DE1751722B2 - Regeleinrichtung im Arbeitskolben einer Brennkraftmaschine zur Veränderung der Kompression - Google Patents

Description

Bei einer bekannten Regeleinrichtung mit den Merkmalen a) und c) des Oberbegriffs des Anspruchs i (US-PS 32 05 878) muß die zweite Kammer genügend groß sein, die aus der ersten Kammer entlassene

ölmenge aufzunehmen, ohne daß der Druck des Öls *zunimmL Deshalb wird der Querschnitt der unteren

Kammer vorzugsweise dem der oberen Kammer

gleichgemacht, im Gegensatz zu dem Merkmal b) des

Oberbegriffs. Da es sich bei der unteren Kammer um

einen Ringraum handelt, ist dies mit erheblichen konstruktiven Schwierigkeiten verbunden ui-d kann

to nicht ohne unerwünschte Zunahme der Kolbenmasse verwirklicht werden.

Bei dem Vorschlag gemäß dem Hauptpatent P 17 51 703.2 ändert sich das Volumen der ersten Kammer rascher als das der zweiten Kammer, und die von der »rsten Kammer abgegebene ölmenge fließt nur zum Teil in die zweite Kammer, während der Rest über einen zusätzlichen Auslaß vor Erreichen der zweiten Kammer abgezeigt wird Hierfür wird ein Druckbegrenzungsventil benötigt. Benachbart zu diesem Druckbegrenzungsventil ist ein Rückschlagventil vor der zweiten Kammer vorgesehen, welches als Kugelventil ausgebildet ist Für diese beiden Ventile ist ein bestimmter baulicher Aufwand nötig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Regeleinrichtrung nach dem Hauptpatent dahingehend zu verbessern, daß der bauliche Aufwand vermindert wird.

Dies wird dadurch erreicht, daß das bewegliche Glied des Rückschlagventils zusätzlich den Drosselauslaß aufweist bzw. diesen beherrscht.

Auf diese Weise kann das Druckbegrenzungsventil an dem zusätzlichen Auslaß fortfallen. Es wird die Saugwirkung bei Volumenzunahme der zweiten Kammer zur Füllung dieser Kammer ausgenutzt, während auch der zusätzliche Auslaß geöffnet ist, über den jedoch nur die überschüssige Ölmenge abfließen kann. Bei Druckzunahme der zweiten Kammer schließt das Rückschlagventil, und eine geringe ölmenge fließt über die Drosselbohrung ab, die nach d<n unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung entweder in dem Ventilglied des Rückschlagventils untergebracht ist, wonach der zusätzliche Auslaß für die Weiterleitung des Öls verwendet wird, oder in der Kolbenwand untergebracht ist und sich dann parallel zu dem zusätzlichen Auslaß erstreckt.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt

Fig. I einen Längsschnitt durch einen Kolben für veränderbares Konipressionsverhältnis; Fig. 2eine vergrößerte Einzelheit nach Fig. 1;

F i g. 3 eine vergrößerte Ansicht einer Ventilplatte nach den Fig. I und 2;

F i g. 4 eine vergrößerte Einzelheit einer abgewandelten Konstruktion und

F i g. 5 die Einzelheit entsprechend der F i g. 4 in anderer Betriebsstellung.

Fi g. I zeigt einen Arbeitskolben 10 einer Brennkraftmaschine mit veränderbarem Kompressionsverhältnis. Der Arbeitskolben 10 umfaßt ein äußeres Kolbcnteil 12 und ein inneres Kolbenteil 14. Am äußeren Kolbentel 12 ist ein Kolbenboden 16 angeformt, der die untere Begrenzung der Brennkammer der Maschine bildet. Das innere Kolbcnteil 14 ist zu dem äußeren Kolbenteil 12 axial verschiebbar gelagert, und Ringe 18,20,22 sorgen für Abdichtung. Das innere Kolbenteil 14 ist mit der Kurbelwelle der Maschine über eine Kolbenstange oder Pleuel 26 und einen Kolbenbolzen 28 in herkömmlicher Weise verbunden. Das innere Kolbcnici! 14 wird

zwischen einer oberen und einer unteren Grenze in üblicher Weise verschoben, während gleichzeitig eine Verstellung des äußeren Kolbenteils 12 axial nach oben und unten relativ zum inneren Kolbenteil 14 innerhalb bestimmter Grenzen erfolgen kann. Eine obere — erste

— Kammer 30 liegt zwischen dem inneren Kolbenteil 14 und dem äußeren Kolbenteil 12 nahe dem Kolbenboden 16. Eine untere — zweite — Kammer 32 liegt in einer ringförmigen Ausnehmung am unteren Ende des inneren Kolbcmeils 14. Ein Ring 34 ist an dem äußeren Kolbenteil 12 befestigt. Ein Abdichtungsring 36 dichtet den Spalt zwischen dem inneren Kolbenteil 14 und dem Ring 34 ab.

Der Ring 34 und die un'^re Räche des Kolbenbodens 16 sind Anschläge und bilden die Grenzen der axialen Verschiebung des äußeren Kolbenteils 12 relativ zum inneren Kolbenteil 14. Infolge dieser relativen Verschiebung tritt eine variable Flöhe vom Mittelpunkt des Kolbenbolzens 28 zum Kolbenboden 16 ein, wodurch das Volumen der Brennkammer und damit das Kompressionsverhältnis des Motors veränderbar ist.

Die Verschiebung des äußeren Kolbenteils 12 relativ zum inneren Kolbenteil 14 wird automatisch durch ein zugeführtes bzw. abgeführtes inkompressibles Medium

— öl — in die Kammern und aus den Kammern 30,32 gesteuert.

Wenn sich das äußere Kolbenteil 12 nach oben in Fig. 1 von dem inneren Kolbenteil 14 entfernt, dehnt sich die Kammer 30 aus, während bei Annäherung dieser Teile sich die Kammer 32 vergrößert. Als inkompressibles Medium steht Öl von der gewöhnlichen Druckölschmierung der Maschine zur Verfugung und wird Ober einen Kanal 40 in der Kolbenstange 26 zugeführt. Der Kanal 40 steht vorzugsweise mit einer Ringnut 42 in Verbindung die den Kolbenbolzen 28 umgibt und zu einem Auslaß 44 führt, der mit einem Hohlraum 46 im inneren Kolbenteil 14 in Verbindung steht. Ein Ölsammler 47 umfaßt eine Kappe 48, die in dem Hohlraum 46 untergebracht ist und durch eine Feder 50 ge«*en die Oberfläche der Kolbenstange 26 gedrängt wird, so daß in allen Stellungen der Kolbenstange 26 in bezug auf die Achse des Kolbenbolzens 28 das Öl durch den Auslaß 44 in das Innere der Kappe 48 geleitet wird. Durch eine öffnung 51 in der Kappe 48 gelangt das Öl in einen Kanal 52 und einen senkrechten Kanal 54 zu einer ringförmigen Kühlkammer 56, die an der Außenfläche des inneren Kolbenteils 14 in der Nähe der Kolbenringe sitzt. Der Kanal 54 steht mit der oberen Kammer 30 über ein Rückschlagventil 58 in V^'bindung.

Der Auslaß aus der oberen Kammer 30 erfolgt über einen schräglaufenden Kanal 60 und ein Druckbegrenzungsventil 62, welches in einen Verbindungskanal 64 hinein entlädt, der zur Leitung von Druckmittel in die zweite Kammer 32 vorgesehen ist. Vor dieser befindet sich ein Rückschlagventil 66.

Das Rückschlagventil 58 umfaßt ein zylindrisches Gehäuse 80, das in den Kanal 54 eingeschraubt ist und eine innere Kammer 82 sowie einen axialen Durchgang 84 aufweist. Eine Ventilplatte 86 liegt normalerweise quer über dem axialen Durchgang 84 und Sperrt somit den Ölfluß. Ein Ringeinsatz 90 mit axialem Durchgang 92 macht die Ventilplatte 86 unverlierbar und weist einen mit seitlichen Durchlässen versehenen Kragen 94 auf. Auch wenn die Ventilplatte auf dem Kragen 94 aufliegt, kann das öl durch die seitlichen Durchlässe fließen. In der Gegenrichtung wird aber der Ölfluß gesperrt, weil die Ventilplatte 86 den Durchgang 84 sperrt.

Das Druckbegrenzungsventil 62 umfaßt ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 96, das in eino Bohrung 97 eingeschraubt ist, die von den Kanälen 60 und 64 geschnitten wird. Das Gehäuse % ist mit einem inneren axialen Hohlraum 98 versehen, in dem ein Federhalter 100 für eine Ventilfeder 102 eingeschraubt ist. Ein hohles Ventilglied IWi mit einer abgeschrägten Fläche 104 liegt an einem Ventilsitz 107 an. Ein Durchgang 114 verbindet den Hohlraum des Ventilgliedes 106 mit dem Kanal 64. Um das untere Ende des Ventilgiiedes 106 läuft eine ringförmige Kammer 110, in die der Kanal 60 einmündet und an deren unterem Ende der Ventilsitz 107 angeordnet ist. Wenn der Druck in der Kammer 110 einen vorbestimmten Wert übersteigt, hebt das Ventilglied gegen Federkraft ab und öl fließt von der Kammer 30 über den Kanal 60 und die Kammer 110 in den Kanal 64.

Das Rückschlagventil 66 ist wie das Rückschlagventil 58 ausgebildet, aber in umgekehrter Richtung zum Ventil 58 angeordnet. Wie am bestui aus F i g. 2 und 3 entnommen werden kann, umfaßt das Rückschlagventil 66 einen stopfenartigen Einsatz 120, eier in einem vergrößerten Abschnitt des Kanals 64 an dem Eingang zur unteren Kammer 32 sitzt. Der Einsatz 120 ist mit einem axialen Durchgang 122 versehen, der an seinem oberen Ende einen in den Ventilraum 134 ragenden, kranzartigen Vorsprung 124 mit bogenförmig entfernten Abschnitten 126 aufweist. Eine dreieckförmige Platte 128 mit abgrundeten Ecken 130 (f i g. 3) ist in dem Ventilraum 134 angeordnet und ist mit einer zentral angeordneten Drosselbohrung 136 versehen. Der Verbindungskanal 64 weist neben dem Rückschlagventil 66 einen zusätzlichen Auslaß 140 auf. der den Kanal 64 mit dem Kurbelgehäuseinneren verbindet.

Es sei angenommen, daß der Brennkammerdruck niedriger als der vorbestimmte normale Maximalwert sei und daß die obere und untere Kammer 30 bzw. 32 beide mit öl gefüllt sind. Bekanntlich wird der Kolben IO während des letzten Teils eines jeden Aufwärtshubs verzögert und während des ersten Teils eines jeden nacn unten gerichteten Hubs beschleunigt, wobei die Massenträgheit jedesmal zu einer Einwirkung auf das äußere Kolbenteil 12 führt, die dieses nach oben relativ zum inneren Kolbenteil 14 zu drücken versucht, wobei gegebenenfalls die Kammer 30 ausgedehnt und die Kammer 32 zusammengezogen wird. Infolge des sich ergebenden Öldruckanstieges in der Kammer 32 bewegt sich die Ventilplatte 128 in die in Fig.2 dargestellte Lage, so daß der Ölfluß aus der Kammer 32 nur durch die Drooselbohrung 136 möglich ist. Dieser gesteuerte Auslaß über die Drosselbohrung 136 urd damit durch den zusätzlichen Auslaß 140 ermöglicht infolgedessen ein allmähliches zyklisches Abnehmen des Volumens der Kammer 32 und einen entsprechenden Anstieg des Volumens der Kammer 30, d. h., eine Relativverschiebung zwischen dem äußeren Kolbenteil 12 und dem inneren Kolberiteil 14. Wenn die obere Kammer 30 ihr Volumen vergrößert, fließt Öl über das Rückschlagventil 58 nach und hält die Kammer 30 im gefüllten Zustand. Der gesteuerte Abfluß des Öls aus der unteren Kammer 32 durch die Drosselbohrung 136 und von dort durch den zusätzlichen Auslaß 140 führt demnach dazu, daß bei jedem Takt der Maschine sich der äußere Kolberleil 12 mit einem sehr geringen Betrag relativ zum inneren Kolbenteil 14 nach oben bewegt, solange ein vorbestimmter Brennkammerdruck nicht überschritten wird. Während des Kompression*·

Iiiibes lind des ilxpansionshubes wirkt dei erhebliche Gasdruck der Massenträgheit des äußeren Kolbentcils 12 entgegen, so daß während dieser Hube eine geringe oder gar keine Relalivverschiebiing zwischen dem inneren und äußeren Kolbenteil stattfindet. Das Rückschlagventil 58 schließt das Öl in der oberen Kammer 30 ein, solange der Druck in der Kammer 30 geringer als der Ansprechdruck des Druckbegrenzungsvcntils 62 ist. Auf diese Weise kann eine Aufwärtsbewegung des äußeren Kolbcnteils 12 relativ zum inneren Kolbcntcil 14 für mehrere Takte in Oschcinung treten, wobei das Kompressionsverhältnis der Maschine angehoben wird. Das wird fortgesetzt, bis der Vcrbrcnniingskammcrdruck den vorbestimmten normalen Maximalwert erreicht, wonach öl aus der Kammer 30 in der nachfolgend beschriebenen Weise abfließt.

Wenn der Verbrennungskanimerdruck über einen

r-IW.

Übersetzung) im Kanal 60 und der Kammer 110 aus, das Ventilglied 106 wird geöffnet und Öl fließt durch den Verbindungskanal 64 und das Rückschlagventil 66 in die untere Kammer 32. Solange sich die Kammer 32 ausdehnt fließt Öl nach. Da sich das Volumen der Kammer 30 rascher und entgegengesetzt zum Volumen der Kammer 32 ändert, ist mehr Öl da als die Kammer 32 aufnehmen kann. Der Rest fließt über den Auslaß 140 ab. Während des normalen Betriebs der Maschine herrscht ein Zustand relativen Ausgleichs, d. h.. das äußere Kolbcnteil 12 bewegt sich ganz wenig nach oben und unten relativ zum inneren Kolbcnteil 14 und die hauptsächliche Lage entspricht der zur Erzeugung des maximalen Vcrbrennungskammerdrucks. wie er durch die Einstellung des Druckbegrenzungsvcntils 62 vorbestimmt ist. Bei einem solchen normalen Betrieb kommt nur geringe Ölpumptäligkcit vor.

Wenn der Brennkammerdruck plötzlich durch Öffnen der Drossel oder durch Erhöhung der Last an der Maschine steigt, dann wird das äußere Kolbenteil 12 rasch nach unten in bezug auf das innere Kolbcnteil 14 bewegt, wobei das Brennkammervolumen ansteigt und der Brennkammerdruck auf den gewünschten Maximalwert absinkt. Hierbei strömt Öl über den zusätzlichen Auslaß 140 ab. d. h.. es braucht nicht alles Öl von der unteren Kammer 32 aufgenommen werden, deren Volumenzunahmc hierzu nicht ausreichen würde.

to F i g. 4 und 5 zeigen eine Variante des Rückschlagventils 66 und des Auslasses 140. Bei dieser Konstruktion ist ein hohler Schieberkolben 200 vorgesehen, der in einer Kammer 202 bewegbar ist. die am Eingang der unteren Kammer 32 liegt. Ein Ring 204 begrenzt die

!"> Abwärtsbewegung des Schicbcrkolbcns 200. Die l.ängsbohrunpen 206 bzw. 208 des Schiebcrkolbens und des Ringes stehen immer in Verbindung. Der .Schieberkolben 200 weist eine obere Verlängerung 210 auf, die ..j.»;..» Ai.cun 2!2 beherrsch!. Eine D ross (.'!höh run« 2!4 verbindet die Kammer 202 mit dem Ktirbclgchäuscinneren und wird, wie I'ig. 5 zeigt, geöffnet, wenn der Schicbcrkolbcn 200 in seine obere Stellung bewegt wird. In der unleren Stellung (I ig. 4) wird die Drosselbohrung 214 geschlossen und die Verbindung zwischen dem

2ί Auslaß 212 und dem Verbindungskanal 64 ist geöffnet.

Wenn die Kammer 32 sich ausdehnt und Öl ansaugt, nimmt der Schieberkolben 200 die in F-" i g. 4 dargestellte Stcllunr ein. Wenn die Kammer 32 sich zusammenzieht, wird der Schicbcrkolben 200 in die in Cig. 5 gezeigte

JO Stellung bewegt, und zwar wegen der Ausbildung als Differentialkolbcnventil. In diener Stellung ist der Auslaß 212 geschlossen und di.: Drosselbohrung 214 geöffnet, um den notwendigen gesteuerten Abfluß aus der Kammer 32 zu ermöglichen. Die weit geöffnete Verbindung zum Kanal 64 bleibt unschädlich, da dieser keinen Auslaß mehr aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Regeleinrichtung im Arbeitskolben einer Brennkraftmaschine zur Veränderung der Kompression,

mit folgenden Merkmalen:

a) ein äußeres Kolbenteil (12) und ein darin eingefügtes inneres Kolbenteil (14) sind zueinander versehieblich ausgebildet und umschließen eine in der Nähe des Kolbenbodens (16) angeordnete erste Kammer (30) sowie eine pleuelseitige zweite Kammer (32);

b) bei einer Verschiebung der Kolbenteile (12, 14) ändert sich das Volumen der ersten Kammer (30) rascher als das der zweiten Kammer (32) und entgegengesetzt zu dieser;

c) in dem Kolben ist ein mit einem Rückschlagventil (58) bestückter Kanal (51,54) zur Zufuhr von Druckmittel in die erste Kammer (30), ein Druckbegrenzungsventil (62) zur Ableitung von DrucfeBiitte! aus der ersten Kammer (30) und ein stromab an das Druckbegrenzungsventil angeschlossener Verbindungskanal (64) zur Leitung von Druckmittel in die zweite Kammer (32) vorgesehen, die einen Drosselauslaß (136, 214) aufweist;

d) der Verbindungskanal (64j weist einen zusätzlichen Auslaß (140, 212) auf, der bei Überschreiten einer bestimmten Druckzunahme in der ersten Kammer (30) und der damit in Verbindung stehenden Ableitung einer vergrößerten Druckmittclmenge wirksam wird und wenigstens einen Teil ciieser Druckmittelmenge vor Erreichen der zweiten Kammer(32) abzweigt;

e) in dem Verbindungskanal (64) ist vor der zweiten Kammer (32) ein Rückschlagventil (66, 200) vorgesehen, welches bei Volumenzunahme der zweiten Kammer (32) öffnet und bei Druckzunahme in der zweiten Kammer (32) schließt.

nach Patent 17 51703.2, gekennzeichnet durch :

f) das bewegliche Glied (128,200) des Rückschlagventils weist zusätzlich den Drosselauslaß (136 bzw. 214) auf bzw. beherrscht diesen.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das vor der zweiten Kammer (32) angeordnete Rückschlagventil (66) aus einer in einem Vcntilraum angeordneten Platte (128) mit Drosselbohrung (136) und einem in den Ventilraum hineinragenden Vorsprung (124) mit seitlichen Durchlaßöffnungen (126) besteht.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das vor der zweiten Kammer (32) angeordnete Rückschlagventil aus einem Schieberkolben (200) mit Längsbohrung (206) in Verbindung mit dem zusätzlichen Auslaß (212) und dem Drossclauslaß (214) besteht, die relativ zu dem Schieberkolben (200) so angeordnet sind, daß in der Lage des Ventils bei Volumenzunahme der zweiten Kammer (32) der zusätzliche Auslaß (212) abgesperrt und der Drosselauslaß (214) geöffnet ist.