DE3521626C2 - Brennkraftmaschine mit Einrichtungen zur willkürlichen Verstellung der Größe ihrer Verbrennungsräume - Google Patents
Brennkraftmaschine mit Einrichtungen zur willkürlichen Verstellung der Größe ihrer VerbrennungsräumeInfo
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- F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
- F01B9/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups
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Description
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff
der selbständigen Patentansprüche.
Einrichtungen zur Verstellung der Größe der Verbrennungsräume, wie
sie in gattungsgemäßer Ausbildung aus den Fig. 1 und 2 der FR-
Zusatzpatentschrift 37.278 bekannt sind, bieten Vorteile hinsichtlich
Verringerung des Kraftstoffverbrauchs der Maschine. Diese bekannte
Konstruktion erfordert je Übertragungshebel ein individuelles Pleuel
und verlangt einen großen Abstand zwischen den Zylindern, da die
Übertragungshebel sich in Draufsicht im wesentlichen zwischen den
Zylinderumrissen erstrecken.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Brenn
kraftmasche zu schaffen, die ohne Beeinträchtigung der vorteilhaften
Möglichkeit der Kraftstoffverbrauchssenkung kleiner baut und mit
einem geringeren Aufwand an bewegten Teilen auskommt.
Die erfindungsgemäßen Lösungen dieser Aufgabe bestehen in den kenn
zeichnenden Merkmalen der selbständigen Patentansprüche, vorteilhafte
Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.
Bei der Erfindung können die Zylinder also dicht nebeneinander ange
ordnet sein, da sich zwischen ihnen keine Bestandteile der Einrich
tungen befinden. Beiden Verbrennungsräumen sind ein Pleuel und eine
Kurbelwellenkröpfung gemeinsam. Weiterhin bietet die Erfindung unter
Ausnutzung der Tatsache, daß bei jeder Abwärtsbewegung der Kolben
in einem Verbrennungsraum eine Zündung stattgefunden hat, den Vorteil,
daß sich Spiel in den Lagern der Übertragungshebel und des Pleuels
nicht bemerkbar macht.
Üblicherweise erfolgt die Lasteinstellung bei Otto-Brennkraftmaschine
mittels einer Drosselklappe im Ansaugsystem. Da die im niedrigen Teil
lastgebiet fast geschlossene Drosselklappe einen hohen Widerstand
beim Gaswechsel erzeugt, ist die mit der Einrichtung zur Veränderung
der Brennraumgröße (durch Verdichtungserhöhung bei Teillast) erziel
bare Verbrauchsabsenkung recht begrenzt.
Eine wesentlich größere Verbrauchsabsenkung im Teillastgebiet (bis zu
30%) verspricht die seit längerem bekannte - drosselfreie - Rück
schubregelung (s. z. B. Hauser, "Teillastverfahren für Verbrennungsmoto
ren" in "Kraftfahrtechnik" 1955, Nr. 4, S. 98-104), die mit sehr spä
tem Einlaßschluß von Einlaßventilen und demgemäß Rückschieben eines
größeren Teils des Kraftstoff-Luft-Gemischs in das Saugrohr arbeitet.
Gegenüber dem ebenfalls verbrauchsgünstigen Schichtladungsprinzip
kann dieses Verfahren mit Gemischen mit λ=1 arbeiten und ermöglicht
daher den Einsatz von Dreiwege-Katalysatoren und λ-Sonden. Nachteilig
hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs ist bei diesem Verfahren jedoch
die Verringerung des Kompressionsweges des Kolbens und damit die Er
niedrigung des Kompressions-Enddrucks.
Legt man nun gemäß Anspruch 10 bei einer Maschine mit Rückschubregelung
die Einrichtungen zur Größenverstellung der Verbrennungsraume so aus,
daß im Teillastgebiet, das bei Kraftfahrzeug-Maschinen infolge der
hohen Verkehrsdichte zunehmend genutzt wird, die beschriebene Verrin
gerung des Kompressionsweges kompensiert wird, so erhält man eine
Otto-Maschine mit im niedrigen Teillastgebiet dieselmaschinenähnlichem
Kraftstoffverbrauch und idealer Abgasentgiftung durch einen Dreiwege-
Katalysator. Bei einer Dieselmaschine ist dagegen die Abgasentgiftung
problematisch.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der zeichnerisch dargestellten
Ausführungsbeispiele erläutert.
Die Gaskraft in den Verbrennungsräumen wirkt vom Kolben 1 ausgehend
über den Kolbenbolzen A auf die jeweilige Kolbenstange 2 und über
das Lager B auf den jeweiligen Übertragungshebel 3. Die Hebel 3 sind
über Lager C mit dem Kurbelgehäuse verbunden. An die Querverbindung
zwischen den Hebeln 3 ist außerdem mit Lager D der normale Kurbel
trieb mit der Pleuelstange 4 an das Pleuellager E der Kurbelwelle 5
angekoppelt.
Die Verstellung der Verbrennungsraumgröße - wobei eine Veränderung
des Verbrennungsraumes um etwa 9% des Zylinderhubraumes angestrebt
wird - geschieht folgendermaßen:
In Fig. 1 durch direktes Verschieben der Anlenkpunkte C am Kurbelge
häuse parallel zur Zylinderachse. Diese Verschiebung kann geradlinig
oder auf gekrümmten Bahnen (z. B. Exzenterwelle) erfolgen, weil Kol
benstange wie Pleuel ein seitliches Ausweichen zulassen.
In Fig. 2 durch Verschiebung des Anlenkpunktes D der Pleuelstange 4
an den Übertragungshebeln 3 durch Parallelverschiebung der Querver
bindung 6 in Langlöchern 7. Dazu ist neben Hebel 3 ein Hilfshebel 3a
ohne Langloch angeordnet. Die Verstellung erfolgt, indem der Dreh
punkt Ca des Hilfshebels 3a zumindest annähernd senkrecht zu den Zy
linderachsen verschoben wird. Da Hebel 3 im Lager Da drehbar ist,
kann zur Verstellung eine Exzenterwelle Verwendung finden, die bis
180° verdreht wird.
An den angegebenen Verstellpunkten können mechanische oder hydrauli
sche Verstellglieder die beabsichtigte Kompressionsraumverstellung
herbeiführen, wobei Verstellmotoren oder Verstellzylinder ortsfest
angeordnet werden. Jedoch sind auch oszillierende Verstellzylinder
im Hebel 3 denkbar, die ihre Ölversorgung über Lager C erhalten.
In Fig. 1 muß der Pleuelhub vom Kolbenstangenhub wesentlich abweichen,
um eine Verstellung mit brauchbarem Betätigungsweg zu ermöglichen,
während in Fig. 2 auch eine Verstellung möglich ist, wenn in einem
Verstellpunkt des Verstellbereichs Pleuelhub und Kolbenstangenhub
gleich sind.
Durch Anordnung von Schlitzen für die Übertragungshebel 3 im unteren
Teil der Zylinder kann die Bauhöhe der Maschine verkleinert werden.
Die desachsierte Kurbelwelle kann mit Gegengewichten versehen und
mit nur einer entgegengesetzt laufenden Zusatzwelle annähernd ein
Lanchesterausgleich 1. Ordnung erreicht werden.
Zwei solcher Zylinderpaare mit insgesamt zwei Kurbelwellenkröpfungen
(180° versetzt) ergeben einen Vierzylindermotor, drei solcher Zylin
derpaare mit drei Kurbelwellenkröpfungen (120° versetzt) ergeben
einen Sechszylindermotor.
Der erfindungsgemäße Motor mit Rückschubverdichtungsregelung hat zwei
Einlaßventile und ein Auslaßventil (ein zweites Auslaßventil ist
möglich). Die Steuerung des Rückschubs kann auf zwei Arten erfolgen:
Ein erstes Einlaßventil und das Auslaßventil haben normale Steuerzeit und werden von der gleichen Nockenwelle gesteuert. Das zweite Einlaß ventil - welches die gleiche Ventilerhebungskurve wie das erste haben kann - hat bei Vollast ebenfalls gleiche oder nahezu gleiche Steuerzei ten wie das erste Einlaßventil, wird aber von einer zusätzlichen Nockenwelle betätigt. Diese Nockenwelle wird mit Zahnriemen oder Kette angetrieben. Im ziehenden Trum dieses Nockenantriebs befindet sich eine gesteuerte Spannrolle und im Leertrum gleichzeitig eine federbelastete Spannrolle.
Ein erstes Einlaßventil und das Auslaßventil haben normale Steuerzeit und werden von der gleichen Nockenwelle gesteuert. Das zweite Einlaß ventil - welches die gleiche Ventilerhebungskurve wie das erste haben kann - hat bei Vollast ebenfalls gleiche oder nahezu gleiche Steuerzei ten wie das erste Einlaßventil, wird aber von einer zusätzlichen Nockenwelle betätigt. Diese Nockenwelle wird mit Zahnriemen oder Kette angetrieben. Im ziehenden Trum dieses Nockenantriebs befindet sich eine gesteuerte Spannrolle und im Leertrum gleichzeitig eine federbelastete Spannrolle.
Bei Vollast bewirkt die gesteuerte Spannrolle eine erhebliche Auslen
kung des ziehenden Trums, die die federbelastete Spannrolle im
Leertrum ausgleicht.
Bei niedriger Teillast ist diese Auslenkung im ziehenden Trum gering
oder gänzlich aufgehoben, während die federbelastete Spannrolle eine
erhebliche Auslenkung des Leertrums bewirkt. Hierbei werden also Ein
laßöffnung und Einlaßschluß des zweiten Einlaßventils auf Spät ver
schoben, wobei der verspätete Einlaßschluß den Rückschub bewirkt.
Die verspätete Einlaßöffnung des zweiten Einlaßventils ist ohne Be
deutung, da ja das erste Einlaßventil weiter normal öffnet.
Die beiden Spannrollen legen beim Verstellen unterschiedliche Wege
zurück. Im Bedarfsfall kann jedoch über eine Kurvenscheibe oder ähn
liches eine formschlüssige oder halbformschlüssige Kupplung beider
Spannrollen erreicht werden.
Bei der anderen Steuerungsart werden die Nocken der beiden Einlaßven
tile nicht gegeneinander verstellt, sondern der Nocken des zweiten
Einlaßventils weist einen Versatzwinkel von etwa 60° NW-Winkel, be
zogen auf den ersten Einlaßnocken, auf. Die Regelung des zweiten
Einlaßventils erfolgt hierbei durch Verkleinerung des Ventilhubs
mittels variabler Kipphebel-Übersetzung. Bei dieser Methode entspricht
z. B. eine Kipphebel-Übersetzung von 30 zu 30 mm (voller Ventilhub)
einer niedrigen Teillaststellung, während bei Vollast ein Verhältnis
von 60 zu 0 mm eingestellt wird, welches ein geschlossenes zweites
Einlaßventil bedeutet. Somit ist es erforderlich, die Kipphebelachse
in einem Langloch um ca. 30 mm zu verschieben, wobei durch Führungsschie
nen die korrekte Lage des Kipphebels zum Ventil gewährleistet wird.
Der Übergang von niedriger Teillast zur Vollast erfolgt hierbei
durch eine Verringerung des Ventilhubs, der eine kleinere Rückschub
menge zur Folge hat.
Claims (17)
1. Brennkraftmaschine mit einem Paar nebeneinander angeordneter,
Verbrennungsräume bildender, nach dem Viertaktprinzip arbeitender
und um 360° Kurbelwinkel gegeneinander versetzt zündender Hubkolben-
Zylinder-Anordnungen,
- - deren Kolben (1) über individuelle Kolbenstangen (2) an schwenk bar gelagerten Übertragungshebeln (3) in Anlenkpunkten (Lager B) angelenkt sind;
- - die zu den Anlenkpunkten (B) korrespondierenden Enden der Übertra gungshebel (3) sind fluchtend in Lagern (C) schwenkbar gelagert;
- - die Übertragungshebel (3) sind durch eine Querverbindung (6) starr miteinander verbunden;
- - an der Querverbindung (6) ist in einem Lager (D) eine Pleuelstange (4) angelenkt, die als Antriebsverbindung mit einer Kurbelkröpfung der Kurbelwelle (5) dient;
- - die Lager (C) der Übertragungshebel (3) sind in einer zur Ebene der beiden Zylinderachsen parallelen Ebene gemeinsam verstellbar.
2. Brennkraftmaschine mit einem Paar nebeneinander angeordneter,
Verbrennungsräume bildender, nach dem Viertaktprinzip arbeitender
und um 360° Kurbelwinkel gegeneinander versetzt zündender Hubkolben-
Zylinder-Anordnungen,
- - deren Kolben (1) über individuelle Kolbenstangen (2) an schwenk bar gelagerten Übertragungshebeln (3) in Anlenkpunkten (Lager B) angelenkt sind;
- - die zu den Anlenkpunkten (B) korrespondierenden Enden der Übertra gungshebel (3) sind fluchtend in Lagern (C) schwenkbar gelagert;
- - die Übertragungshebel (3) sind durch eine Querverbindung (6) starr miteinander verbunden;
- - an der Querverbindung (6) ist in einem Lager (D) eine Pleuelstange (4) angelenkt, die als Antriebsverbindung mit einer Kurbelkröpfung der Kurbelwelle (5) dient;
- - die Anlenkungsstellen der Querverbindung (6) an den Übertragungs hebeln (3) sind längs den Übertragungshebeln (3) gemeinsam verstellbar.
3. Brennkraftmaschine mit einem Paar nebeneinander angeordneter,
Verbrennungsräume bildender, nach dem Viertaktprinzip arbeitender
und um 360° Kurbelwinkel gegeneinander versetzt zündender Hubkolben-
Zylinder-Anordnungen,
- - deren Kolben (1) über individuelle Kolbenstangen (2) an schwenk bar gelagerten Übertragungshebeln (3) in Anlenkpunkten (Lager B) angelenkt sind;
- - die zu den Anlenkpunkten (B) korrespondierenden Enden der Übertra gungshebel (3) sind fluchtend in Lagern (C) schwenkbar gelagert;
- - die Übertragungshebel (3) sind durch eine Querverbindung (6) starr miteinander verbunden;
- - an der Querverbindung (6) ist in einem Lager (D) eine Pleuelstange (4) angelenkt, die als Antriebsverbindung mit einer Kurbelkröpfung der Kurbelwelle (5) dient;
- - die Lager (C) der Übertragungshebel (3) sind in einer zur Ebene der beiden Zylinderachsen parallelen Ebene gemeinsam verstellbar;
- - die Anlenkungsstellen der Querverbindung (6) an den Übertragungs hebeln (3) sind längs den Übertragungshebeln (3) gemeinsam verstellbar.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Querverbindung (6) in Langlöchern (7) der Übertragungshebel
(3) verschiebbar ist.
5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
an der Querverbindung (6) ein an einem Kurbelgehäuse der Maschine
mit verschiebbarem Drehpunkt (Ca) angelenkter Hilfshebel (3a)
angreift.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch
Gelenksteinführungen in den Langlöchern (7).
7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet
durch zumindest ein doppeltwirkendes hydraulisches Stellglied, dessen
Ölversorgung über die Lager (C) der Übertragungshebel (3) erfolgt.
8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet
durch mehrere, auf jeweils eine Kurbelwellenkröpfung arbeitende
Paare von Hubkolben-Zylinder-Anordnungen.
9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß an einem Lager (C) der Übertragungshebel (3) ein
Sensor für die Lagerkraft vorgesehen ist und bei Überschreiten eines
vorgegebenen Kraftwertes eine Verstellung in Richtung Vergrößerung
der Brennräume erfolgt.
10. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß bei einer Maschine mit Einrichtungen zur Rückschub
regelung die Einrichtungen zur willkürlichen Verstellung der Größe
der Verbrennungsräume für die Kompensation von Verringerungen des
Kompressionswegs der Kolben (1) infolge der Rückschubregelung im
Teillastgebiet ausgelegt sind.
11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
je Brennraum zwei Einlaßventile vorhanden sind, von denen ein erstes
mit festen Steuerzeiten und Ventilhüben betätigt wird, während das
zweite Einlaßventil nur bei Teillast mit gegenüber den festen Steuer
zeiten in Richtung später verschobenen Steuerzeiten betätigt wird.
12. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
das erste Einlaßventil über einen Nocken einer ersten Nockenwelle
mit den festen Steuerzeiten betätigt wird, während das zweite Einlaß
ventil über einen Nocken einer zweiten Nockenwelle mit Steuerzeiten
betätigt wird, die bei Vollast den Steuerzeiten des ersten Einlaßven
tils entsprechen, dagegen bei Teillast in Richtung später verschoben
sind.
13. Brennkraftmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
die zweite Nockenwelle mittels Zahnriemen oder Kette angetrieben ist,
in deren Lasttrum eine gesteuerte Spannrolle angeordnet ist, die durch
Änderung der Auslenkung des Lasttrums die Steuerzeiten einstellt.
14. Brennkraftmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
im Leertrum zur Aufrechterhaltung der Riemenspannung eine feder- oder
öldruckbelastete Spannrolle angeordnet ist.
15. Brennkraftmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
beide Spannrollen über Kurvenscheiben oder Kurvennuten zwecks Auf
rechterhaltung der Riemen- oder Kettenspannung verbunden sind.
16. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
das zweite Einlaßventil über einen Nocken auf der ersten Nockenwelle
mit um ungefähr 60° Nockenwellenwinkel in Richtung später verschobene
Einlaßschluß betätigt wird und sein Ventilhub mit zunehmender Last
bis auf den Ventilhub Null bei Vollast verringert wird.
17. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 10 bis 16, gekenn
zeichnet durch Rückschlagventile am Saugrohreintritt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19853521626 DE3521626C2 (de) | 1985-06-15 | 1985-06-15 | Brennkraftmaschine mit Einrichtungen zur willkürlichen Verstellung der Größe ihrer Verbrennungsräume |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19853521626 DE3521626C2 (de) | 1985-06-15 | 1985-06-15 | Brennkraftmaschine mit Einrichtungen zur willkürlichen Verstellung der Größe ihrer Verbrennungsräume |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3521626A1 DE3521626A1 (de) | 1986-12-18 |
DE3521626C2 true DE3521626C2 (de) | 1995-10-05 |
Family
ID=6273459
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19853521626 Expired - Lifetime DE3521626C2 (de) | 1985-06-15 | 1985-06-15 | Brennkraftmaschine mit Einrichtungen zur willkürlichen Verstellung der Größe ihrer Verbrennungsräume |
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