DE3712842C1 - Tauchkolben mit veraenderlicher Kompressionshoehe fuer Verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Tauchkolben mit verän­ derlicher Kompressionshöhe für Verbrennungsmotoren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Ein nach diesem Prinzip aufgebauter Tauchkolben mit veränderlicher Kompressionshöhe (VKH-Kolben) ist z. B. aus der DE 33 46 966 A1 bekannt.

Diese Kolben arbeiten derart, daß bei Überschreitung eines bestimmten Druckes in dem Verbrennungsraum das frei bewegliche Bodenteil in Richtung Kompressionshö­ henverringerung des Kolbens verschoben wird. Wann eine solche Kompressionshöhenerniedrigung erfolgt, wird durch den Grenzdruck, bei dem das mit der Steu­ erkammer verbundene Druckbegrenzungsventil anspricht, bestimmt. Im übrigen wird das Bodenteil bei jeder Um­ drehung infolge der auf die Dämpfungskammer im Be­ reich des oberen Totpunktes des Kolbenhubes wirkende Massenkraft des Bodenteils in Richtung Kompressions­ höhenvergrößerung verschoben. Die Kompressionshöhen­ veränderung pro Arbeitsspiel ergibt sich aus der Dif­ ferenz der Kompressionshöhenvergrößerung, die über die Größe des Querschnitts der Drosselbohrung zwi­ schen Steuer- und Dämpfungskammer bestimmt wird und von der Kompressionshöhenverkleinerung, die von dem Druckbegrenzungsventil, der Drehzahl (bzw. Öffnungs­ zeit des Druckbegrenzungsventiles) und dem Öldruck in der Steuerkammer abhängig ist.

Ein bei einem bestimmten Zünddruck festgelegter Gleichgewichtszustand (d. h. gleiche Kompressionshö­ henvergrößerung und -verkleinerung) kann allerdings nur bei einer bestimmten Motordrehzahl eingehalten werden. Denn mit steigender Drehzahl verkürzt sich die Öffnungszeit und damit die Durchflußmenge des Druckbegrenzungsventils. Damit verschiebt sich der Gleichgewichtszustand in Richtung größerer Kompressi­ onshöhe.

Diese Problematik ist bekannt und z. B. in der US-PS 31 61 112 und in der DE 33 46 966 A1 ausführlich be­ schrieben.

Zur Beherrschung dieses Problemes wird in dem US-Pa­ tent eine Ausführung für das Druckbegrenzungsventil vorgeschlagen, bei der sich die Öffnungszeiten für das Druckbegrenzungsventil mit steigender Drehzahl des Motors vergrößern. Diese Maßnahme erfordert al­ lerdings einen recht komplizierten und störanfälligen Aufbau des Druckbegrenzungsventiles.

Bei der Lösung nach DE 33 46 966 A1 wird ein drehzah­ lunabhängiges Regelverhalten dadurch erreicht, daß der Querschnitt einer zwischen der Steuerkammer und der Dämpfungskammer vorgesehenen Drosselbohrung bei steigender Motordrehzahl mit Hilfe eine drehzahlab hängigen Ventils kleiner wird.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, dem Problem der sich in Abhängigkeit der Motordrehzahl ändernden Kompressionshöhenverstellung des VKH-Kolbens auf konstruktiv einfache Weise zu begegnen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Ausbildung des Druckbegrenzungsventiles nach dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 1.

Durch die gegenüber der Bewegungsrichtung des Kolbens geneigte Führungsbahn des Verschlußkörpers des Druck­ begrenzungsventils kann die bei Motorbetrieb von dem Ventilschließkörper ausgehende Massenträgheitskraft in eine ausschließlich senkrecht auf die Führungsbahn einwirkende und eine in Richtung der den Verschließ­ körper belastenden Feder wirkenden Kraftkomponente aufgeteilt werden. Die in Richtung der Feder wirkende Kraftkomponente wirkt in der oberen Totpunktlage des Kolbens der Federkraft entgegen, so daß das Ventil früher und länger öffnen kann. Dadurch kann das Re­ gelverhalten des Kolbens auch bei sich ändernden Mo­ tordrehzahlen konstant gehalten werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, die jeweils eine Kolbenhälfte in um 90 Grad versetzten Längsschnitten zeigt.

Der Kolben-Bodenteil 1 ist gegenüber den mit dem Kol­ benbolzen 2 verbundenen Kolben-Innenteil 3 zur Verän­ derung der Kompressionshöhe des Kolbens axial ver­ schiebbar.

Die Kompressionshöhenänderung erfolgt durch Füllen und Leeren der Steuerkammer 4 und Dämpfungskammer 5, wobei sich deren Volumina jeweils in reziprokem Ver­ hältnis zueinander verändern. Das die beiden genann­ ten Kammern steuernde Drucköl wird durch das Innere des Kolbenbolzens 2 über ein Rückschlagventil 6 zuge­ führt. Zur Verbindung der Dämpfungskammer 5 mit der Steuerkammer 4 sperrendes Rückschlagventil 7 sowie eine Dros­ sel 8. Aus der Steuerkammer 4 wird das Drucköl über ein Druckbegrenzungsventil 9 zurück in den Motorkur­ belraum geführt.

Das Druckbegrenzungsventil 9 ist um etwa 45 Grad zur Kolbenlängsachse geneigt. Im einzelnen besteht das Druckbegrenzungsventil 9 aus einem zylindrischen Hohlraum 10, der an seinem dem Boden des Kolbens ab­ gewandten Ende einen Ventilsitz 11 aufweist, an dem eine Kugel als Verschlußkörper 12 unter dem Druck ei­ ner Feder 13 anliegt. Der mit B bezeichnete Pfeil deutet den Austritt des Drucköles aus der Steuerkam­ mer 4 zu dem Druckbegrenzungsventil 9 hin an, während die Pfeile C den Austritt des Drucköles aus dem Druckbegrenzungsventil angeben.

Die im oberen Totpunkt des Kolbens wirksam werdende Trägheitskraft K des Verschlußkörpers 12 teilt sich durch Anlage des Verschlußkörpers 12 an die als Füh­ rungsbahn dienende Wand des Hohlraumes 10 in die Teilkomponenten N und F auf. Die Kraftkomponente N ist auf die Verschlußkraft des Verschlußkörpers ohne Einfluß, während die Teilkomponente F entgegen der den Verschlußkörper beaufschlagenden Kraft der Feder 13 gerichtet ist. Damit kann durch die Wahl der Nei­ gung festgelegt werden, in welchem Maße der Kraft der Feder 13 bei steigender Motordrehzahl entgegengewirkt wird. Die Gegenwirkung muß dabei so eingestellt wer­ den, daß trotz der bei steigender Motordrehzahl sich verkürzenden Verweildauer des Kolbens im oberen Tot­ punktbereich das Regelverhalten des Kolbens über al­ len Drehzahlbereichen annähernd gleich bleibt. Dazu ist es erforderlich, daß die genaue Schräglage des Druckbegrenzungsventiles jeweils experimentell oder rechnerisch anhand simulierter Betriebsbedingungen ermittelt wird.

Claims (1)

1. Tauchkolben mit veränderlicher Kompressionshöhe für Verbrennungsmotoren, bestehend aus einem an dem Kolbenbolzen angelenkten Innenteil (3) und einem daran teleskopisch verschiebbar gehaltenen Bodenteil (1) mit einer Steuerkammer (4) und einer mit dieser verbundenen Dämpfungskammer (5), deren Vo­ lumina sich bei einer Relativbewegung zwischen Innen- (3) und Bodenteil (1) reziprok zueinander verändern und die mit einer inkompressiblen von außen in die Steuerkammer (4) ein- und abführbaren Flüssigkeit beaufschlagt sind, und von denen die Steuerkammer (4) mit einem ersten Rückschlag­ ventil (6) zum Einführen der Flüssigkeit in die Steuerkammer (4), einem druck- und drehzahlabhängig wir­ kenden Druckbegrenzungsven­ til (9) zum Abführen der Flüssigkeit aus der Steuerkammer (4), bei dem eine Öffnung von einem federbela­ steten - in einer senkrecht zum Öffnungsquer­ schnitt verlaufenden Führungsbahn verschiebbaren - Verschlußkörper (12) abgedeckt ist sowie einer durchströmbaren Verbindung zwischen der Steuerkammer (4) und der Dämpfungs­ kammer (5) mit einem in Richtung zur Steuerkammer (4) sperrenden zweiten Rückschlagventil (7) und einem gedrosselten Bypass (8), wobei die Dämpfungskammer (5) außer der Verbindung zur Steuerkammer (4) keine weiteren Öffnungen be­ sitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußkörper (12) des Druckbegren­ zungsventils (9) durch eine in Richtung des Kol­ benfußes wirkende Federkraft das Ventil geschlos­ sen hält und daß für die Führungsbahn des Verschluß­ körpers (12) zwischen größer 0 und kleiner 90 Grad gegenüber der Kolbenlängsachse geneigt ist.