DE1751722C3 - - Google Patents

Description

I5ei einer
Merkmalen ii

bekannten Regeleinrichtung mit den und c) des Oberbegriffs des Anspruchs I (US-PS 32 05 878) muß die zweite Kammer genügend groß sein, die aus der ersten Kammer entlassene Ölmenge aufzunehmen, ohne daß der Druck des Öls zunimmt. Deshalb wird der Querschnitt der unteren Kammer vorzugsweise dem der oberen Kammer gleichgemacht, im Gegensatz zu dem Merkmal b) des Oberbegriffs. Da es sich bei der unteren Kammer um einen Ringraum handelt, ist dies mit erheblichen konstruktiven Schwierigkeiten verbunden und kann nicht ohne unerwünschte Zunahme der Kolbenmasse verwirklicht werden.

Bei dem Vorschlag gemäß dem Hauptpatent P 17 51 703.2 ändert sich das Volumen der ersten Kammer rascher als das der zweiten Kammer, und die von der ersten Kammer abgegebene ölmenge fließt nur zum Teil in die zweite Kammer, während der Rest über einen zusätzlichen Auslaß vor Erreichen der zweiten Kammer abgezeigt wird. Hierfür wird ein Druckbegrenzungsventil benötigt. Benachbart zu diesem Druckbegrenzungsventil ist ein Rückschlagventil vor der zweiten Kammer vorgesehen, welches als Kugelventil ausgebildet ist. Für diese beiden Ventile ist ein bestimmter baulicher Aufwand nötig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Regeleinrichtrung nach dem Hauptpatent dahingehend zu verbessern, daß der bauliche Aufwand vermindert wird.

Dies wird dadurch erreicht, daß das bewegliche Glied des Rückrchlagventils zusätzlich den Drosselauslaß aufweist bzw. diesen beherrscht.

Auf diese Weise kann das Druckbegrenzungsventil an dem zusätzlichen Auslaß fortfallen. Es wird die Saugwirkung bei Volumenzunahme der zweiten Kammer zur Füllung dieser Kammer ausgenutzt, während auch der zusätzliche Auslaß geöffnet ist, über den jedoch nur die überschüssige ölmenge abfließen kann. Bei Druckzunahme der zweiten Kammer schließt das Rückschlagventil, und eine geringe Ölmenge fließt über die Drosselbohrung ab, die nach den unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung entweder in dem Ventilglied des Rückschlagventils untergebracht ist, wonach der zusätzliche Auslaß für die Weiterleitung des Öls verwendet wird, oder in der Kolbenwand untergebracht ist und sich dann parallel zu dem zusätzlichen Auslaß erstreckt.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt

Fig. I einen Längsschnitt durch einen Kolben für veränderbares Kompressions verhält η is;

F i g. 2 eine vergrößerte Einzelheit nach Fig. 1;

F i g. 3 eine vergrößerte Ansicht einer Ventilplatte nach den Fig. 1 und 2;

F i g. 4 eine vergrößerte Einzelheit einer abgewandelten Konstruktion und

Fig. 5 die Einzelheit entsprechend der Fig.4 in anderer Betriebsstellung.

F i g. I zeigt einen Arbeitskolben 10 einer Brennkraftmaschine mit veränderbarem Kompressionsverhältnis. Der Arbeitskolben 10 umfaßt ein äußeres Kolbentei! 12 und ein inneres Kolbenteil 14. Am äußeren Kolbentei 12 ist ein Kolbenboden 16 angeformt, der die untere Begrenzung der Brennkammer der Maschine bildet. Das innere Kolbenteil 14 ist zu dem äußeren Kolbenteil 12 axial verschiebbar gelagert, und Rings 18, 20, 22 sorgen für Abdichtung. Das innere Kolbenteil 14 ist mit der K: 'vlwelle der Maschine über eine Kolbenstange oder Pleuel 26 und einen Kolbenbolzen 28 in herkömmlicher Weise verbunden. Das innere Kolbeiiteil 14 wird

zwischen einer oberen und einer unteren Grenze in üblicher Weise verschoben, während gleichzeitig eine Verstellung des äußeren KoJbenteils 12 axial nach oben und unten relativ zum inneren Kolbenteil 14 innerhalb bestimmter Grenzen erfolgen kann. Eine obere — erste

— Kammer 30 liegt zwischen dem inneren Kolbenteil 14 und dem äußeren Kolbenteil 12 nahe dem Kolbenboden 16. Eine untere — zweite — Kammer 32 liegt in einer ringförmigen Ausnehmung am unteren Ende des inneren Kolbenteils 14. Ein Ring 34 ist an dem äußeren Kolbenteil 12 befestigt Ein Abdichtungsring 36 dichtet den Spalt zwischen dem inneren Kolbenteil 14 und dem Ring 34 ab.

Der Ring 34 und die untere Fläche des Kolbenbodens 16 sind Anschläge und bilden die Grenzen der axialen Verschiebung des äußeren Kolbenteils 12 relativ zum inneren Kolbenteii 14. Infolge dieser relativen Verschiebung tritt eine variable Höhe vom Mittelpunkt des Kolbenbolzens 28 zum Kolbenboden 16 ein. wodurch das Volumen der Brennkammer und damit das Kompressionsverhältnis des Motors veränderbar ist.

Die Verschiebung des äußeren Kolbenteils 12 relativ zum inneren Kolbenteil 14 wird automatisch durch ein zugeführtes bzw. abgeführtes inkompressibles Medium

— Öl — in die Kammern und aus den Kammern 30, 32 gesteuert.

Wenn sich das äußere Kolbenteil 12 nach oben in Fig. 1 von dem inneren Kolbenteil 14 entfernt, dehnt sich die Kammer 30 aus, während bei Annäherung dieser Teile sich die Kammer 32 vergrößert. Als inkompressibles Medium steht Öl von der gewöhnliche;.-Druckölschmierung der Maschine zur Verfügung und wird über einen Kanal 40 in der Kolbenstange 26 zugeführt. Der Kanal 40 steht vorzugsweise mit einer Ringnut 42 in Verbindung die den Kolbenbolzen 28 umgibt und zu einem Auslaß 44 führt, der mit einem Hohlraum 46 im inneren Kolbenteil 14 in Verbindung steht. Ein ölsammler 47 umfaßt eine Kappe 48, die in dem Hohlraum 46 untergebracht ist und durch eine Feder 50 gegen die Oberfläche der Kolbenstange 26 gedrängt wird, so daß in allen Stellungen der Kolbenstange 26 in bezug auf die Achse des Kolbenbolzens 28 das öl durch den Auslaß 44 in das Innere der Kappe 48 geleitet wird. Durch eine Öffnung 51 in der Kappe 48 gelangt das öl in einen Kanal 52 und einen senkrechten Kanal 54 zu einer ringförmigen Kühlkammer 56, die an der Außenfläche des inneren Kolbenteils 14 in der Nähe der Kolbenringe sitzt. Der Kanal 54 steht mit der oberen Kammer 30 über ein Rückschlagventil 58 in Verbindung

Der Auslaß aus der oberen Kammer 30 erfolgt über einen schräglaufenden Kanal 60 und ein Druckbegrenzungsventil 62, welches in einen Verbindungskanal 64 hinein entlädt, der zur Leitung von Druckmittel in die zweite Kammer 32 vorgesehen ist. Vor dieser befindet sich ein Rückschlagventil 66.

Das Rückschlagventil 58 umfaßt ein zylindrisches Gehäuse 80, das in den Kanal 54 eingeschraubt ist und eine innere Kammer 82 sowie einen axialen Durchgang 84 aufweist. Eine Ventilplatte 86 liegt normalerweise quer über dem axialen Durchgang 84 und sperrt somit den ölfluß. Ein Ringeinsatz 90 mit axialem Durchgang 92 macht die Ventilplatte 86 unverlierbar und weist einen mit seitlichen Durchlässen versehenen Kragen 94 auf. Auch wenn die Ventilplatte auf dem Kragen 94 aufliegt, kann das Öl durch die seitlichen Durchlässe Hießen. In der Gegenrichtung wird aber der ölfluß gesperrt, weil die Ventilplatie 86 den Durchgang 84 sperrt.

Das Druckbegrenzungsventil 62 umfaßt ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 96, das in eine Bohrung 97 eingeschraubt ist. die von den Kanälen 60 und 64 geschnitten wird. Das Gehäuse % ist mit einem inneren axialen Hohlraum 98 versehen, in dem ein Federhalter 100 für eine Ventilfeder 102 eingeschraubt ist. Ein hohles Ventilglied 106 mit einer abgeschrägten Fläche 104 iiegt an einem Ventilsitz 107 an. Ein Durchgang 114 verbindet den Hohlraum des Ventilgliedes 106 mit dem Kanal 64. Um das untere Ende des Ventilgliedes 106 läuft eine ringförmige Kammer 110, in die der Kanal 60 einmündet und an deren unterem Ende der Ventilsitz 107 angeordnet ist. Wenn der Druck in der Kammer 110 einen vorbestimmten Wert übersteigt, hebt clas Ventilglied gegen Federkraft ab und Öl fließt von der Kammer 30 über den Kanal 60 und die Kammer 110 in den Kanal 64.

Das Rückschlagventil 66 ist wie das Rückschlagventil 58 ausgebildet, aber in umgekehrter Richtung zum Ventil 58 angeordnet. Wie am besten aus F i g. 2 und 3 entnommen werden kann, umfaßt das Rückschlagventil 66 einen stopfenartigen Einsatz 120, der in einem vergrößerten Abschnitt des Kanals 64 an dem Eingang zur unteren Kammer 32 sitzt. Der Einsatz 120 ist mit einem axialen Durchgang 122 versehen, der an seinem oberen Ende einen in den Ventilraum 134 ragenden, kranzartigen Vorsprung 124 mit bogenförmig entfernten Abschnitten 126 aufweist. Eine dreieckförmige Platte 128 mit abgrundeten Ecken 130(Fi g. 3) ist in dem Ventilraum 134 angeordnet und ist mit einer zentral angeordneten Drosselbohrung 136 verschen. Der Verbindungskanal 64 weist neben dem Rückschlagventil 66 einen zusätzlichen Auslaß 140 auf, der den Kanal 64 mit dem Kurbelgehäuseinneren verbindet.

Es sei angenommen, daß der Brennkammerdruck niedriger als der vorbestimmte normale Maximalwert sei und daß die obere und untere Kammer 30 bzw. 32 beide mit öl gefüllt sind. Bekanntlich wird der Kolben 10 während des letzten Teils eines jeden Aufwärtshubs verzögert und während des ersten Teils eines jeden nach unten gerichteten Hubs beschleunigt, wobei die Massenträgheit jedesmal zu einer Einwirkung auf das äußere Kolbenteil 12 führt, die dieses nach oben relativ zum inneren Kolbenteil 14 zu drücken versucht, wobei gegebenenfalls die Kammer 30 ausgedehnt und die Kammer 32 zusammengezogen wird. Infolge des sich ergebenden Öldruckanstieges in der Kammer 32 bewegt sich die Ventilplatte 128 in die in Fig. 2 dargestellte Lage, so daß der ölfluß aus der Kammer 32 nur durch die Drosselbohrung 136 möglich ist. Dieser gesteuerte Auslaß über die Drosselbohrung 136 und damit durch den zusätzlichen Auslaß 140 ermöglicht infolgedessen ein allmähliches zyklisches Abnehmen des Volumens der Kammer 32 und einen entsprechenden Anstieg des Volumens der Kammer 30, d. h., eine Relativverschiebung zwischen dem äußeren Kolbenteil 12 und dem inneren Kolbenteil 14. Wenn die obere Kammer 30 ihr Volumen vergrößert, fließt Öl über das Rückschlagventil 58 nach und häli die Kammer 30 im gefüllten Zustand. Der gesteuerte Abfluß des Öls aus der unteren Kammer 32 durch die Drosselbohrung 136 und von dort durch den zusätzlichen Auslaß 140 führt demnach dazu, daß bei jedem Takt der Maschine sich der äußere Kolbenteil 12 mit einem sehr geringen Betrag relativ zum inneren Kolbenteil 14 nach oben bewegt, solange ein vorbestimmter Brennkammerdruck nicht überschritten wird. Während des Kompressions-

hubes und des Expansionshubes wirkt der erhebliche Gasdruck der Massenträgheit des äußeren Kolbcnleils 12 entgegen, so daß während dieser Hube eine geringe oder gar keine Relativverschicbung /wischen dem inneren und äußeren Kolbenteil stattfindet. Das Rückschlagventil 58 schließt das Öl in der oberen Kammer 30 ein, solange der Druck in der Kammer 30 geringer als der Ansprechdruck des Druckbegrenzungsventils 62 ist. Auf diese Weise kann eine Aufwärtsbewcgung des äußeren Kolbenteils '2 relativ zum inneren Kolbentcil 14 für mehrere Takte in Erscheinung treten. wobei das Kompressionsverhällnis der Maschine angehoben wird. Das wird fortgesetzt, bis der Verbrennungskammerdruck den vorbestimmten normalen Maximalwert erreicht, wonach Öl aus der Kammer 30 in der nachfolgend beschriebenen Weise abfließt.

Wenn der Verbrennungskammerdruck über einen vorbestimmten Wert angestiegen ist, wirkt er sich (nach Übersetzung) im Kanal 60 und der Kammer 110 aus, das Ventilglied 106 wird geöffnet und öl fließt durch den Verbindungskanal 64 und das Rückschlagventil 66 in die untere Kammer 32. Solange sich die Kammer 32 ausdehnt fließt öl nach. Da sich das Volumen der Kammer 30 rascher und entgegengesetzt zum Volumen der Kammer 32 ändert, ist mehr Öl da als die Kammer 32 aufnehmen kann. Der Rest fließt über den Auslaß 140 ab. Während des normalen Betriebs der Maschine herrscht ein Zustand relativen Ausgleichs, d. h., das äußere Kolbenteil 12 bewegt sich ganz wenig nach oben und unten relativ zum inneren Kolbentcil 14 und die hauptsächliche Lage entspricht der zur Erzeugung des maximalen Verbrennungskammerdrucks, wie er durch die Einstellung des Druckbegrenzungsvcntils 62 vorbesiimmt ist. Bei einem solchen normalen Betrieb kommt nur geringe Ölpumptätigkeit vor.

Wenn der Brennkammerdruck plötzlich durch Öffnen der Drossel oder durch Erhöhung der Last an der Maschine steigt, dann wird das äußere Kolbenteil 12 rasch nach unten in bezug auf das innere Kolbenteil 14 bewegt, wobei das Brennkammervolumen ansteigt und der Brennkammerdruck auf den gewünschten Maximalwert absinkt. Hierbei strömt Öl über den zusätzlichen Auslaß 140 ab. d. h., es braucht nicht alles Öl von der unteren Kammer 32 aufgenommen werden, deren Volumenzunahme hierzu nicht ausreichen würde.

F i g. 4 und 5 zeigen eine Variante des Rückschlagventils 66 und des Auslasses 140. Bei dieser Konstruktion ist ein hohler Schiebcrkolbcn 200 vorgesehen, der in einer Kammer 202 bewegbar ist, die am Eingang der unteren Kammer 32 liegt. Ein Ring 204 begrenzt die Abwärtsbewegung des Schicberkolbcns 200. Die Längsbuhrungen 206 b/w. 20S des Schieberkoibcns und des Ringes stehen immer in Verbindung. Der Schiebcrkolben 200 weist eine obere Verlängerung 210 auf. die einen Auslaß 212 beherrscht. Eine Drosselbohrung 214 verbindet die Kammer 202 mit dem Kurbelgchäuseinneren und wird, wie Fig. 5 zeigt, geöffnet, wenn der Schieberkolben 200 in seine obere Stellung bewegt wird. In der unteren Stellung (Fig. 4) wird die Drosselbohrung 214 geschlossen und die Verbindung zwischen dem Auslaß 212 und dem Verbindungskanal 64 ist geöffnet.

Wenn die Kammer 32 sich ausdehnt und Öl ansaugt, nimmt der Schicberkolben 200 die in F i g. 4 dargestellte Stellung ein. Wenn die Kammer 32 sich zusammenzieht. wird der Schieberkolben 200 in die in Fig.5 gezeigte Stellung bewegt, und /war wegen der Ausbildung als Dilfcrcntialkolbenventil. In dieser Stellung ist der Auslaß 212 geschlossen und die Drosselbohrung 214 geöffnet, um den notwendigen gesteuerten Abfluß aus der Kammer 32 zu ermöglichen. Die weit geöffnete Verbindung /um Kanal 64 bleibt unschädlich, da dieser keinen Auslaß mehr aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Regeleinrichtung im Arbeitskolben einer Brennkraftmaschine zur Veränderung der Kompression, mit folgenden Merkmalen:

a) ein äußeres Kolbenteil (12) und ein darin eingefügtes inneres Kolbenteil (14) sind zueinander verschieblich ausgebildet und umschließen eine in der Nähe des Kolbenbodens (lfi) angeordnete erste Kammer (30) sowie eine pleuelseilige zweite Kammer (32);

b) bei einer Verschiebung der Kolbenteile (12, 14) ändert sich das Volumen der ersten Kammer (30) rascher als das der zweiten Kammer (32) und entgegengesetzt zu dieser;

c) in dem Kolben ist ein mit einem Rückschlagventil (58) bestückter Kanal (51,54} zur Zufuhr von Druckmittel in die erste Kammer (30), ein Druckbegrenzungsventil (62) zur Ableitung von Druckmittel aus der ersten Kammer (30) und ein stromab an das Druckbegrenzungsventil angeschlossener Verbindungskanal (64) zur Leitung von Druckmittel in die zweite Kammer (32) vorgesehen, die einen Drosselauslaß (136, 214) aufweist;

d) der Verbindungskanal (64) weist einen zusätzlichen Auslaß (140, 212) auf, der bei Überschreiten einer bestimmten Druckzunahme in der ersten Kammer (30) und der damit in Verbindung stehenden Ableitung einer vergrößerten Druckmittelmenge wirksam wird und wenigstens einen Teil dieser Druckmittelmenge vor Erreichen der zweiten Kammer (32) abzweigt;

e) in dem Verbindungskanal (64) ist vor der zweiten Kammer (32) ein Rückschlagventil (6ti, 200) vorgesehen, welches bei Volumenzunahme der zweiten Kammer (32) öffnet und bei Druckzunahme in der zweiten Kammer (3?) schließt,

nach Patent 17 51703.2, gekennzeichnet durch :

f) das bewegliche Glied (128,200) des Rückschlagventils weist zusätzlich den Drosselauslaß (136 bzw. 214) auf bzw. beherrscht diesen.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das vor der zweiten Kammer (32) angeordnete Rückschlagventil (66) aus einer in einem Ventilraum angeordneten Platte (128) mit Drosselbohrung (136) und einem in den Ventilraum hineinragenden Vorsprung (124) mit seitlichen Durchlaßöffnungen (126) besichi.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das vor der zweiten Kammer (32) angeordnete Rückschlagventil aus einem Schicberkolben (200) mit Längsbohrung (206) in Verbindung mit dem zusätzlichen Auslaß (212) und dem Drosselauslaß (214) besteht, die relativ zu dem Schieberkolben (200) so angeordnet sind, daß in de.' Lage des Ventils bei Volumenzunahme der /weiten Kammer (32) der zusätzliche Auslaß (212) abgesperrt und der Drosselauslaß (214) geöffnet ist.