DE1809160C3 - Ventilanordnung in einem Arbeitskolben einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit selbsttätig veränderbarem Kompressionsverhältnis - Google Patents
Ventilanordnung in einem Arbeitskolben einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit selbsttätig veränderbarem KompressionsverhältnisInfo
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Description
60
Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Eine derartige bekannte Anordnung (US-PS (15
03 83!) besteht aus zwei Ventilen, die im Kolben in der Nähe ihrer zugeordneten Druckmittelkammern
angeordnet sind und jeweils eine Ventilfeder aufweisen, die das zugeordnete Ventilglied auf den Ventilsitz preßt.
Zwischen beiden Ventilen erstreckt sich ein etwa in Bewegungsrichtung des Kolbens verlaufender Kanal,
der mit Öl gefüllt ist, und die Trägheitskraft dieses Öls wirkt jeweils auf das eine Ventilglied im Öffnungssinne,
welches in gleicher Richtung durch die eigene Trägheitskraft beaufschlagt ist. Jedoch stehen die
Ventilglieder noch unter der Vorspannkraft ihrer Federn und reagieren somit ein wenig verzögert.
Ventile ohne Ventilfeder in einem Arbeitskolben einer Hubkolbenbrennkraftmaschine sind an sich
bekannt (US-PS 32 00 798), jedoch in Verbindung mit einer in dem Arbeitskolben vorgesehenen Pumpe, deren
Saug- und Druckhub von dem federlosen Ventil gesteuert wird.
Der Erfndung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilanordnung der oberbegrifflichen Art als zusammengesetztes
Ventil auszugestalten, welches beide Ventilglieder enthält und welches eine einfachere
Anordnung als bisher bekannt darstellt.
Die Lösung der gestellten Aufgabe mit Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergib! sich aus den Ansprüchen.
Die neue Ventilanordnung hat dc:i besonderen
Vorzug, daß 'ie weniger kompliziert ist als bekannte
Anordnungen, geringere Kosten verursacht, weniger zu Betriebsstörungen neigt und leichter ein- und ausgebaut
werden kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Längsquerschnitt durch einen Kolben mit der erfindungsgemäßen Ventilanordnung.
Fig. 2 einen vergrößerten Teilschritt durch die Ventilanordnung nach Fi g. 1,
Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie 3-3 nach F i g. 1 in etwas vergrößerter Darstellung,
Fig. 4 eine Ansicht, ähnlich der nach F i g. 2, einer anderen Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 5 eine Schnittansicht längs der Linie 5-5 in F i g. 4,
Fig. 6 eine Ansicht, ähnlich der nach F i g. 2, einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 7 eine Draufsicht auf die in F i g. 6 gezeigte Konstruktion.
Die erfindungsgemäße Ventilanordnung kann zusammenfassend wie folgt beschrieben werden: Ein zweiteiliger
Kolben 10 für ein veränderbares Kompressionsverhältnis besitzt ein äußeres Teil 14, das relativ zu einem
inneren Teil 12 bewegbar ist, und ein hydraulisches System zum automatischen Steuern der Relativbewegung
dieser Teile, um einen vorbestimmten maximalen Brennkammerdruck aufrechtzuerhalten. Das hydraulische
System umfaßt eine obere und eine untere Druckmittelkammer 30 bzw. 32, die sich bei einer
relativen Bewegung der Kolbenteile gegensinnig ausdehnen und zusammenziehen, sowie eine Vorrichtung
zum Zuführen und Ablassen eines inkompressible!! Druckmittels zu und von diesen Kammern 30 bzw. 32 in
einer Weise, daß allmählich das Kompressionsverhältnis der Maschine steigt, bis ein vorbestimmter maximaler
Brennkammerdruck erreicht ist, und daß danach tendenziell der maximale Brennkamnierdruck aufrechterhalten
wird. Das Druckmittel besteht vorzugsweise aus dem öl des Schmiersystems der Maschine und
wird dem Kolben 10 durch die Pleuelstange; 26 zugeführt. Das hydraulische System besitzt eine
neuartige Ventilanordnung, die das Öl den beiden Kammern 30 b/w. 32 zuführt.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist das innere Teil 12 des
Kolbens 10 über einen Bolzen 28 mit der Pleuelstange 26 verbunden und trägt an seinen Außenflächen das
Süßere Teil 14 gleich einem Mantel. Das äußere Teil 14
besitzt einen Kopf 16, der als Kolbenboden dient und die bewegbare Wand der Brennkammer des Motors bildet.
Das innere Teil 12 ist relativ zu dem äußeren Teil 14 axial verschiebbar und ist mit Ringen 18, 20 und 22
versehen, die an der Innenfläche des äußeren Teils 14 anliegen und das Druckmitte! zwischen beiden Kammern
30,32 abdich ten.
Das innere Teil 12 wird axial zwischen festgelegten oberen und unteren Stellungen mittels der Pleuelstange
26 bewegt, während sich das äußere Teil 14 axial nach oben und unten relativ zum Innenteil 12 innerhalb von
Grenzen, die noch beschrieben werden sollen, bewegen kann. Dabei verändert sich das Volumen der beiden
Druckmittelkammern 30 bzw. 32, die sich im Bereich des Kolbenbodens 16 bzw. am pleueiseitigen Kolbenrand
befinden. Die untere Druekmittelkammer 32 befindet sich in einer ringförmigen Ausnehmung am unteren
Ende des Teils 12 und wird von einem Ring 34 mit
Dichtring 36 begrenzt, die an dem Teil 14 befestigt sind. Eine Drosselbohrung 37 läuft durch den Ring 34 und
stellt eine Verbindung zwischen der Kammer 32 und dem Kurbelgehäuse der Maschine her.
Der Ring 34 und die niere !"lache des Kolbenbodens
16 bilden Anschläge für die axiale Bewegung des Teils 14 relativ zum Teil 12 und bestimmen somit die Gn. /en
der variablen Höhe des Kolbens 10, gemessen von der Mitte des Kolbenbolzens 28 zu der Oberseite des
Kolbenbodens 16. Diese Bewegung des Teils 14 relativ zum Teil 12 wird durch das zugeführte inkompressible
Druckmittel in und aus den Kammern 30 und 32 automatisch gesteuert. Das Druckmittel — vor/ugsweise
Öl — wird über einen Kanal 38 in der Pleuelstange 26. eine ringförmige Nut 40 in dem Kolbenbolzen 28 und
einen Auslaß 42 einem ölsammler 46 zugeführt, der auf
der Pleuelstange 26 gleitet, in einer Aussparung 48 des Teiles 12 angeordnet ist und eine Kappe 49 sowie eine
Feder 50 aufweist. Die Kappe 49 ist mit einer axialen öffnung 51 versehen, durch die das öl in den Hohlraum
48 gelangt. Von dort gelangt das öl in einen Kanal 52.
der zu einer Ventilanordnung 54 führt. Ein im Teil 12 vorgesehener Kanal 56 verbindet das untere Ende der
Ventilanordnung 54 mit der unteren Kaminer 32, während deren oberes Einde unmittelbar mit der oberen
Kammer 30 verbunden ist.
öl wird von der oberen Kammer 30 in das dn:cklose
Kurbelgehäuse über ein Druckbegrenzungsventil 58 abgelassen. Dieses ist in einer Abflußbohrung 59
angeordnet und hebt von dem Sitz 60 ab. wenn der über Kanäle 61 dem Ventilkegel 62 zugeführte Öldruck in der
oberen Kammer 30 einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Die Ventilanordnung 54, wie am besten aus F i g. 2 /u ersehen ist, umfaßt ein Gehäuse 66, das in einer Bohrung
63 in Richtung der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens 10 angeordnet ist und Anschläge 68 an jedem
Ende aufweist. Die Lage in der Bohrung 63 wird durch eine Abstandshülse 72 und einen Haltering 74 gesichert.
Die Abstandshülse 72 liegt gegen eine Schulter am Ende
64 der Bohrung 63 an. Die Bohrung 63 steht am oberen Ende mit der oberen Kammer 30 und am unleren linde
64 mit dem Kanal 56 in Verbindung. Das Gehäuse 66 ist mit einer äußeren ringförmigen Nut 76 versehen, die nut
dem Kanal 52 fluchtet und mit einem Innenraum 78 über
eine Vielzahl von am Umfang verteilten öffnungen 80 in
Verbindung steht. An beiden Enden des Innenraumes 78
ist jeweils ein Ventilsitz 82 für jeweils eine Ventilplatte 84 vorgesehen. An den hülsenartigen Enden 86 des
Gehäuses 66 sitzen die Anschläge 68 und grenzen eine Kammer 88 an jedem Ende des Gehäuses 66 ab, in
denen die jeweilige Ventilplatte 84 beherbergt wird und sich frei zwischen eine; den Kanal 78 abschließenden
Stellung und einer Öffnungsstellung bewegen kann, in der die jeweilige Ventilplatte S4 mit dem zugehörigen
Anschlag 68 in Berührung steht.
Wie am besten Fig. 3 zeigt, haben die Ventilplatten
84 die Form von flachen runden Scheiben mit sehnenanig (89) entfernten Teilen, so daß sie eine etwa
dreieckige Gestalt in der Draufsicht haben. Diese Gestalt wird wegen der guten Zentrierung der Platten
und als Vorkehrung gegenüber Verklemmen der Ventilplatten 84 an den hülsenartigen Enden 86
bevorzugt. Die Anschläge 68 haben außerdem einen größeren Durchmesser als die Ventilplatten 84 und
weisen radial sich erstreckende Zungen 90 auf, so daß das Öl durch die Zwischenräume zwischen den Zungen
90 fließen kann, wenn sich die Ventilplatte 84 in der
Öffnungsstellung an dem Anschlag 68 befindet.
Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung
soll angenommen werden, daß der Brennkammerdruck unter dem vorbestimmten Maximalwert liegt, für den
der Kolben 10 mit veränderbarem Kompressionsverhältnis ausgelegt ist, und daß die obere und die untere
Kammer 30 bzw. 32 beide mit Öl gefüllt sind. Während des letzten Teils eines jeden Aufwärtshubs des Kolbens
IO am Er.de des Auspuffhubs und des ersten Teils eines jeden nach unten gerichteten Ansaughubs hat infolge
der Massenträgheit das äußere Teil 14 die Neigung, sich nach oben relativ zum inneren Teil 12 zu bewegen und
dabei die obere Kammer 30 zu vergrößern und die untere Kammer 32 zu verkleinern. Der sich ergebende
Anstieg des Öldrucks in der unteren Kammer 32 sowie die Massenträgheit der Ventilplatten 34 bewirken, daß
die untere Ventilplatte 84 sich nach oben gegen den unteren Ventilsitz 82 in die in F i g. 2 dargestellte
Schließstellung bewegt, d. h„ den Kanal 52 zur unteren Kammer 32 sperrt. Auf diese Weise werden die Teile 12
und 14 aufgrund des in der unteren Kammer 32 enthaltenen Öls hydraulisch verriegelt, so daß während
eines jeden Kolbenhubes höchstens eine relativ geringe Aufwärtsbewegung des äußerer: Teiles 14 in bezug auf
das innere Teil 12 stattfindet, wie sie durch den Austritt von öl aus der unteren Kammer 32 durch die
Drosselbohrung 37 erlaubt wird. Die Vergrößerungstendenz der oberen Kammer 30 und die Massenträgheit
der oberen Ventilplatte 84 bringt diese nach oben in die in F i g. 2 dargestellte Öffnungsstellung in Anlage an den
Anschlag 68, so daß öl zur oberen Kammer 30 strömt und diese mit Öl gefüllt hält.
Der von der unteren Kammer 32 durch die Drosselbohrung 37 gesteuerte Abfluß erlaubt so ein
allmähliches zyklisches Abnehmen des Volumens der unteren Kammer 32 und somit ein entsprechendes
Ansteigen des Volumens der oberen Kammer 30, um eine relative Aufwärtsbewegung zwischen dem äußeren
Teil !2 und dem inneren Teil 14 zu ermöglichen. Wie die obere Kammer 30 ihr Volumen vergrößert, wird öl von
dem Schmiersystem durch die Ventilanordnung 54 zu der oberen Kammer geleitet, um diese in gefülltem
Zustand /u halten.
Während des Verdichtungs- und Arbeitshubs wird der auf den Kolbenboden 16 wirkende Gasdruck auf das
Teil 12 über das öl in der oberen Kammer 10
übertragen, wobei ein hoher Öldruck in der Kammer 30
entsteht. Wenn dieser (und damit der Gasdruck) eine vorbestimmte obere Grenze überschreitet, öffnet das
Druckbegrenzungsventil 58 und läßt etwas Öl aus der Kammer 30 ab, so daß das Teil 14 sich relativ /um Teil
12 nach unten bewegen kann und somit das Kompressionsverhältnis des Motors verringert wird. Die nach
unten gerichtete relative Bewegung des Außenteils 12 vergrößert die Kammer 32 und die untere Vcntilplatte
84 der Ventilanordnung 54 wird in die in F i g. 1 dargestellte Öffnungsstellung gegen den unteren Anschlag
68 bewegt, um die untere Kammer 32 zum Kanal 52 zu öffnen, so daß Öl in die untere Kammer 32
einströmt. In dieser Situation bewirken der Druck in der Kammer 30 sowie die Massenträgheit der oberen
Ventilplatte 84, daß sich diese in die in I" i g. 1 gezeigte Stellung bewegt und den ölfluß von der Ventilanordnung
54 zur oberen Kammer 30 abschließt.
Der aus der oberen Kammer 30 während des Kompressionshubs abgelassene ölbetrag hängt von
dem Drucküberschuß und der Zeitspanne ab, während welcher der Zylindergasdruck den Ansprechdruck des
Druckbegrenzungsventils 62 überschreitet. Die Ventilfedereinstellung und die Dauer des Gasdrucküberschusses
bestimmen die Abwärtsbewegung des Teils 14 relativ zum Teil 12. Auf der anderen Seite ist die relative
Aufwärtsbewegung bei jedem Auspuff- und Ansaughub die gleiche und wird von der Größe der Drosselbohrung
37 bestimmt. Wenn die relative Aufwärts- und Abwärtsbewegung gleich ist, wie im !'all, wenn der
Motor unter einer konstanten Last läuft, bleibt das Kompressionsverhältnis unverändert. Wenn die Last
sich erhöht, überwiegen die Abwärtsbewegungen so lange, bis das Kompressionsverhältnis ausgeglichen ist.
Wenn umgekehrt die Last sich verringert, erfolgt eine Verschiebung der Teile, bis das Kompressionsverhältnis
zu einem neuen Gleichgewicht angestiegen ist.
Die Vorteile der Ventilanordnung 54 der vorliegenden Erfindung gegenüber bekannten Einlaßventilen
besteht in der einheitlichen Konstruktion, d. h.. zwei Einlaß-Rückschlagventile sind in einem einzigen Gehäuse
untergebracht. Bisher umfaßten die beiden Einlaßventile eine Anzahl von Teilen an unterschiedlichen
Stellen des Teiles 12. Die Ventile waren schwer einzustellen und /:u prüfen. Ie ein Einlaßventil mit
gesondertem Gehäuse — die letzte Entwicklung auf diesem Gebiet — war für jede Kammer erforderlich.
Die vorliegende Vsntilanordnung besteht aus verhältnismäßig wenig Teilen, die unter der Einwirkung der
Trägheitskräfte sowie der Drucke arbeiten, die während des Betriebs des Motors erzeugt werden, ohne daß
Federn erforderlich sind. Es treten weniger Fehlfunktionen als bei bisher bekannten Ventilen auf.
Die F i g. 4 und 5 zeigen eine weitere Ausführungs form 154 der erfindungsgemäßen Ventilanordnung. Die
Ventilanordnung 154 (F ig. 4) ist in einer Bohrung 16 ■<
des Teils 12 untergebracht, umfaßt ein Gehäuse 166 Abstandshülsen 172 und Anschläge 168 an jedem Fndc
und wird in der Bohrung 163 durch Haheringc 174 gehalten. Das Gehäuse 166 ist mit einer ringförmigen
Nut 176 versehen, die zu dem Kanal 52 fluchtet und mi
ίο dem Gchäuscinncrcn 178 über eine Reihe von an
Umfang verteilten Bohrungen 180 in Verbindung steht Ventilsitze 182 sind an jedem Fndc des Gehäuseinnerer
178 ausgebildet und dazu bestimmt, mit Ventilplattcn 184 zusammenzuarbeiten, die gleichartig zu der
Vcnlilplatten 84 der ersten Ausführungsform sind.
Die Abslandshülsen 172 sind zylindrisch und sitzen it ringförmigen Ausnehmungen 186 des Gehäuses 166, se
daß jeweils eine Kammer 188 zu den Anschlägen 161 gebildet wird.
Wie am besten F i g. 4 zeigt, weisen die Anschläge I6i
nach oben bzw. unten reichende Lappen Ι68Λ bzw 168ßauf, die durch radiale Schnitte in einem runden Tei
und Umbiegen hergestellt werden und den Durchflut von öl auch dann ermöglichen, wenn die zugehörige
Ventilplatte 184 aufliegt.
In den F i g. 6 und 7 ist eine weitere Vcntilanordnunj
254 dargestellt, die ein Gehäuse 256 aufweist, das ir
einer Be)hrung 262 untergebracht ist, deren oberer Abschnitt Gewinde 264 trägt. Das Gehäuse 256 weis
ein sich axial erstreckendes Inneres 266 mit kammerarti gen Erweiterungen 268 bzw. 270 an jedem Ende auf. Der
Kanal 52 mündet in eine Ringnut 272 zwischen Gehäuse und Wand der Bohrung 262 und wird durch O-Ringdich
tungen 274 abgedichtet. Die Ringnut 272 steht mit den
Gehäuscinneren 266 über Querbohrungen 276 ir Verbindung. An der Übergangsstelle zwischen der
Abschnitten 266 und 268 bzw. 270 des Gehäuseinncrer sind Ventilsitze 278 bzw. 280 für kugelförmige
Ventilglieder 282 vorgesehen. Quer sich erstreckende Stifte als Anschläge 284 begrenzen die Bewegung de
kugelförmigen Ventilglieder 282.
Die Ventilanordnung 254 arbeitet etwa wie die bereit beschriebenen Ausführungsformen. Die Kugeln 28:
bewegen sich unter dem Einfluß des Druckes in der Kammern 30 und 32 und der während des Betriebs de
Motors auftretenden Trägheitskräfte relativ zu derr Ventilsitz 278 bzw. 280 derart, daß der Zufluß von Öl zi
den Kammern 30 und 32 in einer Weise gesteuert wird daß diese Kammern mit öl gefüllt bleiben und öl vor
<o den Kammern nur über das Druckbegrenzungsventil 5f
und die Drosselbohrung 37 entweicht.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Ventilanordnung in einem Arbeitskolben einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit selbsttätig veränderbarem
Kompressionsverhältnis, wobei der Kolben zwei in Richtung seiner Hin- und Herbewegung
relativ zueinander bewegbare Teile aufweist. von welchen eines den Arbeitsraum der Maschine
begrenzt und das andere mit dem Pleuel verbunden ist, zwischen beiden zwei Druckmittelkammern
gebildet sind, deren Volumina gegensinnig in Abhängigkeit von den aus der Hin- und Herbewegung
des Kolbens resultierenden Massenkräften und vom Druck des hydraulischen Druckmittels veränderbar
sind, die Ventilanordnung zwei in Öffnungsund Schließrichtung den aus der Hin- und Herbewegung
des Arbeitskolbens resultierenden Massenkräften unterworfene bewegliche Ventilfeder aufweist,
von welchen je eines die Druckmittelzufuhr zu einer ;o
der beiden Kammern derart beherrscht, daß es im Schließsinn vom jeweils in der ihm zugeordneien
Kammer herrschenden Druckmitteldruck beaufschlagt ist, während im Öffnungssinn der Druck des
Druckmittels wirkt, das von einer Druckmiitelquelle her einem in einem der beiden Kolbenieile
gebildeten Raum zugeführt wird, an dessen sich gegenüberliegenden Enden der Ventilsitz für je
eines der Ventilglieder angeordnet ist, dadurch
gekennzeichne;, daß der Raum durch ein in dem einen Kolbenteil (12) befestigtes Gehäuse (66,
166, 256) gebildet ist, das in seinem radial und axial inneren Bereich die beiden Ventilsitze (82; 182; 278,
280) für die vorspannungslos beweglichen Ventilglieder (84,184,282) bildet und in seinem radial und axial
äußeren Bereich je einen Anschlag (68; 168; 284) zur Begrenzung der Ventilöffnungsbewegung aufnimmt
bzw. festlegt.
2. Ventilanordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (84,184) als eine
etwa runde Platte mit sehnenartig (89) entfernten Teilen ausgebildet ist.
3. Ventilanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (282) als Kugel
ausgebildet ist.
4. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge
(68) als runde Platten mit radialen Zungen (90) und sektorartigen Ausschnitten ausgebildet sind.
5. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge
(284) als Stifte ausgebildet sind, die sich quer zur örtlichen Fließrichtung erstrecken.
6. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge
(168) als runde Platte mit zentraler Aussparung und nach oben und unten umgebogene Lappen (168A
168ßjausgebildet sind.
Applications Claiming Priority (1)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |