is one third of the combustion chamber.
Die vorgeschlagene Pleuelstange funktioniert auf folgende Weise. Im Laufe der Takte "Verdichten" und "Ausstoßen" seit unterem Totpunkt bis zum Moment der Auslösung, wenn die Achse vom Kurbelzapfen mit der Achse Z vom Pleuelschaft 1 rechten Winkel beträgt, nimmt unterer Halbzylinder 4 die Beanspruchung vom Kurbelzapfen. Im Moment der Auslösung unter der Einwirkung der Fliehkräfte von Massen des Kolbens und der Pleuelstange und der Elastizitätskraft von der Federndkonstruktionen 7 löst sich die Pleuelstange vom Kurbelzapfen aus und gleitet den verlängerten Bereich 5 entlang. Die Höhe H ist so gewählt, um bei maximalen Kurbelwellenumdrehungen im Ende des Takts "Verdichten" die fast Nulldistanz zwischen dem Kurbelzapfen und dem unteren Halbzylinder 4 zu erreichen. Seit dem Moment der Auslösung verliert die Pleuelstange ihre Geschwindigkeit unter der Einwirkung des Gasendrucks im Brennraum. Die Abmessungen und Dichtungen der Pleuelstange und des Kolbens sind solche gewählt, um schon bei Leergängen des Motors nachfolgenden Kontakt des unteren Halbzylinders 4 mit dem Kurbelzapfen seit OT stattfinden zu lassen. Im Takt "Arbeiten" sofort nach OT erfolgt wieder Berührung des unteren Halbzylinders 4 mit dem Kurbelzapfen. Im Takt "Ansaugen" nach OT stellt sich das Kontakt der Pleuelstange mit dem Kurbelzapfen auf der Schließenfläche des oberen Halbzylinders 3 wieder. Die Berührung der Pleuelstange und des Kurbelzapfens wird unter der Einwirkung der Elastizität der Federndkonstruktionen 7 gedämpft.The proposed connecting rod works in the following way. In the course of the "compression" and "ejection" cycles from bottom dead center to the moment of triggering, when the axis of the crank pin is at right angles with the axis Z of the connecting rod shaft 1 , the lower half cylinder 4 takes the load off the crank pin. At the moment of release under the action of the centrifugal forces of masses of the piston and the connecting rod and the elastic force from the spring end constructions 7 , the connecting rod releases from the crank pin and slides along the elongated area 5 . The height H is selected in order to achieve the almost zero distance between the crank pin and the lower half cylinder 4 at maximum crankshaft revolutions at the end of the "compression" stroke. Since the moment of triggering, the connecting rod loses its speed under the influence of the gas pressure in the combustion chamber. The dimensions and seals of the connecting rod and the piston are selected so that subsequent contact of the lower half-cylinder 4 with the crank pin can take place since the engine has been idling. In the "working" cycle immediately after TDC, the lower half cylinder 4 again comes into contact with the crank pin. In the "intake" cycle after TDC, the connecting rod contacts the crank pin on the closing surface of the upper half cylinder 3 . The contact between the connecting rod and the crank pin is damped under the action of the elasticity of the spring end constructions 7 .
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1999125000 DE19925000A1 (en) | 1999-05-31 | 1999-05-31 | Connecting rod for use in crankshaft drive with series engines has small and large bore, one or both of which has elongated section along axis of rod. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1999125000 DE19925000A1 (en) | 1999-05-31 | 1999-05-31 | Connecting rod for use in crankshaft drive with series engines has small and large bore, one or both of which has elongated section along axis of rod. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19925000A1 true DE19925000A1 (en) | 2000-12-07 |
Family
ID=7909830
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE1999125000 Withdrawn DE19925000A1 (en) | 1999-05-31 | 1999-05-31 | Connecting rod for use in crankshaft drive with series engines has small and large bore, one or both of which has elongated section along axis of rod. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19925000A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9726225B2 (en) * | 2015-10-28 | 2017-08-08 | Deere & Company | Distributed load bearing with an outer flex ring |
| EP3739183A1 (en) * | 2019-05-16 | 2020-11-18 | Mustafa Habib | An internal combustion engine crankshaft and connecting rod assembly, and parts for an internal combustion engine crankshaft and connecting rod assembly |
-
1999
- 1999-05-31 DE DE1999125000 patent/DE19925000A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9726225B2 (en) * | 2015-10-28 | 2017-08-08 | Deere & Company | Distributed load bearing with an outer flex ring |
| EP3739183A1 (en) * | 2019-05-16 | 2020-11-18 | Mustafa Habib | An internal combustion engine crankshaft and connecting rod assembly, and parts for an internal combustion engine crankshaft and connecting rod assembly |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |