DE4134630A1

DE4134630A1 - Hubraum- und kompressionsverstellbarer hubkolbenmotor

Info

Publication number: DE4134630A1
Application number: DE19914134630
Authority: DE
Inventors: Egon Jaehn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-10-19
Filing date: 1991-10-19
Publication date: 1993-04-22

Description

Die Erfindung betrifft die Verstellbarkeit des Kolbenhubes (und damit des Hubraumes) durch Vergrößerung oder Verkleinerung der Kurbelwellen-Exzentrizität und der Kompression durch Veränderung der Kurbelwellenlagerung bei Hubkolbenmotoren.

Die Möglichkeiten zur Verbesserung der Energiebilanz bei Hubkolbenmotoren liegen u. a. an dem Hubvolumen, dem Hub/ Bohrungsverhältnis und dem Verdichtungsverhältnis. Da Motoren nach der erforderlichen Maximalleistung dimensioniert werden, arbeiten besonders die quantitativ gesteuerten Otto-Motoren im Teillastbereich besonders unwirtschaftlich. Der Leerlaufverbrauch ist bei großvolumigen Motoren ebenfalls besonders hoch. Durch die Veränderung des Hubvolumens und der Kompression während des Betriebes lassen sich nicht nur hierbei wesentliche Verbesserungen erzielen. Deshalb wurden schon viele Versuche in dieser Richtung unternommen (z. B. Prinzip Bizeri, Zylinderabschaltung usw.), die sich bisher jedoch noch nicht durchsetzen konnten.

Bei dieser Erfindung wird durch exzentrische Zwischenlagerschalen, die durch eine zentral in der Kurbelwelle liegende Verstellspindel über Zahnritzel verdreht und gegen Rückstellkräfte arretiert werden, der Hub verstellt. Der für die Montage der Zwischenlagerschalen erforderliche größere Durchmesser der Pleuellager kann durch geringere Breite kompensiert werden. Die Gegengewichte könnten nachträglich angebracht werden. Die Verstellung der Kompression durch Veränderung der Hublage geschieht durch entsprechende exzentrische Zwischenlagerschalen für die Kurbelwellenlagerung, die ebenfalls durch eine Verdrehspindel gedreht werden. Bei dieser Verdrehung beschreibt der Kurbelwellenmittelpunkt eine Drehbewegung, welche bei der Kraftübertragung in das Getriebe angeglichen werden muß. Zum anderen versetzt sich der Kurbelwellenmittelpunkt zur Senkrechten der Zylinderbohrung um den halben Betrag der Verstellbarkeit.

Diese (evtl. zusätzliche) Versetzung reduziert um den Tangens des Winkels α die seitlichen Kolbenkräfte auf die Zylinderwand und damit die Kolbenreibung, die beim Arbeitstakt besonders hoch sind.

Die Arretierung der exzentrischen Zwischenlagerschalen gegen Rückstellkräfte kann durch verschiedene Maßnahmen, wie beispielhaft gezeigt, vorgenommen werden.

Die Steuerung der Hub- und Kompressionsveränderung geschieht zentral durch elektronische Regelung über sog. Schritt- oder Servomotoren, die bei der Hubverstellung stirnseitig unmittelbar an die Kurbelwelle geflanscht wird, bei der Kompressionsverstellung in geeigneter Lage neben der Kurbelwelle.

Diese Verstellmechanik läßt sich auch bei anderen Maschinen, z. B. bei Kolbenkompressoren, anwenden.

Die Erfindung wird in den Zeichnungen beispielhaft dargestellt und wie folgt beschrieben:

Fig. 1 zeigt die verstellbare Pleuelstangenlagerung auf der Kurbelwelle (1). Durch die mit einer linken bzw. rechten Schneckenverzahnung (2) versehenen Verstellspindel (3) werden die Zahnritzel (4+5) angetrieben, die wiederum die exzentrische Zwischenlagerschale (6) entsprechend der verlagerten Hubveränderung verdreht. Die Pleuelstange (7) kann im Hub um den doppelten Betrag der Exzentrizität (8) verstellt werden.

Fig. 2 zeigt die Möglichkeit einer Arretierung gegen Rückstellkräfte der exzentrischen Zwischenlagerschale (1) durch einen Schieber (2), der in eine Innenverzahnung (3) eingreift, wenn dieser durch ein von der Schubstange (4) bewegtes Nockenblatt (5) angehoben wird. Die Schubstange (4) liegt in der hohlen Verstell spindel (6).

Fig. 3 zeigt eine andere Möglichkeit der Arretierung gegen Rückstellkräfte der exzentrischen Zwischenlagerschale (1), die an einer Seite eine sägenförmige Verzahnung (2) und an der anderen eine Rasterverzahnung (3) hat. Durch das Zahnritzel (4) wird ein Mitnehmerring (5) verdreht, der durch die Form der Verzahnung die Zwischenlagerschale (1) aus der Rasterverzahnung hebt und dann die Zwischenlagerschale (1) verdreht. In der erreichten Position rastet diese durch eine kurze gegenläufige Drehung des Zahnritzels (4) wieder ein.

Fig. 4 zeigt die Höhenverstellung der Kurbelwelle (1) durch eine exzentrische Zwischenlagerschale (2), die durch Zahnritzel (3) verdreht wird. Die Zahnritzel (3) werden von der schneckenverzahnten Verstellspindel (4) angetrieben.

Fig. 5 zeigt schematisch die Verstellmöglichkeit der Kompression: Die maximale Verstellung der Hublage ist der Abstand (1); gezeigt ist die mittlere Verstellposition, die gleichzeitig die maximale Versetzung (2) aus der Zylindermittenachse (3) ist. Die minimalste Versetzung (4) wird in der obersten (5) und untersten (6) Hublage erreicht. Der hier unveränderte Kolbenhub entspricht dem Durchmesser (7).

Claims

1. Hubraum- und kompressionsverstellbarer Hubkolbenmotor, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine zentral in der Kurbelwelle liegende Verstellspindel eine exzentrische Zwischenlagerschale für das Pleuellager verstellt wird, die durch ihre Exzentrizität die der Kurbelwelle erhöht oder vermindert.

2. Patentanspruch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlagerschale gegen Rückstellkräfte verriegelt wird.

3. Patentanspruch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine in der Verstellspindel liegende Schubstange ein Schieber betätigt wird, der in die Innenverzahnung der exzentrischen Zwischenlagerschale einrastet.

4. Patentanspruch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zahnritzel in einer Drehrichtung einen verzahnten Mitnehmerring verdreht, der wiederum die exzentrische Zwischenlagerschale mitnimmt und in der anderen Drehrichtung die Zwischenlagerschale in eine auf der anderen Seite angebrachte Verzahnung einrasten läßt.

5. Hubraum- und kompressionsverstellbarer Hubkolbenmotor, dadurch gekennzeichnet, daß eine exzentrische Zwischenlagerschale für das Kurbelwellenlager von einem Zahnritzel verstellt wird, das von einer Verstellspindel angetrieben wird.

6. Hubraum- und kompressionsverstellbarer Hubkolbenmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Exzentrizitätsverstellung auf dem Haltekreis liegt, der bei halber Verstellung dem Pleuel beim Arbeitstakt eine senkrechtere Stellung unter dem Kolben ermöglicht.

7. Patentanspruch nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Hubkolbenmotoren die Kurbelwellenlagerung so aus der senkrechten Mitte unter dem Zylinder versetzt wird, daß dem Pleuel beim Arbeitstakt des Kolbens eine senkrechtere Stellung unter dem Kolben ermöglicht wird.