DE1062981B - Viertakt-Brennkraftmaschine mit einem Kolben aus mehreren, zur AEnderung des Verdichtungs-verhaeltnisses gegeneinander verstellbaren Kolbenteilen - Google Patents

Viertakt-Brennkraftmaschine mit einem Kolben aus mehreren, zur AEnderung des Verdichtungs-verhaeltnisses gegeneinander verstellbaren Kolbenteilen

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DE1062981B
DE1062981B DEN7304A DEN0007304A DE1062981B DE 1062981 B DE1062981 B DE 1062981B DE N7304 A DEN7304 A DE N7304A DE N0007304 A DEN0007304 A DE N0007304A DE 1062981 B DE1062981 B DE 1062981B
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piston
chamber
pressure
internal combustion
combustion engine
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Inventor
Wilfred Percival Mansfield
Donald Wilfred Tryhorn
John White
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British Internal Combustion Engine Research Institute
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British Internal Combustion Engine Research Institute
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/04Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
    • F02B75/044Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of an adjustable piston length

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Description

  • Viertakt-Brennkraftmaschine mit einem Kolben aus mehreren, zur Anderung des Verdichtungsverhältnisses gegeneinander verstellbaren Kolbenteilen 1 Die Erfindung bezieht sich auf Viertakt-Brennkraftmaschinen und im besonderen auf Vorrichtungen zur selbsttätigen Veränderung des Verdichtungsraumes der Zylinder, so daß der maximale Verbrennungsdruck im Zylinder durch Veränderungen des Kompressionsverhältnisses in einem weiten Drehzahlbereich und bei unterschiedlichen Belastungen der Maschine im wesentlichen konstant gehalten werden kann.
  • Es ist bekannt, bei Bremskraftmaschinen zwischen einem normalen Kolben und seiner Kolbenstange eine Vorrichtung aus zwei gegeneinander beweglichen Teilen einzuschalten, von denen der eine an der Kolbenstange fest angebracht, der andere mit dem Kolben durch übliche Mittel, z. B. durch den Kolbenbolzen oder durch ein Kugelgelenk, verbunden ist. Durch relative Bewegung dieser beiden Teile zueinander kann das Kompressionsverhältnis konstant gehalten werden, wobei die, Relativbewegung durch zwischen den beiden Teilen angeordnete, mit Öl gefüllte Kammern gesteuert wird. Zur Vermeidung eines übermäßigen Brennkammerdruckes wird Öl aus der oberen Kammer über ein Sicherheitsventil in die untere Kammer geleitet, wodurch der Kolben mit seiner Stirnfläche näher an die Kolbenstange rückt. Die untere Ölkammer steht dabei mit der in der Kolbenstange befindlichen Ölzuführungsleitung durch ungesteuerte Öffnungen für die Zuführung und Ableitung des Öls in offener Verbindung. Soll der Druck in der Verbrennungskammer erhöht werden, so wird durch Einleitung von Öl in die obere oder äußere Kolbenkammer unter einem Druck von etwa 18 at der Abstand zwischen dem Kolbenkopf und der Kolbenstange vergrößert, wobei die Zuführung des Öls etwa während eines Teilumlaufes der Kurbelwelle um 220° beim Arbeitstakt der Brennstoffzuführung erfolgt. Der in der Brennkammer während der Einlaßperiode erzeugte Unterdruck erzeugt jedoch einen relativ höheren Unterdruck in der kleineren Beaufschlagungskammer des Kolbens, so daß die äußere Kolbenkammer Öl aus der inneren Kolbenkammer bzw. aus der Ölzuführungsleitung ansaugt.
  • Hierbei ist es nachteilig, daß ein solcher Unterdruck nur bei Maschinen auftritt, deren Abgasleitung durch eine Drosselstelle oder auf sonstige Weise gesteuert wird, nicht aber bei Dieselmotoren und sonstigen, mit Kompressionszündung oder mit Druckaufladung betriebenen Maschinen. Da das Gewicht der zusätzlich eingebauten Vorrichtung auch das Gewicht der hin-und hergehenden Teile erhöht, ist eine mit dieser Vorrichtung ausgerüstete Maschine überdies für den Betrieb mit hohen Drehzahlen wenig geeignet. Der Querschnitt der am Kolbenkopf angeordneten, äußeren Kolbenkammer beträgt etwa ein Viertel des gesamten Kolbenquerschnittes, so daß das in dieser Kammer befindliche Öl einem Druck ausgesetzt wird, der etwa das Vielfache des maximalen Zylinderdruckes beträgt. Die Beaufschlagungskammer muß demgemäß sehr kräftige und entsprechend schwere Wandungen aufweisen. Hierzu treten Auswirkungen der erhöhten Trägheitskräfte, die sowohl durch die zusätzliche Vorrichtung als auch durch das zu ihrem Betrieb erforderliche und in der Zuführungsleitung der Kolbenstange befindliche Öl bedingt sind. Zum Beispiel würde Öl während der ersten Hälfte der Einlaßperiode in die äußere Kolbenkammer einströmen, wenn sich die Trägheitskräfte des Kolbens und des äußeren Teils der Beaufschlagungsvorrichtung im Sinne einer Vergrößerung des Volumens der äußeren Kolbenkammer auswirken, und die Trägheitskraft der in der Kolbenstange befindlichen Ölsäule würde sich auf das als Rückschlagventil ausgebildete Einlaßventil auswirken, doch würde während der zweiten Hälfte der Einlaßperiode, wenn die Trägheitskraft des Kolbens und des äußeren Teils der Beaufschlagungsvorrichtung im Sinne einer Verminderung des Volumens der Beaufschlagungskaminer wirksam sind und die Trägheitskraft der in der Kolbenstange befindlichen Ölsäule vom Rückschlagventil der Ölzuführungsleitung fortgerichtet ist, kein Öl in die äußere Kolbenkammer einströmen. Die durch die Trägheitskräfte beeinflußte Änderung des Öldruckes hängt zwar von der Drehzahl der Maschine ab, aber selbst bei niedriger Drehzahl würde der Öldruck vielfach größer sein als der normale Zuführungsdruck von etwa 18 at.
  • Die Erfindung ist darauf gerichtet, diese Nachteile zu vermeiden. Sie sieht vor, die Vorrichtung so anzuordnen und auszubilden, daß die hin- und hergehenden Massen durch unmittelbare Anordnung der Beaufschlagungskammern im Kolben statt in einer gesonderten, zwischen dem Kolben und der Kolbenstange eingeschalteten Vorrichtung nicht wesentlich erhöht werden. Dabei werden die Wände der Beaufschlagungskammern mindestens teilweise zugleich durch die Kolbenwände gebildet, die somit zwei Aufgaben zugleich erfüllen. Durch Verminderung der zur Begrenzung der Beaufschlagungskammern erforderlichen Teile wird auch eine Vereinfachung erzielt. Bei dieser Ausführung ist weiterhin die Querschnittsfläche der äußeren Kolbenkammer nur wenig kleiner als die Ouerschnittsfläche des Kolbens, so daß der in der Brennkammer auftretende Höchstdruck durch einen Öldruck aufgenommen werden kann, der nicht wesentlich größer als der maximale Brennkammerdruck ist. Schließlich werden dabei die Trägheitskräfte im Sinne einer Förderung der erstrebten Wirkungen ausgenutzt.
  • Die Erfindung sieht überdies vor, die dem Kolbenkopf abgekehrte innere Beaufschlagungskammer des Kolbens mit getrennt gesteuerten Ein- und Auslaßöffnungen für das einzuleitende Druckmittel zu versehen, wobei diese Öffnungen gesondert von den gesteuerten Druckmittelein- und -auslaßöffnungen der äußeren Beaufschlagungskammer des Kolbens vorgesehen sind. Auf diese Weise können die beiden Kammern unabhängig voneinander gesteuert und in ihrer Beaufschlagung so geregelt werden, daß sie den unterschiedlichen Erfordernissen von Maschinen unterschiedlicher Gattung entsprechen. Der äußere Teil des Kolbens hat dabei eine längssymmetrische, büchsenartige Gestalt und ist nicht vom Kolbenbolzen oder sonstigen Einrichtungen zur Verbindung des Kolbens mit der Kolbenstange durchsetzt, und da dieser äußere Teil des Kolbenkörpers den hohen Brenntemperaturen ausgesetzt ist, werden somit auch die Schwierigkeiten vermieden, die sich sonst aus unterschiedlicher Wärmedehnung von Teilen unterschiedlicher Stärke ergeben.
  • Diese Vorteile werden bei Ausrüstung des Kolbens mit druckmittelbeaufschlagten Kammern der beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß einige Wände der ersten und zweiten Beaufschlagungskammer durch Wände der Außenhülse des Kolbens gebildet sind, wobei die Querschnittsfläche der ersten bzw. äußeren Beaufschlagungskammer nur wenig kleiner als die äußere O_uerschnittsfläche des Kolbens ist, daß ferner die Flüssigkeit aus der ersten Kammer unmittelbar in das Kurbelgehäuse oder sonstige Zone niedrigen Druckes abgeleitet wird, so daß die in die erste Kammer einströmende Flüssigkeit nicht in die zweite Kammer überströmen kann, und daß der zweiten Kammer Druckflüssigkeit durch einen zweiten, mit einem Rückschlagventil ausgerüsteten und vom Einlaß der ersten Kammer gesonderten Einlaß zugeleitet und durch eine zweite Abflußleitung mit verengtern Auslaß unmittelbar in das Kurbelgehäuse oder eine sonstige Zone niedrigen Druckes abgeleitet wird und daß der die Beaufschlagungskammern, Leitungen und Rückschlagventile enthaltende Kolben an der Einrichtung zum Umwandeln der hin- und hergehenden Kolbenbewegung in die Drehbewegung der Kurbelwelle schwenkbar gelagert ist.
  • In bevorzugter Weise kann die zur Verstellung der Kolbenteile dienende Vorrichtung so ausgebildet sein, daß sämtliche Wände der ersten und zweiten Beaufschlagungskammer des Kolbens von den beiden Kolbenteilen gebildet sind und die Außenwand des Kolbens aus einer längssymmetrischen Büchse besteht, die nicht vom Kolbenbolzen oder sonstigen Vorrichtungen für die Lagerung der Kurbel bzw. Pleuelstange oder sonstiger Einrichtungen für die Umwandlung der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens in die Drehbewegung der Kurbelwelle der Maschine durchsetzt ist.
  • Bei der nachfolgenden Beschreibung der Kolben ist stets angenommen, daß sie in vertikal angeordneten Zylindern mit obenliegendem Verbrennungsraum arbeiten. Natürlich können die Zylinder auch jede andere Lage einnehmen.
  • In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele von Kolben gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen solchen Kolben, Fig. 2 einen Längsschnitt durch den gleichen Kolben unter 90° zu dem in Fig. 1 dargestellten Schnitt, Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie A-A in Fig. 1, Fig.4 einen Längsschnitt durch einen anderen Kolben, Fig. 5 einen Teilquerschnitt nach der Linie A-A in Fig. 4 und Fig.6 einen Längsschnitt durch einen weiteren Kolben gemäß der Erfindung.
  • Der in Fig. 1 bis 3 dargestellte Kolben ist für eine @Tiertakt-Brennkraftmaschine bestimmt. Er besteht aus zwei Hauptteilen, die beide glockenförmig sind und mit ihren offenen Enden zur Kurbelwelle oder einer anderen Vorrichtung zur Umwandlung der Hin-und Herbewegung in eine Drehbewegung zeigen. Diese beiden Teile stecken ineinander. Der äußere Teil s bildet den eigentlichen Kolben und dessen Boden 6. Er weist an der üblichen Stelle auch Ringnuten für die Kolbenringe auf. Der innere Teil 1 ist in axialer Richtung in dem äußeren Teil 5 verschiebbar angeordnet und in üblicher Weise mittels eines Kolbenbolzens 2 mit dem Auge 3 der Pleuelstange 4 verbunden. Zwischen der oberen Fläche des inneren Teils 1 und der unteren Fläche des Kolbenbodens 6 ist eine Kammer 7 vorgesehen, während in der Nähe des unteren Randes der beiden Teile eine ringförmige Kammer 8 zwischen ihnen vorhanden ist. Diese Kammer wird einerseits von der Außenwand des inneren Teils 1 und einem auf diesem vorgesehenen ringförmigen Ansatz und andererseits von der Innenwand des Kolbenhemdes des äußeren Teils sowie einem in dieses eingeschraubten Ring 16 begrenzt.
  • Dieser Ring muß zum Ein- und Ausbau des inneren Teils 1 aus dem äußeren Teil 5 herausgeschraubt werden. Die Steuerung der Bewegung zwischen den beiden Teilen erfolgt durch das Hin- und Herströmen von Öl zwischen diesen beiden Kammern 7 und B.
  • In der Pleuelstange 4 ist eine Längsbohrung 9 für die Zuführung von Drucköl zu dem Kolbenbolzenauge 3 vorgesehen. Diese Bohrung mündet in eine die Lagerbüchse umgebende Ringnut 10 und setzt sich dann auf der anderen Seite der Lagerbohrung in der Bohrung 10a fort. Sitzt der Kolbenbolzen im Pleuel fest, so ist die Ringnut unmittelbar um den Bolzen herum angeordnet, oder durch den Bolzen geht eine Bohrung hindurch. Gegen das Ende der Pleuelstange, das zum Teil kugelig oder zylindrisch ausgebildet ist, wird ein Hohlkörper 10 b, der in dem inneren Teil 1 axial verschiebbar angeordnet ist, durch eine Feder 10c angedrückt, so daß er rings um die Bohrung 10a dichtend anliegt. Es ist auch möglich, feste, mit einem bestimmten Spiel zusammenarbeitende Flächen vorzusehen. Das Drucköl gelangt aus dem Hohlkörper 10 b durch Querbohrungen 10 d zu einem Rückschlagventil 11 und durch dieses in die obere Kammer 7. Durch ein anderes Rückschlagventil 12 kann das Öl auch in die untere Ringkammer 8 gelangen. Zur Begrenzung des insbesondere bei hochtourigen Maschinen durch die Massenträgheit des in der Pleuelstange befindlichen Öls in den Kammern entstehenden Druckes kann der Hub der Rückschlagventile begrenzt werden, oder es können Drosselstellen in den zu den Kammern führenden Ölleitungen der Pleuelstange oder des Kolbens vorgesehen werden.
  • Die Außenfläche des inneren glockenförmigen Kolbenteils 1 weist zwischen der oberen und der unteren Kammer eine Ringnut auf, so daß zwei tragende Ringflächen 18 und 19 verbleiben, die als Dichtfläche zwischen den beiden Kolbenteilen dienen und ein Überströmen von Öl aus der Kammer 7 in die Kammer 8 und umgekehrt verhindern. In der Innenwand der Ringnut ist eine Entlastungsöffnung 17 vorgesehen, die verhindert, daß sich infolge des Durchtretens von Drucköl aus den Kammern 7 und 8 an den Dichtflächen entlang in dein Ringraum ein Druck aufbaut, der die beiden Kolbenteile stark beanspruchen würde. Können aber die beiden Kolbenteile stark genug gemacht werden, daß sie diesem Druck widerstehen, so können die Ringnut und die Entlastungsöffnung fortfallen und damit die Abdichtung der beiden Kammern verbessert werden.
  • Ebenso ist es möglich, in die Dichtflächen Dichtungsringe einzusetzen, wie dies beispielsweise in Fig. 4 dargestellt ist.
  • Das Ausströmen von Öl aus der oberen Kammer erfolgt durch ein Entlastungsventil, das durch federnde Ringplatten 13 verschiedenen Durchmessers gebildet wird, die gleichachsig übereinanderliegen und einen Teil der Stirnfläche des inneren Kolbenteils 1 bilden. Die oberste Ringplatte legt sich mit ihrem Rand von unten gegen einen Ring 14 an, der auf der Stirnfläche des Kolbenteils 1 befestigt ist und als Ventilsitz dient. Das aus der Kammer 7 durch das Ventil 13 hindurchtretende Öl gelangt durch Öffnungen 15 in den Ölsumpf der Brennkraftmaschine. Der Austritt von Öl aus der unteren Kammer 8 erfolgt nach unten zwischen dem inneren Teil t und dem Ring 16 des äußeren Teils hindurch und nach oben zwischen dem inneren und dem äußeren Teil hindurch. Es ist aber auch möglich, den Öldurchtritt durch die genannten Zwischenräume durch besonders geringes Spiel zwischen den Teilen und/oder durch Verwendung von Dichtungsringen sehr klein zu halten und den größten Teil des Öls durch eine Öffnung austreten zu lassen, die entweder nach unten unmittelbar in den Ölsumpf oder nach oben durch eine oder mehrere Entlastungsbohrungen im inneren Teil 1 des Kolbens in den Ölsumpf führt.
  • Die Wirkungsweise dieses Kolbens ist die folgende: Während des letzten Teils eines jeden Ausschubhubes und des ersten Teils des darauffolgenden Ansaughubes wirkt die durch die Massenträgheit des äußeren Kolbenteils 5 und des in der oberen Kammer 7 befindlichen Drucköls sowie zu einem gewissen Teil durch die Massenträgheit des in der Pleuelstangenbohrung befindlichen Öls entstehende Kraft auf das in der unteren Kammer 8 befindliche Öl. Dadurch tritt ein kleiner Teil dieses Öls durch die Austrittsöffnungen aus dieser Kammer aus, so daß sich der äußere Kolbenteil 5 um ein sehr kleines Stück, d. h. um ein Stück in der Größenordnung von 1 oder 2 Hundertstelmillimetern, im Verhältnis zu dem inneren Kolbenteil aufwärts bewegen kann. Gleichzeitig vergrößert sich die obere Kammer 7, so daß eine entsprechende Ölmenge durch das Rückschlagventil 11 in diese Kammer einströmt. Hat sich die Belastung der Brennkraftmaschine gerade vermindert, so daß der Höchstdruck im Brennraum geringer als der zur Betätigung des Rückschlagventils notwendige ist, d. h. wenn Be= dingungen herrschen, bei denen eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses erforderlich ist, so wiederholt sich dieser Vorgang ohne weiteres bei jedem Spiel der Maschine, bis das Verdichtungsverhältnis sich so erhöht hat, daß der dann auftretende Höchstdruck so groß geworden ist, daß er das Rückschlagventil betätigt. Der nächste Aufwärtshub erhöht das Verdichtungsverhältnis leicht über den erforderlichen Wert, so daß der im Zylinder auftretende Höchstdruck etwas größer als derjenige ist, der das Rückschlagventil13 öffnet. Deshalb öffnet sich dieses Ventil also und läßt eine kleine Menge Öl. austreten, so daß der äußere Kolbenteil sich im Verhältnis zum inneren wieder etwas abwärts bewegt. Bleibt nun die Belastung der Brennkraftmaschine auf diesem niedrigeren Wert, so bewegt sich der äußere Kolbenteil im Verhältnis zum inneren bei jedem Kolbenspiel sehr wenig auf und ab, wobei die Mittelstellung diejenige ist, die den Höchstdruck im Zylinder ergibt; der durch den Öffnungsdruck des Rückschlagventils bestimmt wird.
  • Wird nun das Drosselventil der Brennkraftmaschine geöffnet, so erhöht sich der Zylinderdruck weit über den Wert, der zum Öffnen des Rückschlagventils 13 erforderlich ist. Sobald sich aber dieses Ventil öffnet und einen beträchtlichen Durchtrittsquerschnitt freigibt, dann strömt Öl schnell aus der oberen Kammer 7 aus, so daß sich der äußere Kolbenteil im Verhältnis zum inneren schnell abwärts bewegt und der Verdichtungsraum vergrößert wird, so daß der im Zylinder auftretende Höchstdruck nahe dem vorgesehenen Wert aufrechterhalten wird.
  • Der Kolben stellt sich also selbsttätig mit gewisser Geschwindigkeit auf eine Verminderung der Maschinenbelastung ein, wobei diese Geschwindigkeit durch den Durchtrittsquerschnitt der Undichtigkeiten der unteren Kammer bestimmt wird. Es besteht keine Notwendigkeit für eine schnelle Zunahme des Verdichtungsverhältnisses, und außerdem würde eine große relative Aufwärtsbewegung des äußeren Kolbenteils bei jedem Kolbenspiel unerwünscht sein, da dies bei konstanter Belastung eine gleich große Abwärtsbewegung bei jedem Kolbenspiel und infolgedessen einen beträchtlichen Leistungsverlust zum Umpumpen des Öls zur Folge hätte. Andererseits ist es erwünscht, daß der Kolben so schnell wie möglich auf plötzliche Erhöhungen der Brennstoffzufuhr reagiert, um übermäßig hohe Zylinderdrücke und damit Explosionsdrücke und/oder hohe Beanspruchungen der Maschine zu vermeiden. Die Einstellgeschwindigkeit wird durch das Rückschlagventil 13 bestimmt. Die beschriebene Anordnung ergibt infolge der großen freien Umfangsfläche bei kleiner Bewegung und des Nichtvorhandenseins einer Differentialwirkung, die verschiedene Ventilarten bereits bei einem Druck schließen läßt, der wesentlich geringer als der Öffnungsdruck ist, eine sehr schnelle Reaktion.
  • Bis das erwähnte geringste Verdichtungsverhältnis erreicht ist, wird der dem Gasdruck ausgesetzte Teil des Kolbens von dem in der oberen Kammer 7 befindlichen Öl getragen. Daher bewirkt der Gasdruck keine Biegungsbeanspruchungen im Kolbenboden, der vielmehr nur das Gas und das Öl voneinander getrennt hält. Der Kolbenboden braucht daher nur so konstruiert zu werden, daß er seine eigene Massenträgheit und die des in der Kammer 7 befindlichen Öls aushält, die beide gegen Ende des Ausschubhubes und während des ersten Teils des Ansaughubes auftreten. Wenn das vorgesehene geringste Verdichtungsverhältnis erreicht ist, stützt sich der äußere Kolbenteil s mit irgendeiner Fläche auf einer entsprechenden Außenfläche des inneren Kolbenteils 1 ab.
  • An Stelle des aus Federscheiben bestehenden Rückschlagventils 13 können auch federbelastete Ventile 13 bekannter Art in dem inneren Kolbenteil 1 angeordnet werden, wie dies in Fig.4 und 5 dargestellt ist. Diese Ventile lassen das austretende Öl unmittelbar in den Innenraum des inneren Kolbenteils und dann in den Ölsumpf der Maschine gelangen. Das Öl gelangt bei dieser Ausführungsform in gleicher Weise wie bei der vorher beschriebenen durch das Pleuel in den inneren Kolbenteil und von hier durch ein zentrales, auf der Innenfläche des äußeren Kolbenteils befestigtes Rohr 24, das in einer entsprechenden Bohrung des inneren Kolbenteils gleiten kann, in radiale Kanäle 26 des Kolbenbodens. Diese Kanäle werden durch den eigentlichen Kolbenboden 6 und eine Platte 25 gebildet, die sich von innen gegen den Kolbenboden anlegt und mit radialen Nuten versehen ist. Die Platte begrenzt gleichzeitig die obere Kammer 7 nach oben zu. Die radialen Kanäle 26 münden in einen ringförmigen Raum 28, in dem das Öl hin- und hergeschüttelt wird und dabei die Kolbenringzone kühlt. Anschließend gelangt es durch eine Bohrung 27 in den Ölsumpf.
  • Bei dieser Ausführungsform wird, wie bei der vorher beschriebenen, der Kolbenboden frei von Biegungsbeanspruchungen gehalten. Der Gasdruck wird nämlich über den Kolbenboden 6 und die Platte 25 auf das in der Kammer 7 befindliche Öl übertragen, und er erzeugt dabei nur Druckbeanspruchungen. Dementsprechend kann der Kolbenboden schwächer als bei normalen Kolben ausgebildet werden, und eine bestimmte Menge Kühlöl kann daher die Oberflächentemperatur des Kolbenbodens wirkungsvoller auf einem gewünschten Wert halten.
  • Eine regelbare Austrittsöffnung 29 kann zusätzlich zu den Durchtrittsstellen der unteren Kammer 8 vorgesehen werden. Sie ermöglicht die Einstellung der Geschwindigkeit, mit der sich der Kolben beim Herabmindern der Belastung wieder auf die ursprüngliche Länge verstellt.
  • Fig.6 zeigt eine Ausführungsform, bei der das Rückschlagventil 12, das den Übertritt von Öl in die untere Kammer 8 steuert, in dem Kolbenbolzen 2 angeordnet ist, während der Zutritt des Öls in die obere Kammer 7 über das Rückschlagventil 11 sowie die in der Platte Il a vorgesehene Drosselöffnung erfolgt, die den Zufluß beschränkt. Im übrigen entspricht diese Bauart de:- in Fig. 1 bis 3 gezeigten und arbeitet auch so wie diese.
  • Weiter ist ein Lader, der sowohl für eine veränderliche Verdichtung als auch für eine veränderliche Förderleistung eingerichtet ist, besonders vorteilhaft, da die Wirkungsgradverbesserung, die durch beide Möglichkeiten erzielbar ist, größer als die Summe der Verbesserungen ist, die durch die einzelnen Einrichtungen erzielbar sind.
  • Im Falle einer Viertakt-Dieselmaschine mit Rufladung durch einen mechanisch von der Dieselmaschine angetriebenen Kolbenverdichter bleibt die Menge und der Druck der zugeführten Luft bei allen Belastungen der Dieselmaschine im wesentlichen konstant und muß notwendigerweise diejenige sein, die für Vollast benötigt wird. Bei Teillast geht die Leistung für das Verdichten der nicht für Verbrennungs-oder Spülzwecke erforderlichen Luft verloren, so daß der Gesamtwirkungsgrad des Arbeitsprozesses unter dem Maximum bleibt. Ersetzt man einen solchen Lader durch einen solchen mit veränderlicher Fördermenge, so ergibt sich die Möglichkeit, die Menge der der Dieselmaschine zugeführten Luft bei Teillast zu vermindern und damit eine Verminderung der vom Lader beanspruchten Leistung und infolgedessen eine Verbesserung des Wirkungsgrades. Doch kann die Dieselmaschine nur eine beschränkte Verminderung der Luftmenge vertragen, da sonst die Temperatur und der Druck der Luft bei dem festliegenden niedrigen Verdichtungsverhältnis, das für Vollastbetrieb berechnet ist, zu niedrig werden.
  • Sollen daher zufriedenstellende Verbrennungsbedingungen aufrechterhalten werden, so müssen die Temperatur und der Druck erhöht werden.
  • Wird ein Lader mit veränderlicher Förderleistung im Zusammenwirken mit einer veränderlichen Verdichtung in der Maschine verwendet, so wird nicht nur der Wirkungsgrad des Arbeitsprozesses verbessert, weil die Luftmenge vermindert wird, sondern die Grenze, bis zu der die Luftmenge vermindert werden kann, wird auch erweitert. Die veränderliche Verdichtung erlaubt die volle Ausnutzung der veränderlichen Förderleistung und umgekehrt, da die Verminderung der Luftmenge bei Teillast, die durch den Lader mit veränderlicher Förderleistung ermöglicht wird, es den Einrichtungen zur Veränderung der Verdichtung ermöglicht, höhere Verdichtungsverhältnisse, als sie bei normalen Luftmengen verwendet werden könnten, vorzusehen und Temperatur-und Druckverhältnisse zu schaffen, wie sie zur Erzielung befriedigender Verbrennung erforderlich sind.
  • Bei Motoren mit Rufladung kann eine stärkere Verbesserung als bei unter atmosphärischem Druck gespeisten Maschinen erzielt werden, weil der Ladedruckbereich größer ist, d. h. das Verhältnis zwischen Vollast und Teillastbedingungen. Der Auflademotor weist bereits einen Lader auf, der dann durch einen solchen mit veränderlicher Förderleistung ersetzt werden muß, ohne daß besondere Aggregate erforderlich sind.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRüCHE: 1. Viertakt-Brennkraftmaschine mit einem Kolben, der mit bei Überschreiten eines vorgeschriebenen Brennkammerdruckes und unter dem Einfluß der Trägheitskräfte begrenzt gegeneinander beweglichen Teilen versehen ist, durch deren Bewegung der Abstand zwischen dem Kolbenkopf und den Einrichtungen zur Umwandlung der hin-und hergehenden Bewegung des Kolbens in die Drehbewegung der Kurbelwelle verändert wird, wobei zwischen den gegeneinander beweglichen Kolbenteilen eine erste Kammer vorhanden ist, deren Rauminhalt bei der Abstandsvergrößerung größer wird und umgekehrt, und in die mit einer außerhalb des Kolbens befindlichen Zuführungsleitung eine Druckflüssigkeit durch einen mit einem Rückschlagventil versehenen Einlaß eingeleitet und über ein Entleerungsventil abgeleitet wird, dessen Öffnungsfläche, wenn der Flüssigkeitsdruck in der ersten Kammer über den Öffnungsdruck des Ventils ansteigt, derart größer wird, daß bei Überschreitung des Höchstdruckes in der Brennkammer eine rasche Druckminderung auf den vorgeschriebenen Wert durch rasches Ableiten von Druckflüssigkeit aus der ersten Kammer während derjenigen Zeit erfolgt, in der der Brennkammerhöchstdruck größer als der Öffnungsdruck des Ventils ist, und wobei die gegeneinander beweglichen Kolbenteile weiterhin eine zweite Kammer begrenzen, deren Rauminhalt mit zunehmendem Abstand zwischen dem Kolbenkopf und den Einrichtungen zur Umwandlung der hin-und hergehenden Bewegung des Kolbens in die Drehbewegung der Kurbelwelle kleiner wird und umgekehrt, und diese zweite Kammer ebenfalls mit einer durch eine äußere Leitung zugeführten Druckflüssigkeit gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß einige Wände der ersten und der zweiten Kammer (7, 8) durch Wände der Außenhülse (5) des Kolbens gebildet sind, wobei die Querschnittsfläche der ersten bzw. äußeren Kammer (7) nur wenig kleiner als die äußere Querschnittsfläche des Kolbens ist, daß ferner die Flüssigkeit aus dieser ersten Kammer (7) unmittelbar in das Kurbelgehäuse oder in eine sonstige Zone niederen Druckes abgeleitet wird, so daß die in der ersten Kammer befindliche Flüssigkeit nicht in die zweite Kammer überströmen kann, daß ferner der zweiten Kammer (8) Druckflüssigkeit durch einen zweiten, mit einem Rückschlagventil ausgerüsteten und vom Einlaß der ersten Kolbenkammer getrennt gehaltenen Einlaß zugeführt und durch eine zweite Abflußleitung mit verengtem Auslaß gleichfalls unmittelbar in das Kurbelgehäuse oder eine sonstige Zone niederen Druckes abgeleitet wird und daß der die Kammern (7, 8), Leitungen und Rückschlagventile enthaltende Kolben an der Kolbenstange oder sonstigen Einrichtung zum Umwandeln der hin- und hergehenden Kolbenbewegung in die Drehbewegung der Kurbelwelle schwenkbar gelagert ist. z. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Wände der ersten und zweiten Kolbenkammer (7, 8) von den beiden gegeneinander beweglichen Kolbenteilen (1, 5) gebildet sind und die Außenwand des Kolbens aus einer längssymmetrischen Büchse (5, 6) besteht, die nicht vom Kolbenbolzen (2) oder sonstigen Vorrichtungen für die Verbindung des Kolbens mit der Kolbenstange oder mit sonstigen Einrichtungen für die Umwandlung der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens in die Drehbewegung der Kurbelwelle der Maschine durchsetzt ist. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben einen den Kolbenkopf (6) tragenden büchsenförmigenAußenteil (5) und einen an einer zylindrischen Innenwand des Teils gelagerten, axial beweglichen Innenteil (1) aufweist und die erste, mit Druckflüssigkeit gespeiste Beaufschlagungskammer (7) von einer äußeren Stirnfläche des Innenteils (1) sowie von einer inneren Stirnfläche und von der zylindrischen Wand des Außenteils (5) begrenzt ist. 4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Beaufschlagungskammer (8) des Kolbens zwischen einer Abstufung des inneren Kolbenteils (1), die an ihrer der ersten Kammer (7) abgekehrten Seite den kleineren Durchmesser aufweist, und einem einwärts ragenden Flansch (16, 20) der zylindrischen Wand des äußeren Kolbenteils (5) angeordnet ist, wobei dieser Flansch an dem der ersten Beaufschlagungskammer (7) abgekehrten Ende des äußeren Kolbenteils (5) liegt. 5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein ringförmiger Spielraum zwischen dem einwärts ragenden Flansch (16) des äußeren Kolbenteils und dem in diesem Flansch verschiebbaren Ende des inneren Kolbenteils (1) als Austrittsleitung für die zweite Beaufschlagungskammer (8) dient. 6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine einen Luft oder ein Luft-Brennstoff-Gemisch fördernden Lader aufweist, der hinsichtlich seiner an die Maschine abgegebenen Liefermenge einstellbar ist. 7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufrechterhaltung eines im wesentlichen konstanten Höchstdruckes im Zylinder der Brennkraftmaschine das Verdichtungsverhältnis automatisch bei abnehmender Belastung erhöht, bei zunehmender Belastung vermindert und der Lader unmittelbar oder mittelbar von den normalen Steuermitteln der Brennkraftmaschine im Sinne einer Zunahme der Luft- oder Brenngemischmenge bei ansteigender Belastung bzw. einer Abnahme der Liefermenge bei sinkender Belastung der Brennkraftmaschine geregelt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 741563, 461459; österreichische Patentschrift Nr. 18 798; französische Patentschriften Nr. 798 013, 557 969; USA.-Patentschriften Nr. 2 573 689, 2 419 450, 2 380 907, 2 260 982, 2 134 995.
DEN7304A 1952-06-10 1953-06-10 Viertakt-Brennkraftmaschine mit einem Kolben aus mehreren, zur AEnderung des Verdichtungs-verhaeltnisses gegeneinander verstellbaren Kolbenteilen Pending DE1062981B (de)

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