DE2753563A1 - Variable stroke reciprocating piston IC engine - has resilient connecting rod formed by spring=loaded hydraulic arm - Google Patents
Variable stroke reciprocating piston IC engine - has resilient connecting rod formed by spring=loaded hydraulic armInfo
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- DE2753563A1 DE2753563A1 DE19772753563 DE2753563A DE2753563A1 DE 2753563 A1 DE2753563 A1 DE 2753563A1 DE 19772753563 DE19772753563 DE 19772753563 DE 2753563 A DE2753563 A DE 2753563A DE 2753563 A1 DE2753563 A1 DE 2753563A1
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Abstract
Description
Daimler-Benz AktiengesellschaftDaimler-Benz Aktiengesellschaft
Stuttgart-Untertürkheim Daim ti 285/4 Stuttgart-Untertürkheim daim ti 285/4
Hubkolben-BrennkraftmaschineReciprocating internal combustion engine
Die Erfindung betrifft eine Hubkolben-Brennkraftmaschine, bei der die eine Pleuelstange umfassende Abstützung des Kolbens gegen die Kurbelwelle in Längsrichtung der Pleuelstange federnd nachgiebig ist.The invention relates to a reciprocating internal combustion engine the support of the piston against the crankshaft, which includes a connecting rod, is resilient in the longitudinal direction of the connecting rod is yielding.
Bei einer bekannten Konstruktion dieser Art (DT-PS 487 13 8) ist zwischen Pleuelstange und Kolbenbolzen eine Federabstützung angeordnet, deren Härte so ausgelegt ist, daß sie lediglich bei Spitzendrücken, also Verbrennungshöchstdrücken anspricht und zusammengepreßt wird. Es soll dadurch die Härte des Verbrennungsschlages herabgemindert und in entsprechender Weise die mechanische Belastung der Triebwerksteile verringert werden.In a known construction of this type (DT-PS 487 13 8) there is a spring support between the connecting rod and the piston pin arranged, the hardness of which is designed so that it responds only to peak pressures, so maximum combustion pressures and is compressed. It should thereby reduce the severity of the burns and in a corresponding manner Way, the mechanical stress on the engine parts can be reduced.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Hubkolben-Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten, daß unabhängig vom Lastzustand, und damit vom Füllungsgrad, stets ein im wesentlichen gleicher Verdichtungsdruck erreicht wird.In contrast, the invention is based on the object of providing a reciprocating internal combustion engine of the type mentioned at the outset to design that regardless of the load condition, and thus the degree of filling, always an essentially the same Compression pressure is reached.
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Gemäß der Erfindung wird dies durch die Ausbildung der Pleuelstange als in Richtung auf seine maximale Ausfahrlänge federbelasteter Hydraulikzylinder erreicht, wobei der Hydraulikzylinder einen Mantel und einen in diesem geführten Schaft aufweist und in Abhängigkeit von der Kurbelwellenstellung zumindest um den Zündzeitpunkt durch Absperren seines ölraumes blockierbar ist. Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist zwischen Kolben und Kurbelwelle während des Bereiches der Zünd- und Verbrennungsphase, in dem höhere Drücke als der maximal zulässige Verdichtungsdruck herrschen, eine unnachgiebige Abstützung des Kolbens gegenüber der Kurbelwelle gegeben. Die erfindungsgemäß vorgesehene Nachgiebigkeit ermöglicht demgegenüber aber in der Verdichtungsphase eine Auslegung, bei der bei minimaler Füllung noch der maximale Verdichtungsdruck erreicht werden kann, während umgekehrt bei maximaler Füllung dieser Verdichtungsdruck nicht überschritten wird, da insoweit durch die Kompression der federnden Abstützung eine Vergrößerung des Brennraumes analog zum höheren Füllungsgrad erreichbar ist. Es ist somit bei der erfindungsgemäßen Lösung bei niedriger Füllung ein objektiv kleinerer Brennraum gegeben als bei hoher Füllung. Diese Veränderung des effektiven Brennraumvolumens in Anpassung an den Füllungsgrad ermöglicht den Betrieb der Brennkraftmaschine stets bei von der Auslegung her maximal möglicher Verdichtung und damit optimalem Wirkungsgrad. Es werden somit die sonst last- und damit füllungsgradabhängig auftretenden Verdichtungsunterschiede vermieden, die bei unterhalb der auslegungsmäßig maximalen Verdichtung einen schlechten Wirkungsgrad des Motores zur Folge haben. AlsAccording to the invention, this is achieved by designing the connecting rod as a hydraulic cylinder spring-loaded towards its maximum extension length, the hydraulic cylinder having a jacket and a shaft guided in this and, depending on the crankshaft position, at least around the ignition point by shutting off its oil chamber can be blocked. In the solution according to the invention is between the piston and crankshaft during the area of the ignition and combustion phase, in which pressures higher than the maximum permissible compression pressure prevail, given an unyielding support of the piston against the crankshaft. the In contrast, the compliance provided according to the invention enables a design in the compression phase which the maximum compression pressure can still be achieved with minimum filling, while conversely this compression pressure is not exceeded with maximum filling, since in this respect due to the compression of the resilient Support an enlargement of the combustion chamber analogous to the higher degree of filling can be achieved. In the case of the solution according to the invention, it is therefore an objective when the filling is low there is a smaller combustion chamber than with a high filling. This change in the effective combustion chamber volume in adaptation on the degree of filling enables the internal combustion engine to be operated at the maximum possible from the design point of view Compression and thus optimal efficiency. This avoids the compression differences that otherwise occur depending on the load and thus the degree of filling, which result if compression is below the maximum compression according to the design result in poor engine efficiency. as
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Zusatzeffekt ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung, daß während des Ausschiebens durch die dabei gegebene Entspannung der Feder der Kolben stets den Brennraum auf ein konstruktives Minimum verringert, mit der Folge,There is an additional effect in the embodiment according to the invention, that while the piston is being pushed out, the piston is always in the combustion chamber due to the relaxation of the spring reduced to a constructive minimum, with the result,
erreicht wird daß eine optimale Ausschiebung der verbrauchten Gase/und damit ein sehr geringer Restgasanteil im Zylinder verbleibt. Insbesondere im Leerlauf- und Teillastbereich ergibt sich dadurch ein besonders günstiges Verhältnis zwischen der in bezug auf den Vollastbereich relativ kleinen angesaugten Frischgasmenge und dem Restgasanteil.what is achieved is that an optimal expulsion of the gases consumed / and so that a very small amount of residual gas remains in the cylinder. Especially in the idle and partial load range This results in a particularly favorable ratio between the relatively small ones in relation to the full load range the amount of fresh gas drawn in and the amount of residual gas.
In Ausgestaltung der Erfindung erweist es sich aus konstruktiver Sicht als zweckmäßig, wenn der Mantel des Zylinders den kurbelwellenseitigen Teil der Pleuelstange bildet, während der Schaft als kolbenseitiger Teil der Pleuelstange eingesetzt ist. Prinzipiell gesehen ist aber auch eine umgekehrte Anordnung im Rahmen der Erfindung möglich. Die erstgenannte Lösung erweist sich aber als besonders vorteilhaft, da dadurch der Anteil der der Kurbelwelle zugeordneten, rotierenden Masse gegenüber der kolbenseitigen,oszillierenden Masse verhältnismäßig groß sein kann. Letzteres erweist sich insbesondere bei höheren Drehzahlen als wichtig.In an embodiment of the invention, it turns out to be more constructive View as useful if the jacket of the cylinder forms the part of the connecting rod on the crankshaft side, while the shaft is used as the piston-side part of the connecting rod. In principle, however, it is also the other way round Arrangement possible within the scope of the invention. The first-mentioned solution proves to be particularly advantageous, as this results in the proportion of the rotating mass assigned to the crankshaft compared to the oscillating mass on the piston Mass can be relatively large. The latter proves to be particularly important at higher speeds.
Im Hinblick auf eine möglichst geringe Baugröße ist es von Vorteil, wenn der Schaft über Blattfederpakete in Richtung auf seine maximale Ausfahrlänge abgestützt ist, wobei die Blattfederpakete bevorzugt in der Mantelbohrung angeordnet sind.With regard to the smallest possible size, it is advantageous if the shaft over leaf spring assemblies in the direction is supported on its maximum extension length, wherein the leaf spring assemblies are preferably arranged in the casing bore are.
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Die erfindungsgemäß notwendige Ölversorgung des Hydraulikzylinders erfolgt in einfachster Weise über die Kurbelwelle, wobei hier ein unmittelbarer Anschluß an den Motorölkreislauf vorgenommen werden kann. Die Versorgung selbst kann dabei zugleich in einfacher Weise über die Kurbelwelle gesteuert werden, so daß eine einfache Synchronisation zwischen der notwendigen Blockierung um den oberen Totpunktsbereich und dem Kurbelwellenumlauf möglich ist. Zweckmäßigerweise kann hierzu dem Mantel eine Versorgungsbohrung zugeordnet sein, die mit einer umlaufenden, dem Pleuellager der Kurbelwelle zugeordneten Versorgungs- und Steuernut zusammenwirkt, wobei im Hinblick auf die erwünschte schnelle Absteuerung des ölräumes eine Lösung zweckmäßig ist, bei der sich die Versorgungsnut lediglich über einen Teil des Lagerumfanges erstreckt.The oil supply of the hydraulic cylinder required according to the invention is carried out in the simplest way via the crankshaft, a direct connection to the engine oil circuit can be made here. The supply itself can be controlled in a simple manner via the crankshaft, so that a simple synchronization between the necessary blocking around the top dead center and the crankshaft rotation is possible. Appropriately For this purpose, a supply bore can be assigned to the jacket, which cooperates with a circumferential supply and control groove assigned to the connecting rod bearing of the crankshaft, with a solution in which the Supply groove only extends over part of the scope of the bearing.
Um die erfindungsgemäßen Vorteile drehzahlunabhängig verwirklichen zu können, erweist es sich als zweckmäßig, wenn bei in Richtung auf ihre maximale Ausfahrlänge federbelasteter und in entgegengesetzter Richtung verkürzbarer Pleuelstange dem über den Kolbenbolzen mit der Pleuelstange verbundenen Kolben ein Gegengewicht zugeordnet ist, das in Pleuelstangenrichtung längsverschieblich ist, und das gegenüber dem kolbenseitigen Pleuelstangenteil über einen Hebel abgestützt ist, dessen Lagerung einen festen radialen Abstand zur Kurbelwelle hat. Hierdurch ergibt sich ein Ausgleich der fliehkraftabhängig auftretenden Belastungen, die dazu führen könnten, daß bei hohen Drehzahlen allein aufgrund der gegebenen Fliehkräftejbei Vollast der Verdichtungsdruck zu hoch wird.In order to be able to realize the advantages according to the invention independently of the speed, it proves to be expedient if at in the direction of their maximum extension length spring-loaded connecting rod that can be shortened in the opposite direction the piston connected to the connecting rod via the piston pin is assigned a counterweight which is longitudinally displaceable in the connecting rod direction and which is supported by a lever with respect to the piston-side connecting rod part whose bearing has a fixed radial distance from the crankshaft. This results in a compensation of the loads that occur as a function of centrifugal force, which could lead to a situation in which at high speeds solely due to the given Centrifugal forces at full load the compression pressure is too high.
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Allgemein ist zur erfindungsgemäßen Lösung festzustellen, daß durch diese die Größe der mechanischen Verluste der Brennkraftmaschine im wesentlichen unbeeinflußt bleibt, durch den Betrieb der Brennkraftmaschine bei nahezu unveränderter Ver-In general, it can be stated about the solution according to the invention that this increases the magnitude of the mechanical losses of the internal combustion engine remains essentially unaffected by the operation of the internal combustion engine with almost unchanged
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dichtung über alle Lastbereiche aber eine wesentliche/Wirkungsgradverbesserung erreicht wird. Insbesondere bedingt auch die federnde Abstützung bei der erfindungsgemäßen Lösung keine Verlustleistung, da die Kompressionsarbeit während des Expansionstaktes nach Unterschreiten des maximalen Verdichtungsdruckes wieder freigesetzt wird. sealing across all load ranges but a significant improvement in efficiency is achieved. In particular, the resilient support does not require any in the solution according to the invention Power loss, since the compression work is released again during the expansion stroke after falling below the maximum compression pressure.
Die Erfindung wird im folgenden mit weiteren Einzelheiten anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below with further details on the basis of exemplary embodiments. Show it:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung, wobei eine dem oberen Totpunkt benachbarte Kurbelwellenstellung - kurz vor Zündung - gegeben ist und für diese Kurbelwellenstellung die verschiedenen Kolbenlagen für die Arbeit bei niedriger Teillast, bei hoher Teillast und bei Vollast angedeutet sind,Fig. 1 is a schematic sectional view of a reciprocating internal combustion engine according to the invention, wherein a crankshaft position adjacent to the top dead center - shortly before ignition - is given and for this crankshaft position the different piston positions for work at low part load, high part load and full load are indicated,
Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Schnittdarstellung mit einer dem maximalen Verbrennungsdruck entsprechenden Kurbelwellenstellung , wobei wiederum die verschiedenen Kolbenlagen für niedrige Teillast, hohe Teillast und Vollast eingezeichnet sind,FIG. 2 shows a sectional illustration corresponding to FIG. 1 with a maximum combustion pressure corresponding crankshaft position, again showing the different piston positions for low part load, high part load and full load are shown,
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Fig. 3 eine den Fig. 1 und 2 entsprechende Schnittdarstellung durch eine Hubkolben-Brennkraftmaschine, wobei die Kolbenlage für eine dem oberen Totpunkt im Auspufftakt entsprechende Kurbelwellenstellung gezeigt ist,3 shows a sectional view corresponding to FIGS. 1 and 2 through a reciprocating piston internal combustion engine, the piston position for one of the top dead center in the exhaust stroke corresponding crankshaft position is shown,
darstellnng durch eine Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung, wobei eine Kolbenlage gezeigt ist, die der Kurbelwellenstellung im unteren Totpunkt am Ende des Ansaugtaktes entspricht,darstellnng by a reciprocating internal combustion engine according to the invention, wherein a Piston position is shown, which corresponds to the crankshaft position at bottom dead center at the end of the intake stroke,
Fig. 5 eine weitere, schematisierte Schnittdarstellung durch eine Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung, wobei eine Gewichtsentlastung für den Kolben vorgesehen ist und5 shows a further, schematic sectional illustration through a reciprocating piston internal combustion engine according to the invention, wherein a weight relief is provided for the piston and
In den Figuren ist schematisch eine Hubkolben-Brennkraftmaschine 1 dargestellt, bei der der Gaswechsel über einen Ansaugkanal 2 und einen Auslaßkanal 3 erfolgt, wobei dem Ansaugkanal 2 in hier nicht nHher dargestellter Weise ein Drosselelement im Ansaugweg zugeordnet ist, über das die angesaugte Gemisch- bzw. Luftmenge lastabhängig gesteuert wird. Entsprechend den für urierschiedliche Lastzustände verschiedenen Stellungen des Drosselelementes, also z. B. einer Drosselklappe ergeben sich für den Brennraum 4 der Maschine, der im wesentlichen durch den Zvlhderkopf 5 einerseits und den KolbenIn the figures, a reciprocating piston internal combustion engine 1 is shown schematically, in which the gas exchange takes place via an intake channel 2 and an outlet channel 3, wherein the intake channel 2 is assigned a throttle element in the intake path in a manner not shown here, via which the sucked-in mixture or .Air volume is controlled depending on the load. According to the different ones for different load conditions Positions of the throttle element, so z. B. a throttle valve result for the combustion chamber 4 of the machine, which is essentially through the Zvlhderkopf 5 on the one hand and the piston
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andererseits begrenzt ist, unterschiedliche Füllmengen, die bezogen auf einen Brennraum gleicher Größe für sämtliche Lastzustände unterschiedliche Verdichtungsdrücke zur Folge hätten.on the other hand is limited, different filling quantities, based on a combustion chamber of the same size for all Load conditions would result in different compression pressures.
In Abhängigkeit vom Lastzustand verschieden hohe Verdichtungen des Kraftstoff-Luftgemisches beeinflussen aber den Wirkungsgrad (Kraftstoffverbrauch) der Maschine negativ, da diese einen optimalen Bereich in bezug auf ihren Wirkungsgrad nur für eine bestimmte Verdichtung aufweist. Je niedriger aber die Verdichtung wird, desto schlechter wird der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine. Dementsprechend wird bei der erfindungsgemäßen Lösung entsprechend der Füllung des Zylinders im Ansaugtakt ein veränderliches Volumen für den Brennraum 4 verwirklicht, um bei den verschiedenen Lastzuständen, und damit bei den verschiedenen Füllungsgraden stets eine etwa gleich hohe Verdichtung zu erreichen. Diese entspricht der maximalen Verdichtung, weshalb bei geringer Füllung ein kleiner Brennraum und bei hoher Füllung ein großer Brennraum gegeben sein muß.Depending on the load condition, different levels of compression of the fuel-air mixture influence the efficiency (Fuel consumption) of the machine negative, as this is an optimal range in terms of its efficiency only for a certain compression. But the lower the compression, the worse it gets Efficiency of the internal combustion engine. Accordingly, the solution according to the invention corresponds to the filling of the cylinder in the intake stroke realized a variable volume for the combustion chamber 4 in order to with the different Load conditions, and thus always achieve an approximately equally high compression with the different degrees of filling. This corresponds to the maximum compression, which is why a small combustion chamber with a low filling and a high filling there must be a large combustion chamber.
Diese Veränderung des Volumens des Brennraumes 4 wird bei der erfindungsgemäßen Lösung dadurch verwirklicht, daß die Pleuelstange 7 zumindest für den Kompressionstakt längsnachgiebig ausgebildet ist und zumindest im Anschluß an den Kompressionstakt um den oberen Totpunkt in ihrer Längsnachgiebigkeit blockierbar ist.This change in the volume of the combustion chamber 4 is achieved in the solution according to the invention in that the Connecting rod 7 is designed to be longitudinally flexible at least for the compression stroke and at least following the Compression stroke around top dead center can be blocked in its longitudinal flexibility.
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Die Pleuelstange 7 ist hierzu bei der in den Ausführungsbeispielen veranschaulichten Ausführung als Hydraulikzylinder ausgebildet, der einen Mantel 8 und einen in diesem geführten Schaft 9 aufweist, wobei der Mantel 8 den kurbelwellenseitigen Teil der Pleuelstange 7 bildet und in üblicher Weise auf einem entsprechenden Zapfen 1o der Kurbelwelle gelagert ist.For this purpose, the connecting rod 7 is a hydraulic cylinder in the embodiment illustrated in the exemplary embodiments formed, which has a jacket 8 and a shaft 9 guided in this, the jacket 8 forming the part of the connecting rod 7 on the crankshaft side and being mounted in the usual way on a corresponding pin 1o of the crankshaft.
Der im Mantel 8 axial geführte Schaft 9 ist im Hinblick auf die Längsnachgiebigkeit der Pleuelstange 7 über Blattfederpakete 11 koaxial zum Mantel 8 abgestützt, wobei die Abstützung unmittelbar gegenüber dem Mantel 8 oder auch gegenüber dem Kurbelwellenzapfen 1o erfolgen kann. Diese letztere Ausführung ist in den Fig. 1 und 2 veranschaulicht, in denen die Blattfederpakete 11, die in einer entsprechenden Bohrung 12 des Mantels 8 axial geführt sind, auf einem Tragring 13 abgestützt sind, der in einer kurbelwellenseitigen Erweiterung der Bohrung 12 liegt und unmittelbar auf dem Zap-4n 1o der Kurbelwelle bzw. der diesem zugeordneten Lagerschale 14 abgestützt ist. Zentral weisen der Tragring 13 und der Schaft 9 Ölbohrungen 15, 16 auf, von denen die Ölbohrung 16 im Schaft 9 über eine Drosselbohrung 17 mit kleinem Querschnitt auf das kolbenseitige Lagerauge 18 der Pleuelstange bzw. des Schaftes 9 ausmünden, das den Kolbenbolzen 19 aufnimmt .The shaft 9, which is axially guided in the jacket 8, is supported coaxially to the jacket 8 via leaf spring assemblies 11 with regard to the longitudinal flexibility of the connecting rod 7, the support being directly opposite the jacket 8 or also opposite the crankshaft journal 1o can be done. This latter embodiment is illustrated in Figs. 1 and 2, in which the leaf spring assemblies 11, which are axially guided in a corresponding bore 12 of the shell 8, are supported on a support ring 13, which is in a crankshaft side Extension of the bore 12 is located and is supported directly on the Zap-4n 1o of the crankshaft or the bearing shell 14 assigned to it. The support ring 13 and the central point Shank 9 oil holes 15, 16 on, of which the oil hole 16 in the shaft 9 via a throttle bore 17 with a small cross-section on the piston-side bearing eye 18 of the connecting rod or of the shaft 9 which receives the piston pin 19.
Ober eine hier nicht weiter dargestellte, der Kurbelwelle zugeordnete Versorgungsbohrung und eine daran anschließende Radialbohrung 2o im Kurbelwellenzapfen 1o ist eine Steuer-Via a supply bore, not shown here, assigned to the crankshaft, and an adjoining one Radial bore 2o in the crankshaft journal 1o is a control
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nut 21 an die Ölversorgung der MascJiine angeschlossen. Ober diese Steuernut 21 erfolgt der Anschluß des als Pleuelstange 7 dienenden Hydraulikzylinders an die Ölversorgung der Maschine. Die Steuernut 21 erstreckt sich dabei im dargestellten Ausführungsbeispiel über einen Winkelbereich zwischen etwa 18o bis 27o Grad, bevorzugt etwa 21o , wobei sie sich, bezogen auf die der oberen Totpunktstellung des Kolbens entsprechende Lage des Kurbel Zapfens 1o etwa über dessen unteren Bereich erstreckt und wobei weiter ihre bezogen auf die Drehrichtung 22 der Kurbelwelle rückwärtige Kante 23 gegenüber der vertikalen Radialebene des Kurbelzapfens 1o in dessen oberer Totpunktlage in Drehrichtung 22 versetzt ist. In Umfangsrichtung entspricht die Größe dieses Versatzes einem Winkel von etwa 15 bis 2o Grad, so daß die Ölbohrung 15 im Bereich des oberen Totpunktes vom Kurbelwellenzapfen abgeschlossen und dementsprechend der Zylinderraum, der im wesentlichen durch die Bohrungen 12, 15 und 16 gebildet ist, abgesperrt ist. Die Absperrung bleibt erhalten, bis die bezogen auf die Drehrichtung vordere Kante 24Nut 21 connected to the oil supply of the machine. Upper this control groove 21 is used to connect the hydraulic cylinder serving as the connecting rod 7 to the oil supply of the Machine. The control groove 21 extends in the illustrated embodiment over an angular range between about 18o to 27o degrees, preferably about 21o, with reference to the top dead center position of the Piston corresponding position of the crank pin 1o extends approximately over its lower region and further related to their on the direction of rotation 22 of the crankshaft rear edge 23 opposite the vertical radial plane of the crank pin 1o is offset in the direction of rotation 22 in its top dead center position. In the circumferential direction, the size corresponds to this Offset at an angle of about 15 to 2o degrees, so that the oil hole 15 is in the area of the top dead center of the crankshaft journal completed and accordingly the cylinder space, which is essentially through the bores 12, 15 and 16 is formed, is locked. The barrier remains in place until the front edge 24 in relation to the direction of rotation
der Steuernut 21 die Ölbohrung 15 erreicht ist, so daß der Anschluß an die Steuernut 21 wieder hergestellt ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Freigabe etwa $o nach OT.the control groove 21 the oil bore 15 is reached, so that the connection to the control groove 21 is restored. In the exemplary embodiment shown, the release takes place about $ o after TDC.
Solarge der als Pleuelstange 7 dienende Hydraulikzylinder von der Ölversorgung abgesteuert ist, ist. er praktisch blockiert, so daß ein weiteres Einfahren nicht möglich ist. Die Pleuelstange 7 verhält sich damit in dem besagten Bereich um denSolarge the hydraulic cylinder serving as the connecting rod 7 is disconnected from the oil supply. he practically blocks, so that further retraction is not possible. The connecting rod 7 thus behaves in the said area around the
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oberen Totpunkt wie starr. Dementsprechend kann sich bei der erfindungsgemäßen Lösung das Volumen des Brennraumes 4 während der Verdichtungsphase zwar so verändern, daß unabhängig vom jeweiligen Lastzustand, und damit auch vom jeweiligen Füllungsgrad das maximale Verdichtungsverhältnis erreicht wird, wenn erfindungsgemäß die Blattfederpakete in bezug auf ihre Abstützkraft entsprechend ausgelegt sind, ein weiteres Einfedern im Anschluß an die Verdichtungsphase und damit unter dem Einfluß der weit höheren Verbrennungsdrücke ist aber ausgeschlossen.top dead center as if rigid. Accordingly, in the solution according to the invention, the volume of the combustion chamber 4 can indeed change during the compression phase in such a way that it is independent depending on the load condition, and thus also on the respective degree of filling, the maximum compression ratio is achieved is when, according to the invention, the leaf spring assemblies in relation are designed accordingly for their supporting force, a further compression following the compression phase and thus under the influence of the much higher combustion pressures but is excluded.
Verschiedene Größen des Volumens des Brennraumes 4, die sich in Abhängigkeit vom jeweiligen Lastzustand, und damit auch vom Füllungsgrad einstellen, sind in Fig. 1 gezeigt, wobei die oberste, durch eine Vollinie symbolisierte Kolbenstellung 25 der Stellung des Kolbens 6 gegen Ende der Verdichtungsphase bei niedriger Teillast, und damit bei geringer Füllung zeigt. Bezogen auf die gleiche Kurbelwellenstellung symbolisiert die Strichpunktlinie 26 die entsprechende Stellung des Kolbens bei hoher Teillast, während die Linie 27 - strichliert - die entsprechende Stellung des Kolbens bei Vollast zeigt.Different sizes of the volume of the combustion chamber 4, which depend on the respective load condition, and thus also The uppermost piston position 25, symbolized by a solid line, is the position of the piston 6 towards the end of the compression phase at low partial load, and thus at lower Filling shows. In relation to the same crankshaft position, the dash-dotted line 26 symbolizes the corresponding position of the piston at high partial load, while the line 27 - dashed - shows the corresponding position of the piston at full load.
Den verschiedenen, sich lastabhängig, d. h. also füllungsgradabhängig einstellenden Kolbenstellungen entsprechen jeweils entsprechende wirksame Längen der Pleuelstange 7, und es werden diese Pleuelstangenlängen während der Verbrennunj?phase zumindest im Anschluß an den oberen TotpunktbereichThe different, load-dependent, d. H. that is to say, piston positions that adjust depending on the degree of filling correspond in each case to corresponding effective lengths of the connecting rod 7, and it becomes these connecting rod lengths during the combustion phase, at least after the top dead center area
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beibehalten, da, wie Fig. 2 zeigt, die Pleuelstangenlänge durch Absteuerung des die Pleuelstange 7 bildenden Hydraulikzylinders während dieser Phase fixiert ist. Dementsprechend sind auch während der besagten Verbrennungsphase, wie aus Fig. 2 ersichtlich, in Abhängigkeit vom jeweiligen Lastzustand, und damit vom jeweiligen Füllungsgrad bezogen auf gleiche Kurbelwellenstellung wiederum verschiedene Kibenstellungen gegeben, die für den Kolben 6 in Fig. 2 analog zur Darstellung gemäß Fig. 1 mit 25', 26* und 27' angedeutet sind.maintained, since, as FIG. 2 shows, the connecting rod length by disengaging the hydraulic cylinder forming the connecting rod 7 is fixed during this phase. Accordingly, also during the said combustion phase, as can be seen from FIG. 2, depending on the respective load condition, and thus on the respective filling level based on the same crankshaft position in turn, given different pin positions for the piston 6 are indicated in Fig. 2 analogously to the representation according to FIG. 1 with 25 ', 26 * and 27'.
Fig. 3 zeigt die anhand der Fig. 1 und 2 erläuterte Brennkraftmaschine in ihrer oberen Totpunktstellung am Ende des Auspufftaktes. Wie in der Stellung gemäß Fig. 2 ist hier zwar die Pleuelstange 7 vnn der Ölversorgung abgeschnitten und damit in ihrer Lfinge blockiert. Diese Blockierung ist insoweit aber ohne Bedeutung, da beim Auspufftakt ein dem Verdichtungsdruck entsprechender Gegendruck nicht gegeben ist, so daß die Pleuelstange bereits während des Auspufftaktes unter dem Einfluß der Federkraft auf ihre maximale Länge ausgefahren wurde, in der sie nun (Fig. 3) um den oberen Totpunkt blockiert ist. Dadurch, daß beim Auspufftakt kein wesentlicher Gegendruck gegeben ist, und dementsprechend für die Pleuelstange die maximale Ausfahrlänge erreicht wird, läßt sich in dieser Arbeitsphase für die dargestellte Brennkraftmaschine ein minimales Brennraumvolumen verwirklichen, mit der Folge, daß nur eine sehr geringe Brenngasmenge im Brennraum 4 verbleibt. Die Folge ist, daß über die Restgase nur noch eine unwesentliche Verunreinigung der in der nachfolgenden Ansaugphase angesaugten Frischgase erreicht wird, was insbesondere bei niedriger Teillast und im Leerlauf im Hinblick auf die Sicherstellung einer regelmäßigen Zündung wesentlich ist.3 shows the internal combustion engine explained with reference to FIGS. 1 and 2 in their top dead center position at the end of the exhaust stroke. As in the position according to FIG. 2, this is the case Connecting rod 7 cut off from the oil supply and thus blocked in its length. This blocking is so far but without Significance, since the exhaust stroke corresponds to the compression pressure Back pressure is not given, so that the connecting rod is already under the influence of the exhaust stroke Spring force was extended to its maximum length, in which it is now (Fig. 3) blocked around the top dead center. Through this, that there is no significant back pressure during the exhaust stroke, and accordingly the maximum extension length for the connecting rod is achieved, a minimum combustion chamber volume can be achieved in this work phase for the internal combustion engine shown realize, with the result that only a very small amount of fuel gas remains in the combustion chamber 4. The consequence is that about the Residual gases only insignificantly contaminated the fresh gases drawn in in the subsequent intake phase, which is essential in order to ensure regular ignition, especially at low partial loads and when idling is.
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Der Ansaugtakt, der in Tig. 4 dargestellt ist, läuft bei der erfindungsgemäß ausgestalteten Maschine praktisch ohne Änderungen gegenüber vergleichbaren Brennkraftmaschinen mit fester Kolbenstangenlänge ab. Daß während der Ansaugphase der die Pleuelstange 7 bildende Hydraulikzylinder wiederum an die Ölversorgung angeschlossen wird, bleibt ohne Einfluß auf den Ablauf, da sich bereits während des Auspufftaktes die maximale Lftnge der Pleuelstange eingestellt hat, die auch während des Ansaugtaktes erhalten bleibt.The intake stroke in Tig. 4, runs practically without changes in the machine designed according to the invention compared to comparable internal combustion engines with a fixed piston rod length. That during the suction phase of the the hydraulic cylinder forming the connecting rod 7 is in turn connected to the oil supply, remains without influence the process, since the maximum length of the connecting rod has already been set during the exhaust stroke, that too is maintained during the intake stroke.
Es wird durch die Erfindung somit eine Hubkolben-Brennkraftmaschine geschaffen, die ohne wesentliche Komplizierung ihres Aufbaues bei den verschiedensten Lastzuständen eine gleichbleibende Verdichtung aufweist, und die deshalb zu einem besseren Wirkungsgrad - niedrigerer Kraftstoffverbrauch - und besserer Abgaszusammensetzung führt. In diesem Sinne wirkt sich auch vorteilhaft aus, daß der Restgasanteil bei der erfindungsgemäßen Lösung, wie anhand der Fig. 3 erläutert, besonders klein gehalten werden kann, wodurch Zündaussetzer weitgehendst vermieden werden können und wodurch zusätzlich auch ein niedrigerer Leerlauf möglich wird.The invention thus makes it a reciprocating internal combustion engine created, which without substantial complication of their structure in a wide variety of load conditions has constant compression, and which therefore leads to better efficiency - lower fuel consumption - and leads to better exhaust gas composition. In this sense, it is also advantageous that the residual gas content in the solution according to the invention, as explained with reference to FIG. 3, can be kept particularly small, whereby misfires can be largely avoided and whereby a lower idle speed is also possible.
Entgegengesetzt zu den Gasdruckkräften, die in der Kompressionsphase auf ihn wirken, wird der Kolben insbesondere bei höheren Drehzahlen gegen Ende der Kompressionsphase durch an ihn angreifende Massenkräfte beaufschlagt. Diese können so hoch «erden, daß sie die Gasdruckkräfte zumindest teilweise kompensieren, so daß sich insbesondere im Vollastbereich zu hohe Verdichtungen ergeben können.Opposite to the gas pressure forces in the compression phase act on it, the piston will through towards the end of the compression phase, especially at higher speeds applied to him acting mass forces. These can earth so high that they at least partially absorb the gas pressure forces Compensate, so that compression can be too high, especially in the full load range.
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■χ-■ χ-
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Um dem zu begegnen, kann erfindungsgemäß in Verbindung mit der hier vorgesehenen, in Richtung auf ihre maximale Ausfahrlänge federbelasteten und in entgegengesetzer Richtung verkürzbaren Pleuelstange 1o7 eine Entlastungsvorrichtung vorgesehen sein, bei der deru über den Kolbenbolzen 119 mit der Pleuelstange 1o7 verbundenen Kolben 1o6 ein Gegengewicht zugeordnet wird, das in Längsrichtung der geteilten Pleuelstange 1o7 längsverschieblich ist und das gegenüber dem kolbenseitigen Pleuelstangenteil 1o9 über Hebel 129 abgestützt ist, der Lagerung 13o einen festen radialen Abstand zur Kurbelwelle, bzw. dem die Pleuelstange 1o7 tragenden Kurbelzapfen 11o aufweist.To counter this, according to the invention in connection with the one provided here, spring-loaded in the direction of its maximum extension length and shortenable in the opposite direction Connecting rod 1o7 a relief device can be provided, in which deru over the piston pin 119 with the Connecting rod 1o7 connected piston 1o6 is assigned a counterweight, which is in the longitudinal direction of the divided connecting rod 1o7 is longitudinally displaceable and is supported by lever 129 with respect to the piston-side connecting rod part 1o9 is, the bearing 13o a fixed radial distance to the crankshaft, or the connecting rod 1o7 supporting Has crank pin 11o.
Im einzelnen ist auch bei dieser Ausführungsform der kurbelwellenseitige Pleuelstangenteil 1o8 mantelartig ausgeführt und nimmt die Blattfederpakete 111 in seiner Mantelbohrung auf. In der genannten Bohrung 112 ist dabei, dem Kurbelzapfen 11 ο benachbart, wiederum ein Tragring 113 angeordnet, derIn detail, the crankshaft-side is also in this embodiment Connecting rod part 1o8 designed like a jacket and takes the leaf spring assemblies 111 in its jacket bore on. In the above-mentioned bore 112, a support ring 113 is in turn arranged adjacent to the crank pin 11 o, the
gegen den Mantel 1o8 verschraubt ist und auf dem sich die Blattfederpakete 111 kurbelwellenseitig abstützen. In Gegenrichtung beaufschlagen die Blattfederpafcete das in der Bohrung 112 liegende, kolbenartige Führungsende/des kolbenseitigen Pleuelstangenteiles 1o9, das gegen die Kurbelwelle zu einen hülsenförmigen Fortsatz 132 aufweist, der die Blattfederpakete zentral durchsetzt und in einer Führungsbohrung 133 des Tragringes 113 zusätzlich geführt ist.is screwed against the jacket 1o8 and on which the leaf spring assemblies 111 are supported on the crankshaft side. In the opposite direction, the leaf spring assemblies act on the piston-like guide end located in the bore 112 / the piston-side connecting rod part 1o9, which has a sleeve-shaped extension 132 against the crankshaft, which centrally penetrates the leaf spring assemblies and is additionally guided in a guide bore 133 of the support ring 113.
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Der kurbelwellenseitigc und im wesentlichen durch einen Mantel gebildete Pleuelstangenteil 1o8 weist an seinem dem Kolben zugewandten Ende einen in die Bohrung 112 hineinragenden Kragen 134 auf, der die Ausfahrlänge des kolbenseitigen Pleuelstangenteiles 1o9 begrenzt und als Anschlag für den Führungskolben 131 dient. An seinem dem Kolben 1o6 zugewandten Ende ist der kurbelwellenseitige Pleuelstangenteil 1o8 ferner mit zwei üsen 135 versehen, deren Achsen parallel zueinander und zur Kurbelwellenachse liegen und die einander in bezug auf die Achse 136 der Pleuelstange 1o7 diametral gegenüberliegen, wobei sie in einer gemeinsamen, zur Achse 136 senkrechten Ebene liegen. Ober die ösen 135 sind am kurbelwellenseitigen Pleuelstangenteil 1o8, wie insbesondere Fig. 6 zeigt, zwei Laschen 137 befestigt, die parallel zueinander und senkrecht zu den Achsen 135 liegen und die ihrerseits, wie Fig. 7 zeigt, die Lagerbohrungen 138 für den Hebeln 129 zugeordnete Lagerzapfen 139 aufweisen. Gegenüber den ösen 135 sind die Laschen 137 über in die ösenaugen eingesetzte Schrauben 14o fixiert.The crankshaft side and essentially through a jacket The connecting rod part 1o8 formed has a collar 134 protruding into the bore 112 at its end facing the piston which limits the extension length of the piston-side connecting rod part 1o9 and serves as a stop for the guide piston 131. At its end facing the piston 1o6, the connecting rod part 1o8 on the crankshaft side is also provided with two nozzles 135, the axes of which are parallel to one another and to the crankshaft axis and which are parallel to one another with respect to the axis 136 of the connecting rod 1o7 are diametrically opposite, lying in a common plane perpendicular to the axis 136. Above the eyelets are 135 attached to the connecting rod part 1o8 on the crankshaft side, as shown in particular in FIG. As FIG. 7 shows, the bearing bores 138 have bearing journals 139 assigned to the levers 129. Opposite the eyelets 135 are the tabs 137 are fixed by screws 14o inserted into the eyelet eyes.
Die Hebel 129, die als zweiarmige Hebel ausgebildet sind, sind symmetrisch zu einer die Achse 136 enthaltenden Ebene angeordn-et, ihrerseits aber nicht symmetrisch zu ihrer Drehachse. Es ist vielmehr der dem Gegengewicht zugeordnete Hebelarm größer als der dem kolbenseitigen Pleuelstangenteil zugeordnete, so daß entsprechend dem Obersetzungsverhältnis das Gegengewicht leichter ausgebildet sein kann. Dem kolbenseitigen Pleuelstangenteil 1o9 einerseits und dem Gegengewicht 128 andererseits sind Ausnehmungen 143, für die Arme der Hebel zugeordnet, wobei die Ausnehmungen 143 im Gegengewicht und die Ausnehmungen 144 im kolbenstangenseitigen Pleuelstangenteil 1o9 vorgesehen sind. Die AusnehmungenThe levers 129, which are designed as two-armed levers, are arranged symmetrically to a plane containing the axis 136, in turn, however, not symmetrical about their axis of rotation. Rather, the lever arm assigned to the counterweight is larger than that piston-side connecting rod part assigned, so that the counterweight is designed to be lighter in accordance with the transmission ratio can be. The piston-side connecting rod part 1o9 on the one hand and the counterweight 128 on the other hand are recesses 143, for the arms of the lever assigned, the recesses 143 in the counterweight and the recesses 144 in the piston rod side Connecting rod part 1o9 are provided. The recesses
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erstrecken sich als im wesentlichen halbzylindrische Aussparungen parallel zu den Drehachsen 142 der Hebel, welche bei 1emniskatenförmiger Grundform durch parallelliegende und in Querrichtung über eine Einschnürung aneinander anschließende zyüiderförmige Teile gebildet sind.extend as substantially semi-cylindrical recesses parallel to the axes of rotation 142 of the levers, which, in the case of the basic shape of the remnant, are replaced by parallel and cylindrical parts adjoining one another are formed in the transverse direction via a constriction.
Das Gegengewicht 128 ist bei der erfindungsgemäßen Lösung sowohl gegenüber dem Kolben 1o6 wie auch gegenüber dem kibensei ti gen Pleuelstangenteil 1o9 in Längsrichtung der Pleuelstange Io7 verschiebbar, wobei es gegenüber dem kolbenseitigen Pleuelstangenteil geführt ist. Die Führung ist als Schlittenführung ausgebildet, wobei das Gegengewicht mit einem entsprechenden Ansatz 145 jeweils in einer Aufnahmenut 146 des kolbenstangenseitigen Pleuelteils 1o9 verläuft. Rei U-förmiger, zu einer die Achse des Kolbenbolzens 110 sowie die Achse 136 des Pleuels 1o7 enthaltenden Ebene symmetrischer Ausbildung des Gegengewichtes 128 ergibt sich so eine exakte Führung in Längsrichtung der Pleuelstange, wobei die dem Gegengewicht zugeordneten Ausnehmungen 143 für die Hebel 129 nahe den freien P.nden des U-förmigen Gegengewichtes 12S liegen.The counterweight 128 is in the solution according to the invention both with respect to the piston 1o6 as well as with respect to the connecting rod part 1o9 on the kibensei side in the longitudinal direction of the Connecting rod Io7 displaceable, whereby it is opposite to the piston-side Connecting rod part is guided. The guide is designed as a slide guide, with the counterweight with a corresponding shoulder 145 in each case in a receiving groove 146 of the piston rod-side connecting rod part 1o9. Rei U-shaped, to one the axis of the piston pin 110 and the axis 136 of the connecting rod 1o7 containing plane of symmetrical design of the counterweight 128 results such an exact guidance in the longitudinal direction of the connecting rod, the recesses 143 for the lever 129 near the free ends of the U-shaped counterweight 12S lie.
Die Grundfunktion und der grundsätzliche Aufbau einer Pleuelstange gemäß Fig. 5 bis 8 entspricht dem anhand der Fig. 1 bis 4 Erläuterten. Zusätzlich wird bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 bis 8 lediglich noch eine drehzahlanabhängige Arbeitsweise erreicht, da die am Kolben 1o6 wirksam werdenden Massenkräfte unter Vermittlung der Hebel 129 über das Gegengewicht 128 kompensiert und dadurch unmittelbar auf die Kurbel-The basic function and the basic structure of a connecting rod 5 to 8 corresponds to what has been explained with reference to FIGS. 1 to 4. In addition, in the embodiment according to FIGS. 5 to 8 only achieve a speed-dependent mode of operation, since the inertia forces that take effect on the piston 1o6 compensated through the intermediary of the lever 129 via the counterweight 128 and thus directly on the crank
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so welle/abgestützt werden, daß die Hebel über die Laschen 137so shaft / supported that the levers over the tabs 137 und das kurbelwellenseitige Pleuelstangentcil 1o8 unmittelbar mit der Kurbelwelle verbunden sind.and the connecting rod part 1o8 on the crankshaft side are directly connected to the crankshaft.
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