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Regelung der Verdichtungsraumgröße bei einer Brennkraftmaschine Die
Erfindung bezieht sich auf die Regelung der Verdichtungsraumgröße bei einer Brennkraftmaschine
mit einem mehrere Zylinder aufweisenden Zylinderblock und einer im Kurbelgehäuse
außerhalb der Längsmittelebene des Zylinderblockes gelagerten Nockenwelle für die
Ventilsteuerung.
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Gemäß der Erfindung ist der Zylinderblock schwingbar auf der Nockenwelle
gelagert und es ist ein von dem hinter der Drosselklappe auftretenden Saugrohrdruck
beaufschlagter Regler vorgesehen, der den Zylinderblock mit zunehmendem Unterdruck
im Saugrohr entgegen der vom Zylinderdruck auf den Zylinderblock ausgeübten Kraft
im Sinne einer Verdichtungsraumverkleinerung zu verschwenken sucht. Durch den Erfindungsvorschlag
werden die Arbeitsweise und die Leistung der Maschine bei allen Arbeitsbedingungen
verbessert. Dies gilt insbesondere für Maschinen, die beim normalen Arbeiten einer
relativ großen Änderung in der Geschwindigkeit und, Belastung unterworfen werden,
wie beispielsweise Motoren für Kraftfahrzeuge usw. Durch die Erfindung erhält man
eine wirksame Regelung der selbsttätigen Einstellung des Zylinderverdichtungsraum-es
mit Bezug auf das Ansaugvolumen der frischen Ladung, sowie es sich in Abhängigkeit
von den verschiedenen Arbeitsbedingungen des Motors ändert. Ein wertvolles Ergebnis
dieser Regelung ist, daß eine wirksamere Verbrennung und eine größere Motorenleistung
bei
jeder Drosselklappeneinstellung und bei allen Cxeschwindigkeits-
und Belastungsbedingungen erhalten wird.
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An Hand der Zeichnung wird die Erfindung weitererläutert. Es sind:
Fig. i eine schematische Draufsicht auf eine Brenn'kraftmaschine, bei der Teile
weggebrochen und im Schnitt dargestellt sind, um bestimmte Kennzeichen der Erfindung
gut zu zeigen, Fig. 2 ein senkrechter Schnitt durch einen Zylinder der Maschine,
bei welchem die Lage des Zylinders derart ist, daß die Verdichtungsraum@größe einen
Kleinstwert hat, Fi.g. 3 ein der Fig. 2 ähnlicher Schnitt, bei welchem die Verbrennungsraumgröße
einen Höchstwert 'hat. Von dem Mehrzylindermotor der Fig. i ist nur ein Zylinder
io im Schnitt in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Das Kurbelgehäuse ist in den Fig.
2 und 3 nur in Bruchteilen bei i i und 12 und als obere Außenlinie in Fig. i gezeigt.
Das Kurbelgehäuse besteht aus einem besonderen Bauteil, in welchem die Motorkurbelwelle
i(. und die Nockenwelle 15 für die Einlaß- und Auslaßventile in Arbeitsverbindung
miteinander gelagert sind. Die Nockenwelle 15 liegt nahe dem oberen Ende des Kurbelgehäuses
undverhältnismäßig nahe dem Seitenteil' iii des Gehäuses. Der Antrieb der Nockenwelle
erfolgt durch ein auf der Nockenwelle sitzendes Zahnrad 16. Es steht mit einem auf
der Kurbelwelle sitzenden Antriebsritzel iß im Eingriff. Ihr Übersetzungsverhältnis
ist 2 : i zur Erzielung der erforderlichen halben Umlaufgeschwindigkeit -der Nockenwelle.
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Der Zylinderaufbau bildet eine von dem. Kurbelgehäuse getrennte, in
sich vollständige Einheit. Sie besteht aus dem Zylinderblock ig und dem Kopfaufbau
2o, der für jeden Zylinder einen Zylinderkopf 2.2 hat. Von dem Block i9 wird für
jeden Zylinder zur Steuerung seiner Einlaßöffnung 24 ein Einlaßsteuerventi123 getragen.
Der Ventilstößel ragt durch den unteren Längsseitenteil 26 des Blockes, um
das Ventil durch den auf der Nockenwelle 15 befindlichen Einlaßnocken 2,7 zu betätigen.
In ähnlicher Weise wird ein Auslaßventil 2t5 an jedem der Zylinder durch den Block
-i@ getragen und durch den Auslaßnocken 29 betätigt. Das SSaugrohr29 hat ein Mittelanschlußstück
3o, mit welchem der nicht darg-estellbe Vergaser verbunden ist. Die Drosselklappe
ist bei 313 irri Anschlußstück 30 gezeigt. Der Kolben 31 ist in der
üblichen Weise mit einem Kurbelzapfen 32 der Kurbelwelle 14 beispielsweise über
die Pleuelstange 34 verbunden, so daß ein gleichbleibender Hub mit B:ezug auf den
Zylinder erfolgt.
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D.'er Zylinderaufbau kann eine Schwingverlagerung relativ zu dem Kurbelgehäuse
um eine Achse ausführen, die außerhalb der Längsmittelebene d.es Motors liegt. Im
Ausführungsbeispiel ist der Zvlinderaufbau schwingbar auf der Nockenwelle 15 als
Achse durch die Konsolen 3:5 gelagert. Sie hängen von den Enden des Zylinderblockteiles
26 der Fig. 2 herab und sitzen schwingbar auf der Nockenwelle. Zur Sicherung der
Schwinglagerung der Zylindereinheit können eine oder mehrere Zwischenkonsolen .zwischen
dem Zylinderblock und der Nockenwelle vorgesehen sein. Der Blockseitenteil 26 liegt
.genügend von der Kurbelgehäusekante i i auf Abstand, so daß bei einer Schwingverlagerung
des Zylinderblockes keine Berührung stattfindet. Zum Abschluß des Kurbelgehäuses
ist im Abstandsraum 3,6 als Schutz gegen das Eindringen von Fremdstoffen und .gegen
den Austritt von Kurbelgehäuseöl auf die Motorenaußenwandeine biegsame Zwischenwand
oder Membran 38 in Längsrichtung des Kurbelgehäuses vorgesehen. Eine Längskante
39 dieser Zwischenwand ist dichtend auf der Kurbelgehäusekante i i befestigt
oder aufgeklemmt, während ihre gegenüberliegende Längskante 4o in ähnlicher Weise
am Seitenteil des Zylinderblockes befestigt ist. ` In Längsrichtung des Blockes
i9 erstreckt sich auf der gegenüberliegenden Seite und an seiner unteren Kante -ein
nach auswärts gerichteter Flansch 42', welcher auf dem nach einwärts gerichteten
Wandteil 43 des Kurbelgehäuses 12 aufruhen kann. Der Wandteil 43 dient als Anschlag
zur Begrenzung der Schwingbewegung des Zylinderblockes im Uhrzeigersinn der Fig.
2. Ähnlich der Abdichtung an der Nockenwellenseite ist das Kurbelgehäuse an der
Wand 43 durch eine biegsame Zwischenwand: 44 längs. des Motors abgedichtet, die
dichtend an der Kurbelgehäusewand 43 und dem Zylinderblockflansch 42 befestigt ist.
Eine gleiche Abdichtung 45 (Fig. i) ist an jeder Stirnseite des Kurbelrgehäuses
in Verbindung mit der entsprechenden Stirnseite des Zylinderblockes vorgesehen.
Die biegsamen Dichtungswände zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Zylinderblock sichern
denAbschluß des Kurbelgehäuses und gestatten eine Verlagerung des Zylinderaufbaues
relativ zum Kurbelgehäuse beim Verschwingen um die Nockenwelle als Achse.
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Hierfür dient die Welle 46. °Sie ist drehbar in den Ständern 47 gelagert
und weist aufAbstand stehende e Nockenelemente oder Exzenter48 auf. JederExzenter
geht durch eine ovale Öffnung 5o eines Vorsprunges oder Kopfes 51, welcher aus einem
Stück mit dem Zylinderblock i9 besteht und sich seitlich von ihm weg erstreckt.
IYie Öffnung 5o hat bei 49 einen kleinen Spielraum für den Exzenter zur Erteilung
der Schwingbewegung der Zylindereinheit. Man kann auch nur einen Exzenter q:8 auf
der entsprechend kurzen Welle 46 vorsehen.
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Auf der Welle 46 ist die Nabe 54 eines Antriebshebels 52 aufgekeilt,
dessen Außenendes 55 schwingbar mit einem Ende 56 einer Stange 58 verbunden ist.
Ihr anderes Ende 6:o ist in ähnlicher Weise schwingbar mit einem in einem Zylinder
62 verschiebbaren Kolben 61 verbunden. Der Zylinder 62 ist am Zylinderblock i9 befestigt.
Eine Leitung 64 verbindet den Einlaß 65 am Zylinderdeckel,62i mit dem Motorsaugrohr
2,9 bei,66 zwischen der Drosselklappe 33 und den Motorzylinderansaugbohrungen, von
welchen eine bei 68, dargestellt ist.
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Da die Schwingverlagerung der Zylindereinheit nur verhältnismäßig
gering ist, ist die Größe der Exzentrizität der Nockenelemente oder Exzenter 48
relativ zu der Welle 46 entsprechend !ldein, wie sich
dies aus'
den Fig. 2 und 3 ergibt. Die Verlagerung der Zylindereinheit erfolgt in direkter
Übereinstimmung mit dem Sau.grohrdruck oder -vakuum.
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Es sei angenommen, daß die Maschine angelassen wird und bei nur wenig
geöffneter Drossefklappe arbeitet, wie dies z. B. bei belastungslosem Leerlauf oder
unter geringer Belastung und bei niedriger Geschwindioceit der Fall ist. Das Saugrohrvakuum
ist dann verhältnismäßig hoch und erzeugt einen entsprechenden hohen Saugzug im
Zylinder 62, so daß der Kolben 6,1 die in Fi.g. 2 dargestellte oberste Lage einnimmt.
Infolgedessen werden die Exzenter 48 in der Richtung betätigt, daß der Zylinderblock
in seine tiefste Stellung geschwungen wird, bei der der Flansch -42 in Berührung
mit der Kurbelgehäusewand 43 (Fig. 2) liegt. In dieser Stellung hat die Verdichtungsraumgröße
im Zylinder einen Kl.einstwert, wodurch ein "hoher Grad an Verdichtung des knappen
oder kleinen Volumens der frischen Ladung, welches dem Zylinder unter diesen Arbeitsbedingungen
zugeführt wird, gewährleistet ist.
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Sobald die Drosselklappe weiter geöffnet wird, nimmt das Saugrohrvakuum
entsprechend ab.. Es stei eine konstante Belastung angenommen. Der Kolben 61, senkt
sich im Zylinder 62. Der Zylinderblock wird unter Wirkung des mittleren wirksamen
Zylinderdrucks, der zum Zeitpunkt der Abnahme des Satugrohrvakuums besteht, angehoben,
bis der verringerte S augzug im Zylinder 6L und der mittlere, auf die Exzenter 48
wirkende Zylinderdruck im Gleichgewicht sind. Der Verdichtungsraum im Zylinder wird
im direkten Verhältnis zur Abnahme des Säugrohrvakuums vergrößert, so daß auf diese
Weise der Verdichtungsraum besser dem größeren Volumen der nun stattfindenden frischen
Ladung angepaßt ist.
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Sobald das Saugrohrvakuum wesentlich abnimmt, oder sich einem Wert
nähert, der nur etwas unterhalb des Außenluftdrucks liegt, wie es z. B. bei voller
Belastung und bei weit geöffneter Drosselklappe des Motors der Fall ist, übertrifft
der mittlere wirksame Zylinderdruck den sehr geringen Saugzug im Zylinder 62 und
verschwenkt den Zylinderaufbau in seine in Fig.3 dargestellte Grenzstellung, in
welcher sich der Saugkolben 61 im wesentlichen in der unteren Stellung seines Hubes
befindet. Die Verdichtungsraumgröße hat jetzt einen Höchstwert und reicht aus, um
die wirksamste Verdichtungsgröße der großen:, dann erhaltenen frischen Ladung zu
gewährleisten.
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Es sei nun angenommen, daß die Drosselklappe in einer offenen Stellung
gehalten wird, während eine Erhöhung oder Abnahme der Motorbelastung in Abhängigkeit
von der Abnahme bzw. Zunahme der Motorgeschwindigkeit erfolgt und das Saugrohrvakuum
entsprechend abnimmt bzw. zunimmt. Der Zylinderblock wird dann in Übereinstimmung
mit dem 'Saugrohrvakuum durch Ausschwenken eingestellt. um den Verdichtungsraum
dem geänderten Ansaugvolumen der frischen Ladung anzupassen. Ändert sich ferner
die Motorgeschwindigkeit, während die Motorbelastung bei einer gegebenen Drosselklappenstellung
konstant bleibt, so ändert sich das Saugrohrvaleuum entsprechend, was: sich, wie
zuvor, in einer durch Ausschwenken erfolgten Einstellung des Zylinderblockes auswirkt,
um die Verdichtung dem dann zugeführten Volumen der frischen Ladung anzupassen.