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Brennkraftmaschine mit veränderlichem Verdichtungsraum Brennkraftmaschinen,
deren Verdichtungsraum zur Einstellung auf größere Leistung verändert werden kann,
sind bekannt. Hierbei können die Füllungsänderung und die entsprechende Änderung
der Verdichtungsraumgröße gleichzeitig vorgenommen werden.
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Es sind unter anderem bekanntgeworden ein Verbrennungsmotor dieser
Art, der mit einer Schiebersteuerung arbeitet; für schnellaufende Hochleistungsmotoren
ist jedoch eine solche Steuerung, selbst wenn sie mit großer Präzision gebaut wird,
ungeeignet; ferner ein Motor, der mit einem hydraulischen Aggregat ausgerüstet ist,
das aber nicht direkt auf den Zylinderkopfkolben einwirkt, sondern unter Zwischenschaltung
einer Unterdruckdose, die in der Praxis jedoch nicht ausreicht, den Steuerschieber
des hydraulischen Aggregats zu betätigen.
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Schließlich ist eine Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen
Art bekanntgeworden, bei der die Veränderung des Verdichtungsraumes durch Verstellen
eines als Zylinderkopfkolben ausgebildeten beweglichen Zylinderbodens erfolgt. Der
letztere ist in der jeweils eingestellten Lage unbeweglich, und seine Verstellung
erfolgt durch eine hydraulische Betätigungsvorrichtung, die einerseits mit dem Gashebel
der Maschine und andererseits mit einem Organ verbunden ist, welches mit sämtlichen
an der Maschine vorhandenen Zylinderkopfkolben gekuppelt ist.
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Bei dieser Ausführungsform ist das in Längsrichtung hin- und herbewegliche
Organ in seinem Aufbau übermäßig sperrig, und die Zylinderkopfkolben müssen ober-
und unterhalb des seitlichen Kraftangriffes drehbar gelagert sein, wozu noch ein
kompliziertes und kraftverschlingendes Bewegungsumkehrgetriebe hinzukommt. Darüber
hinaus handelt es sich bei der bekannten Maschine um eine ventillose Ausführung,
mit welcher es unmöglich ist, eine Leistungssteigerung bei schwachen Gasmengen zu
erreichen.
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Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine sind dagegen, wie es
an sich bekannt ist, die Ein- und Auslaßventile im Zylinderkopfkolben angeordnet.
Ferner gibt der Zylinderkopfkolben durch Zusammenarbeiten mit einem Einlaßkanalschlitz
beim Verstellen im Sinne einer Vergrößerung des Verdichtungsraumes einen größeren
Einlaßkanalquerschnitt frei, und schließlich ist das mit dem Zylinderkopfkolben
gekuppelte Organ als Verstellwelle ausgebildet, welche durch einen Hebel mit der
hydraulischen Betätigungseinrichtung verbunden ist und durch Hebel auf die Zylinderkopfkolben
einwirkt.
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Bei der Anwendung dieser neuen Regel wird eine Beschleunigung des
Motors durch einen Ausschlag des Gashebels bzw. bei Fahrzeugmotoren des Gaspedals
und eine äußerste Verzögerung durch Freigabe dieses Hebels erreicht. Die Zwischenstellung
zwischen diesen beiden Extremlagen des Hebels bewirkt einen Betriebszustand des
Motors, der weder eine Beschleunigung noch eine Verzögerung aufweist, d. h., er
läuft mit einer normalen Drehzahl. Bei der extremen Verzögerung ist der Kolben der
hydraulischen Vorrichtung angehoben, und er bestimmt die gleichzeitige Abwärtsbewegung
aller Zylinderkopfkolben und damit das kleinste Volumen der Verdichtungsräume der
Zylinder. Umgekehrt ist bei vollem Gaszutritt, d. h. in der höchsten Stellung der
Zylinderkopfkolben die tiefste Stellung des Kolbens der hydraulischen Vorrichtung
beim größten Ausschlag des Gaspedals erreicht.
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Was die Veränderung des Einlaßkanalquerschnittes beim Verstellen des
Zylinderkopfkolbens betrifft, so kann diese zweckmäßig durch Veränderung der Überdeckung
des Einlaßkanals im Zylinderkopf mit der Einlaßkanalfortsetzung im Zylinderkopfkolben
erfolgen.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
daß wenigstens die Lager der Kipphebel für die Auslaßventile auf einer Pendelplatte
angeordnet sind, welche durch die Verstellwelle
beim Verstellen
des Zylinderkopfkolbens derart verschwenkt wird, daß sich beim Verstellen des Zylinderkopfkolbens
das Spiel zwischen dem Kipphebel und dem geschlossenen Ventil nicht ändert. Andererseits
können die Lager der Kipphebel für die Einlaßventile fest am Zylinderkopf angeordnet
sein, so daß beim Verstellen des Zylinderkopfkolbens im Sinne einer Verkleinerung
des Verdichtungsraumes der Abstand zwischen dem Kipphebel und dem geschlossenen
Einlaßventil vergrößert und somit der Einlaßventilhub verkleinert wird.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Zylinderkopfkolben in seiner
Stellung, die dem größten Volumen der Brennkammer entspricht, wobei lediglich das
Einlaßventil dargestellt ist, Fig. 2 einen Querschnitt durch eine durch das Auslaßventil
gehende Vertikalebene des Zylinderkopfkolbens in seiner Stellung, die dem geringsten
Volumen der Brennkammer entspricht, Fig. 3 einen Horizontalschnitt durch den Zylinderkopfkolben,
Fig. 4 eine Ansicht der pendelnden Platte, Fig. 5 einen Querschnitt durch die pendelnde
Platte und Verstelleinrichtung, Fig. 6 einen Querschnitt durch den Zylinderkopf
in einer Vertikalebene, die durch das Einlaßventil geht, Fig. 7 einen Schnitt durch
die hydraulische Betätigungseinrichtung, die zwischen dem Gaspedal und dem Zylinderkopfkolben
angeordnet ist, Fig. 8 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform der hydraulischen
Betätigungseinrichtung.
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1 ist der Zylinder, 2 der Motorkolben und 3 der Zylinderkopf, der
vorzugsweise mit dem Zylinder aus einem Stück ist, um das Bearbeiten von Auflageflächen
zu vermeiden und dadurch gleichzeitig Verbindungsmittel und Ankerschrauben zu erübrigen;
4 ist der Zylinderkopfkolben, dessen Stellung während des Motortriebes veränderbar
ist, so daß er sich dem Motorkolben nähert oder sich von diesem entfernt, wodurch
sich das Volumen v der Brennkammer ändert und der eingelassenen Gasmenge anpaßt.
Bei Vollgas befindet sich der Zylinderkopfkolben 4 in der Stellung, die von dem
oberen Totpunkt des Motorkolbens 2 am weitesten entfernt ist und der Abstand der
beiden Kolben ein Maximum und gleich dem Hub des Motorkolbens geteilt durch
ist, wobei V dem Hubraum des Zylinders entspricht. Bei einem Motor mit einem Hub
von 75 mm und einem Kompressionsverhältnis von
wählt man den Maximalabstand zwischen den Kolben
In dem Zylinderkopfkolben sind das Einlaßventil5 und das Auslaßventil 6 angeordnet.
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Unter dem Explosionsdruck werden die Zylinderkopfkolben 4 nach oben
gedrückt, so daß sie sich auf den Pratzen der auf der Welle 13 aufgekeilten Hebel
12 abstützen. Der eine dieser Hebel ist mit dem Kolben 14 der hydraulischen Betätigungseinrichtung
verbunden, die die folgenden Teile enthält; den Zylinder 15, ein Flüssigkeitseintrittsventil
16, eine Befestigungsschraube 17, ein Flüssigkeitsaustrittsventil 18, eine Flüssigkeitseintrittsöffnung
19, eine Flüssigkeitsaustrittsöffnung 20, eine Drosselbohrung 21, die den Durchtritt
des Ventils 16 bestimmt und damit die Füllgeschwindigkeit des Raumes B, eine Drosselbohrung
22, die den Durchtritt des Ventils 18 und damit die Entleerungsgeschwindigkeit des
Raumes B bestimmt, einen Deckel 23, eine Ventilnadel 24 zum Einstellen auf
Füllen, einen Stößel 25 zum Einstellen auf Entleerung, einen Nocken 26, der die
Füllung bewirkt, einen Nocken 27, der die Entleerung bewirkt, eine Achse 28, auf
der die erwähnten Nocken und ein Betätigungshebel 29 sitzen, der seinerseits
mit dem Gaspedal verbunden ist.
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Die Explosionsdrücke wirken auf die Zylinderkopfkolben 4, und die
Flüssigkeit in dem Raum B erhält den Druck, der entsprechend der Arme des Hebels
12 reduziert ist und im Verhältnis zu den Flächen der Kolben 4 und 14 steht. Man
kann den Druck auch dadurch reduzieren, daß man zwischen dem Hebel 12 und
dem Gehäuse der hydraulischen Betätigungseinrichtung eine Feder einfügt, die einen
Teil des Druckes, der im Augenblick der Explosion den Kolben 14 beaufschlagt, ausgleicht,
aber dem Druck, der in dem Brennraum am Ende des Kompressionshubes vor der Explosion
herrscht, standhält. Auf diese Weise wird der aufzubringende hydraulische Druck
in dem Raum B zum Herbeiführen der Aufwärtsbewegung des Kolbens 14 auf ein Minimum
reduziert, und er erlaubt die Anwendung einer Pumpe mit einem Gebrauchsdruck von
3 kglcm2, mit der üblicherweise die Bremse und die Schmierung versorgt werden.
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In der Mittelstellung (Null- oder Ruhestellung) des Hebels 29 tritt
die Flüssigkeit in die hydraulische Einrichtung durch die Öffnung 19 ein, füllt
die Kanäle und fließt durch die Austrittsöffnung 20 in einen Behälter, ohne irgendeine
Wirkung ausgeübt zu haben. Für den Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine wird der
Hebel 29 in derjenigen Richtung bewegt, in welcher der Nocken 26 die Ventilnadel
24 anhebt, wodurch der unmittelbare Flüssigkeitsdurchtritt zur Austrittsöffnung
20 und somit zum Behälter unterbrochen wird. Hierdurch wird der Druck hinter der
Pumpe erhöht, das Ventil 16 angehoben und der Raum Bin einer bestimmten Zeit je
nach Bemessung der Drosselbohrung 21 gefüllt; der Druck läßt den Kolben 14 steigen
und die Zylinderkopfkolben 4 abwärts bewegen, wodurch das Brennkammervolumen verringert
und entsprechend der Einlaßquerschnitt vor dem Einlaßventil 5 dadurch verkleinert
wird, daß sich der Kanal im Zylinderkopf und derjenige im Zylinderkopfkolben nur
noch teilweise decken. Die Mündung des Auslaßkanals im Zylinderkopf ist dagegen
wesentlich größer als der Ausschnitt des Auslaßkanals im Zylinderkopfkolben, so
daß die Verstellung des Zylinderkopfkolbens keine Querschnittsänderung zur Folge
hat. Wenn man den Hebel 29
im umgekehrten Sinne betätigt, wirkt der Nocken
27 auf den Stößel 25, welcher das Flüssigkeitsaustrittsventil 18 anhebt und
die Flüssigkeit aus dem Raum B ablaufen läßt, und zwar in einer Zeit, die durch
Drosselbohrung 22 bestimmt ist. Der Kolben 14 geht nach unten und der Zylinderkopfkolben
4 nach oben, wodurch eine Vergrößerung des Brennraumvolumens und gleichzeitig eine
proportionale Vergrößerung des Querschnittes vor dem Einlaßventil5 bewirkt wird,
so daß die gewünschte Beschleunigung der Maschine erreicht wird. Die Füll- und Entleerbewegung
des Raumes B hält an, bis der gewünschte Betriebszustand
der Brennkraftmaschine
erreicht ist, worauf der Hebel 29, der mit dem Gaspedal verbunden ist, durch Loslassen
in seine Nullstellung zurückgeht.
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In Fig. 8 ist eine hydraulische Betätigungsvorrichtung dargestellt,
bei der sich die Füllung des Zylinders 15 auf beide Seiten des Kolbens 14 auswirkt,
so daß dieser nicht den Druckschwankungen im Motorzylinder innerhalb der vier Motortakte
unterworfen ist. Der Raum A ist mit dem Behälter während des Betriebes verbunden,
um den Lufteintritt durch den Kanal 36 zu verhindern, der durch das Ventil
37 geschlossen ist, welches seinerseits durch den Nocken 38 gesteuert ist,
der gleichzeitig mit dem Nocken 26 wirkt. In der Ruhestellung befindet sich der
Kolben 14 zwischen den beiden Flüssigkeitskissen der Räume A und
B, gleichgültig, in welcher Stellung er sich befindet, wobei die entsprechenden
Drücke durch die geschlossenen Ventile 16, 18, 37 aufrechterhalten sind. Wenn der
Kolben 14 nach unten geht, hebt sich das Venti137 durch den Unterdruck im Raum A,
und dieser Raum füllt sich. Wenn dagegen der Kolben 14 durch Verschließen des Rücklaufquerschnittes
mittels Hebel 29, Nocken 26 und Ventilnadel 24 und durch die hierdurch eintretende
Flüssigkeitsdruckerhöhung hochsteigt, hebt sich das Ventil 37 durch die Bewegung
des Nockens 38, der gleichzeitig mit dem Nocken 26 wirkt. Auch bei dieser Einrichtung
können Federn vorgesehen werden, um den Druck auf den Kolben 14 zu verringern.
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Die Achsen 10 der die Motorventile betätigenden Kipphebel 11 werden
von der Pendelplatte 7 getragen, die mittels im Zylinderkopf eingeschraubter Zapfen
8 gelagert ist. Die Pendelplatte 7 wird mittels in Gabeln eingreifender Hebel 30
durch die Welle 13, welche die Stellung des Zylinderkopfkolbens 4 bestimmt, derart
verschwenkt, daß in jeder Stellung des Zylinderkopfkolbens 4 die Kipphebelbewegung
voll auf das Ventil übertragen wird. Auf dieser Pendelplatte sind zumindest die
Kipphebel für die Auslaßventile gelagert, um stets den vollen Auslaßquerschnitt
zur Verfügung zu haben. Die Kipphebel für die Einlaßventile können dagegen auch
fest im Zylinderkopf gelagert sein. In diesem Falle ist das Spiel zwischen Kipphebel
und Ventil um so größer, je tiefer der Zylinderkopfkolben steht. Der Ventilhub wird
dementsprechend geringer.
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Bei der beschriebenen Brennkraftmaschine wird also bei Einstellen
einer geringeren Leistung mittels des Hebels 29 der Verdichtungsraum verkleinert
und gleichzeitig der Einlaßquerschnitt unmittelbar vor dem Einlaßventil verkleinert.
Sofern die Kipphebel der Einlaßventile nicht auf der Pendelplatte gelagert sind,
wird außerdem der Hub des Einlaßventils verringert. Bei Einstellung auf größere
Leistung erfolgen die Veränderungen im umgekehrten Sinne.