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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor von dem im
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 definierten Typ.
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Bei
diesem Typ eines Verbrennungsmotors kann die Kompression dadurch
variiert werden, dass der Zylinder aufnehmende Teil des Motors (mit
dem zugeordneten Zylinderkopf) im Verhältnis zu dem Kurbelgehäusesteil
zur Seite gekippt (geneigt) werden kann. Um dies ermöglichen,
ist der Zylinder aufnehmende Teil auf der einen Seite des Motors
an dem Kurbelgehäuseteil
kippbar angebracht und auf der anderen, gegenüberliegenden Seite des Motors mittels
eines dort angeordneten Kippmechanismus mit dem Kurbelgehäuseteil
bewegbar verbunden.
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Stand der Technik
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Verbrennungsmotoren
des oben genannten Typs sind bereits bekannt und in dieser Verbindung wird
beispielsweise auf
US-2,770,224 und
SE-B-470 238 Bezug
genommen.
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Die
erste dieser Patentschriften beschreibt einen Kolbenmotor mit einem
ortsfesten Kurbelgehäuseteil,
mit dem ein Zylinder aufnehmender Motorteil mit einer zugeordneten
Zylinderabdeckung gelenkig verbunden ist. Die Volumina der Brennkammern der
Zylinder können
variiert werden, indem der Zylinder aufnehmende Motorteil seitlich
um eine Längskippachse
verkippt wird. Diese Kippbewegung, i.e. eine Änderung der lateralen Neigung,
wird erreicht, indem eine exzentrische Achse gedreht wird, die in einem
Kippmechanismus enthalten ist, der zwischen dem Kurbelgehäuseteil
und dem Zylinder aufnehmenden Motorteil wirkt.
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Wenn
der Zylinder aufnehmende Teil (Zylinderblock) eines Verbrennungsmotors,
beispielsweise eines Reihenmotors, des oben genannten Typs relativ
zu dem Kurbelgehäuseteil
geneigt (gekippt) wird, ändert
sich der Abstand zwischen der in dem Kurbelgehäuseteil angebrachten Kurbelwelle
(mit zugeordneten, mit Pleueln verbundenen Kolben) und den Zylindern
in dem Zylinder aufnehmenden Teil. Dadurch wird das Volumen des
Teils der Brennkammer geändert,
der über
der oberen Grenzfläche
des entsprechenden Kolbens (Kolbenoberseite) an dem oberen Totpunkt
des Kolbens liegt. Die Kompressionsrate des Motors kann somit auf
diesem Wege variiert werden, und dadurch wird die Effizienz für sich ändernde Lastzustände optimiert.
Die Leistung des Motors und somit auch die des betreffenden Fahrzeuges
wird dadurch verbessert.
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Die
amerikanische Patentschrift
US 5,025,757 beschreibt
einen Hubkolben-Verbrennungsmotor,
dessen Kompressionsverhältnis
durch Kippen eines Zylinders um eine zu einer Kurbelwelle parallel
verlaufende Kippachse verändert
werden kann. Eine lineare hydraulische Betätigung des Kippmechanismus
wird durch ein parallel zur Betätigung angeordnetes
elastisches Element vorgespannt.
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Aufgabe der Erfindung
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Aufgrund
der obigen strukturellen Konfiguration eines Verbrennungsmotors
und dessen Prinzip, die Kompression in den Zylindern zu ändern (zu
variieren), indem der Zylinder aufnehmende Teil im Verhältnis zu
dem Kurbelgehäuseteil
des Motors lateral gekippt wird, tritt ein bestimmter Betrag an
Spielraum oder Spiel sowohl in dem Kippachsenlager als auch in den
verschiedenen Lagern des Kippmechanismus auf, wenn die betreffende
Kippbewegung stattfindet.
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Da
die Kippachsenlagerung auf der einen Seite des Motors eine Anzahl
von Lagersitzen in dem Kurbelgehäuseteil
und eine Anzahl von Lagersitzen an dem Zylinder aufnehmenden Teil,
der in die Räume
zwischen diesen Lagersitzen ragt, und auch eine Lagerachse umfasst,
die durch alle diese Lagersitze verläuft und diese verbindet, ist
es notwendig, aus Gründen
der Fertigungstechnologie, größere Herstellungstoleranzen
und somit ein größeres Lagerspiel
zu akzeptieren, als es rein vom Gesichtspunkt der Fertigungstechnologie
erreichbar wäre.
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Diese
Tatsache zusammen mit der Überlegung,
dass in der Praxis schmiermittelfreie Lager verwendet werden sollten – wegen
kleiner relativer Bewegungen zwischen den zusammenwirkenden Lagerkomponenten/Lageroberflächen und
dem Fehlen eines ausreichend häufigen Änderns der
Richtung der Kraft-, bedeutet dies, dass das Lagerspiel ziemlich
groß ist,
wodurch unerwünschte
Geräusche,
insbesondere bei hohen Lasten, erzeugt werden.
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Die
primäre
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen mit variabler
Kompression arbeitenden Motor so auszulegen, dass das Auftreten
der oben genannten mit Lagern zusammenhängenden Geräusche verhindert oder zumindest
in einem großen
Ausmaß beseitigt
werden kann.
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Beschreibung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird die
obige Aufgabe durch den Umstand erreicht, dass der Motor die in dem
kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 ausgeführten Merkmale
aufweist.
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Somit
besteht das primär
unterscheidende Merkmal des Verbrennungsmotors darin, dass zwischen
dem Kurbelgehäuseteil
und dem Zylinder aufnehmenden Teil vorspannende Bauteile angeordnet sind,
die diese Motorteile auseinanderdrücken und arbeiten, um dem Auftreten
von Lagerspiel in dem Kippachsenlager und dem exzentrischen Kippmechanismus
entgegenzuwirken, wenn eine kompressionsmodifizierende Kippbewegung
zwischen dem Zylinder aufnehmenden Teil und dem Kurbelgehäuseteil
während
des Betriebes des Motors auftritt.
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Weiterentwicklungen
und bevorzugte Ausführungsformen
des Gegenstandes der Erfindung können
auch die in den Ansprüchen
2 bis 11 ausgeführten
Merkmale aufweisen.
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Da
der Zylinder aufnehmende Teil mit seinem zugeordneten Zylinderkopf
und der Kurbelgehäuseteil
auf die oben angegebene Weise vorgespannt auseinandergehalten werden,
wenn die Gaskräfte
in den Zylindern auftreten, können
die Wirkung des Lagerspiels wenigstens großteils beseitigt und das resultierende
Geräusch
in dem Motor verhindert werden.
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Der
Verbrennungsmotor kann beispielsweise ein Vierzylinder-, Fünfzylinder-
oder Sechszylinder-Reihenmotor mit obenliegenden Nockenwellen sein,
die in dem Zylinderkopf angebracht sind, der mit dem Zylinder aufnehmenden
Teil fest verbunden ist. Es ist möglich, (aber nicht wesentlich)
dass der Zylinderkopf und der Zylinder aufnehmende Teil vollständig baueinheitlich integriert
sind und Teile ein und desselben einstückigen Teils (Monoblockmotors)
bilden.
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Der
Zylinder aufnehmende Teil weist auf der einen Seite des Motors Lagersitze
für die
Gelenkachse des Kipplagers und auf der anderen Seite des Motors
Lagersitze für
die obere Gelenkachse des Kippmechanismus auf. Die zuletzt genannten
Lagersitze bilden vorzugsweise baueinheitliche Teile des Zylinder
aufnehmenden Teils. Zwischen dem Kurbelgehäuseteil und der oberen Gelenkachse
des Kippmechanismus sind Verbindungsbauteile angeordnet, die die
Kippbewegung übertragen
und dazu dienen, den Abstand zwischen der oberen Gelenkachse und
einer exzentrischen Welle zu ändern,
die in den Lagersitzen des Kurbelgehäuseteils angebracht ist und
die untere Achse des Kippmechanismus bildet.
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Bei
einer ersten Hauptausführungsform
gemäß der Erindung
sind die vorspannenden Bauteile innerhalb der Lagersitze der Kippachsenlager
angeordnet und sollen mit deren gegenüberliegenden Enden unmittelbar
oder mittelbar in eine Richtung gegen eine Kippachse drücken, die
durch die Lagersitze verläuft
und in dem Kurbelgehäuseteil
angebracht ist, und in der anderen Richtung gegen ein Randteil drücken, der
im Verhältnis
zu dem Zylinder aufnehmenden Teil ortsfest ist.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist es auch zu bevorzugen, dass die Kippmechanismusbauteile Gestänge umfassen,
wie z.B. Verbindungsgestänge,
die zwischen einerseits einer ersten Achse, die durch die sicher
mit dem Zylinder aufnehmenden Teil verbundenen Lagersitze verläuft, und
andererseits einer zweiten Achse, die in dem Kurbelgehäuseteil
exzentrisch angebracht ist, verbunden sind, wobei die vorspannenden
Bauteile in den Gestängen
angeordnet sind und mit ihren gegenüberliegenden Enden unmittelbar
oder mittelbar gegen die erste bzw. die zweite Achse pressen sollen,
um eine Kraft zu erzeugen, die diese zwei Achsen belastet.
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Auf
der Seite der zweiten Achse entfernt von dem Gestänge (Verbindungsbauteil),
das die Kippbewegung überträgt, sind
die vorspannenden Bauteile auch vorzugsweise in dem Kurbelgehäuseteil
angeordnet, die zwischen dem Kurbelgehäuseteil und der zugeordneten
Seite der zweiten Achse wirken und Druck auf die Achse ausüben sollen.
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Die
vorspannenden Bauteile sowohl in den Lagersitzen des Kippachsenlagers
als auch in den Gestängen
(Verbindungsbauteilen) und dem Kurbelgehäuseteil können vorzugsweise zylindrische
Federstapel umfassen, die aus Tellerfedern bestehen.
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Bei
einer zweiten, alternativen Ausführungsform
gemäß der Erfindung
gibt es in dem Bereich zwischen dem Kippachsenlager und dem Kippmechanismus
und zwischen dem Kurbelgehäuseteil
und dem Zylinder aufnehmenden Teil eingesetzt vorspannende Bauteile,
die diese zwei Teile auseinanderziehen und zwischen einerseits einem
fest mit dem Kurbelgehäuseteil
verbundenen Randteil und andererseits einem fest mit dem Zylinder
aufnehmenden Teil verbundenen Randteil wirken.
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Der
fest mit dem Zylinder aufnehmenden Teil verbundene Randteil kann
dann eine Spannschraube sein, die mit einem speziell ausgelegten
Kopf ausgestattet ist und dazu dient, einen Zylinderbüchsenträger auf
der Unterseite des Zylinder aufnehmenden Teils zu fixieren.
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Der
mit dem Kurbelgehäuseteil
fest verbundene Randteil kann für
seinen Teil beispielsweise aus einem Ende einer vorspannenden Stange
bestehen, die in den Kurbelgehäuseteil
eingeschraubt ist.
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Bei
der zuletzt genannten Ausführungsform können die
vorspannenden Bauteile in zweckdienlicher Weise kräftige zylindrische
Schraubenfedern sein, die zwischen den betroffenen gegenüberliegenden
Randteilen gespannt sind.
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Soweit
es die vorspannenden Bauteile gemäß der Erfindung betrifft, können diese
jedoch allgemein ausgedrückt
entweder geeignete Druckfedern oder Federstapel oder andere Typen
von Krafterzeugern sein, beispielsweise hydraulische Krafterzeuger.
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Wenn
der Motor ein Reihenmotor ist und die vorspannenden Bauteile wie
bei der oben genannten zweiten Hauptausführungsform angeordnet sind,
ist es aus Gründen
der Kraftsymmetrie zu bevorzugen, dass die vorspannenden Bauteile
in einer axialen Reihe angeordnet und gleichmäßig entlang der Zylinderreihe
verteilt sind, vorzugsweise in den Bereichen zwischen benachbarten
Zylindern in der Zylinderreihe.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Die
Erfindung wird nun erläutert
und unter Bezugnahme auf eine Anzahl veranschaulichender Ausführungsformen
erklärt,
die in den beigefügten Zeichnungen
gezeigt sind.
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In
den Zeichnungen:
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1 zeigt
eine schematische und perspektivische Ansicht der Hauptteile des
Kippmechanismus bei einem Verbrennungsmotor von dem gleichen Grundtyp
wie der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor;
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2 zeigt
eine schematische seitliche Teilansicht des Kippachsenlagers bei
einer Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors;
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3 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch den Motor in 2;
und
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4 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch eine alternative Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors.
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Beschreibung veranschaulichender Ausführungsformen
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Die
wesentlichen Teile eines Verbrennungsmotors des Typs, auf den sich
die vorliegende Erfindung bezieht, sind in 1 dargestellt.
Der Verbrennungsmotor, in diesem Fall ein Vierzylinder-Reihenmotor,
ist so konstruiert, dass seine Kompression variiert werden kann,
während
er läuft.
Der Motor umfasst einen Kurbelgehäuseteil 2, in dem
die Kurbelwelle 4 (hier nicht dargestellt, aber in 4 dargestellt)
angebracht ist, einen Zylinder aufnehmenden Teil 6, der
mit dem Kurbelgehäuseteil
so kippbar verbunden ist, dass er im Verhältnis zu dem Kurbelgehäuseteil
seitlich geneigt/gekippt werden kann. Um diese laterale Kippbarkeit
des Zylinder aufnehmenden Teils 6 zu ermöglichen,
ist ein Kippachsenlager 8 zwischen den Teilen 2 und 6 an
der am weitest entfernt liegenden Längsseite (hier nicht gezeigt)
des Motors bereitgestellt, und auf der hier sichtbaren Längsseite
des Motors befindet sich zwischen dem Kurbelgehäuseteil 2 und dem
Zylinder aufnehmenden Teil 6 ein im Allgemeinen durch 10 angegebener Kippmechanismus.
Der Teil 6 enthält
in diesem Fall vier, mit 12 bezeichnete Zylinder, und ein
Zylinderkopf 14 oder eine Zylinderabdeckung (hier nicht
gezeigt, aber schematisch in 3 angedeutet)
ist auf herkömmliche
Weise vorgesehen, um auf der flachen Oberseite 16 des Teils 6 abdichtend
befestigt zu werden.
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Das
in 1 nicht sichtbare Kippachsenlager 8 umfasst,
in der gleichen Weise wie bei der in 2 gezeigten
Ausführungsform,
eine Anzahl von Lagersitzen 18, die fest mit dem Kurbelgehäuseteil 2 verbunden
sind, und eine Anzahl von Lagersitzen 20, die sich zwischen
diesen Lagersitzen an dem Zylinder aufnehmenden Teil 6 nach
oben erstrecken. Durch diese Lagersitze 18, 20 verläuft eine
Gelenkachse 22, die auf diese Weise die Motorteile 2 und 6 in
einer gelenkigen/kippbaren Weise verbindet. Die Anzahl von Lagersitzen
der Teile 2 und 6 hängt natürlich von der Anzahl von Zylindern
des Motors ab; es ist zu beachten, dass der Motor in 1 vier
Zylinder hat, während
der Motor in 2 fünf Zylinder hat.
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Der
in 1 gezeigte Kippmechanismus 10 umfasst
fünf Lagersitze 24,
die mit dem Zylinder aufnehmenden Teil 6 fest verbunden
sind und Lagerbrücken
für eine
obere Gelenkachse 26 bilden, die durch diese verläuft und
an der Gestänge/Verbindungen oder
Verbindungsbauteile 28 gelenkig angebracht sind, wobei
die unteren Enden derselben an „kurbelähnlichen" Achsabschnitten 30 einer exzentrischen Achse 32 mit
größeren Lagerabschnitten 34 gelenkig angebracht
sind, die in den Lagerbrücken
von Lagersitzen 36 des Kurbelgehäuseteils 2 drehbar
angebracht sind. Eine Drehung der exzentrischen Achse 32 verursacht
eine Änderung
des Abstandes zwischen der oberen Gelenkachse 26 und den
Achsabschnitten 30, und dadurch über die Verbindungsbauteile 28 ein
seitliches Kippen/Neigen des Zylinder aufnehmenden Teils 6 im
Verhältnis
zu dem Kurbelgehäuseteil 2.
Die gewünschte
Kompressionsänderung
in den Zylindern wird auf diesem Weg erreicht.
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Es
wird nun auf die Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors
Bezug genommen, wie in den 2 und 3 dargestellt.
Um das Auftreten von Geräuschen
zu verhindern, die mit einem Lagerspiel während des Betriebs des Motors in
Zusammenhang stehen, sind sowohl bei dem Kippachsenlager 8 als
auch bei dem Kippmechanismus 10 vorspannende Bauteile 38 zwischen
dem Kurbelgehäuseteil 2 und
dem Zylinder aufnehmenden Teil 6 angeordnet, deren vorspannende
Bauteile 38 in der Form kräftiger Druckfedern sind, die
mittels ihrer inhärenten
vorbestimmten Spannung kontinuierlich versuchen, die Motorteile 2 und 6 auseinander
zu drücken,
so dass ein vorliegendes Lagerspiel in dem Kippachsenlager 8 und
in dem Kippmechanismus 10 in der Richtung beseitigt wird,
die durch die Wirkung der Verbrennungsgase in den Zylindern verursacht wird.
Der Druck der Verbrennungsgase in den Brennkammern in den Zylindern
versucht, den Zylinder aufnehmenden Teil 6 mit dem zugeordneten
Zylinderkopf nach oben von dem Kurbelgehäuseteil 2 weg zu bewegen.
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Jeder
der als Druckfedern ausgelegten vorspannenden Bauteile 38 ist
zwischen einerseits dem Ende einer zugeordneten vorspannenden Stange 40, die
in das Kurbelgehäuse 2 eingeschraubt
ist, und andererseits einem Randteil 42 eingesetzt, der
mit dem Zylinder aufnehmenden Teil 6 fest verbunden ist.
In diesem Fall bestehen die Randteile 42 aus den schalenförmigen Köpfen von
Befestigungsschrauben 44, die weiterhin an den geeigneten
Stellen vorhanden sind und die verwendet werden, um einen Zy linderbüchsenträger 46 auf
der Unterseite 48 des Zylinder auf nehmenden Teils 6 zu
befestigen.
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Schließlich wird
auf die alternative Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors
Bezug genommen, wie in 4 dargestellt. Die vorspannenden
Bauteile zwischen dem Kurbelgehäuseteil 2 und
dem Zylinder aufnehmenden Teil 6 sind in diesem Fall unterschiedlich
zu der Auslegung gemäß den 2 und 3 angeordnet
und ausgelegt.
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Vorspannende
Bauteile 50, hier in der Form von zylindrischen Tellerfedern,
sind in diesem Fall in Bohrungen 52 innerhalb von Lagersitzen 20 eingesetzt,
die zu dem Zylinder aufnehmenden Teil 6 des Kippachsenlagers 8 gehören, wo
die vorgespannten Bauteile 50 an dem unteren Ende gegen
die Kippachse 22 und an dem oberen Ende gegen einen Randteil Druck
ausüben,
der im Verhältnis
zu dem Zylinder aufnehmenden Teil 6 ortsfest ist. Eine
Kraftübertragung
zwischen den Bauteilen 50 und der Kippachse 22 findet über Druckblöcke 54 mit
zylindrischen konkaven Gleitkontaktflächen gegen die Achse 22 statt. An
dem oberen Ende jedes vorspannenden Bauteils 50 findet
die Kraftübertragung
zu dem Motorteil 6 über
ein in die Bohrung 52 eingesetztes Druckgestänge 56 statt,
dessen Gestänge
somit den Randteil bildet.
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Auf
der Seite des Motors mit dem Kippmechanismus gibt es zwei vorspannende
Bauteile 50 in und an jedem scharnierähnlichen Verbindungsbauteil 28.
In jedem Verbindungsbauteil 28 gibt es dort ein vorspannendes
Bauteil 50, dessen Ende auf die obere Gelenkachse 26 und
den Achsabschnitt 30 über Druckblöcke 58 bzw. 60 mit
zylindrischen konkaven Gleitkontaktflächen Druck ausüben. Ferner
sind an der Seite der exzentrischen Welle 32 entfernt von den
Verbindungsbauteilen 28 vorspannende Bauteile 50 angeordnet,
die jeweils zwischen einem Teil 62, der mit dem Kurbelgehäuseteil 2 fest
verbunden ist, und andererseits dem Lagerabschnitt 34 der
exzentrischen Welle 32 wirken. Der Kontakt mit dem Lagerabschnitt 34 findet über einen
Druckblock 64 mit zylindrischer konkaver Gleitkontaktfläche statt.