DE19757871A1 - Hubkolbenmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine - Google Patents
Hubkolbenmaschine, insbesondere BrennkraftmaschineInfo
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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- F02B75/04—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine die Merkmale des Oberbegriffs des
Patentanspruches 1 umfassende Hubkolbenmaschine, insbesondere
aber auf eine Brennkraftmaschine.
Die Erfindung betrifft einen Zylinderblock und einen Kurbeltrieb einer
Hubkolbenmaschine. Der Kurbeltrieb ist dabei mit einer Verstellvor
richtung zur Veränderung der Kolbenhubfunktion ausgestattet.
Aus der DE-A1 41 34 630 ist eine derartige, gattungsgemäße Hubkol
benmaschine bekannt. Zur Verstellung der Kolbenhubfunktion befindet
sich auf dem Hubzapfen der Kurbelwelle eine drehbare Exzenter
scheibe. Eine zentral in der Kurbelwelle liegende Verstellspindel
steuert über ein Getriebe die Drehwinkellage der Exzenterscheibe.
Nachteilig wirkt sich die zentrale Anordnung der Verstellspindel in der
Kurbelwelle dadurch aus, daß bei üblichen Hubzapfenexzentrizitäten
der Hubzapfendurchmesser wesentlich größer als sonst erforderlich
ausgeführt werden muß, um den Bauraum für die Verstellspindel frei
zuhalten. Durch den vergrößerten Hubzapfendurchmesser entsteht
wesentlich mehr Reibung und bewegte Masse im Kurbeltrieb.
Aus der DE-A1 43 16 719 ist eine Hubkolbenmaschine bekannt, bei
der ebenfalls auf dem Hubzapfen der Kurbelwelle eine Exzenterschei
be gelagert ist. Die Drehbewegung der Exzenterscheibe wird durch
hydraulisch betätigte, in den Wangen der Kurbelwelle geführte Kolben
gesteuert. Die hydraulische Ansteuerung durch die Kurbelwelle ist
sehr aufwendig, reagiert träge und in Abhängigkeit von der Ölviskosi
tät unterschiedlich und die Stellkräfte sind wegen des geringen Öl
druckes des Schmierkreislaufes nur niedrig. Auch ist nicht kontrollier
bar, ob die Verstellung tatsächlich stattgefunden hat. Entsprechend
des Verdichtungsverhältnisses werden durch das Steuergerät einer
Brennkraftmaschine unterschiedliche Parameter vorgegeben, so daß
zB. mehr Kraftstoff eingespritzt wird. Hat jedoch die Verstellung auf
niedrige Verdichtung nicht stattgefunden, so kann bei Ottomotoren
leicht die Klopfgrenze überschritten werden, wodurch schwere Motor
schäden verursacht werden.
Bei den genannten Systemen wird das Zylinderhubvolumen und da
durch auch das Verdichtungsverhältnis verändert. Bei geringer Ver
dichtung ist durch diesen Zusammenhang das genutzte Hubvolumen
reduziert, wodurch bei Brennkraftmaschinen in diesem Fall das maxi
male Drehmoment niedriger als bei konstantem Hubvolumen ausfällt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, eine Hubkolbenmaschine anzugeben, die schnell,
zuverlässig und mit geringem Bauaufwand die Verstellung des Ver
dichtungsverhältnisses ermöglicht bzw. den Zustand der Verstellung
erfaßt.
Diese Aufgabe wird nach den kennzeichnenden Merkmalen des
Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, daß am Zylinderblock in der
Umgebung des Kolbens bzw. des Pleuels eine vom Kurbeltrieb nicht
bewegte elektrische Spule angebracht ist und zumindest zyklisch
entsprechend der Bewegung des Kurbeltriebs eine Kraftwirkung
zwischen der Spule und zumindest einem mit dem Kurbeltrieb beweg
ten oszillierendem Bauteil herstellbar ist. Die Kraftwirkung kann hier
bei entweder unmittelbar über ein elektromagnetisches Feld erfolgen
oder mittelbar durch mechanischen Kontakt, wobei durch die Kraft
wirkung der Spule ein Kraftübertragungsglied in das Innere oder im
Inneren des Zylinderrohres bzw. dessen zur Kurbelwelle hin gedachter
Verlängerung so verlagert wird, daß es mit dem durch den Kurbeltrieb
bewegten Bauteil zyklisch in Kontakt kommt.
Durch die unmittelbare Kraftwirkung durch ein magnetisches Feld kann
die Spule elektrische Impulse beim Vorbeieilen magnetischer bzw.
ferromagnetischer Bauteile, zB. der Kolbenringe erzeugen. Eine geeig
nete Auswerteelektronik kann durch den Vergleich dieser Signale mit
Drehwinkelsignalen der Kurbelwelle den Verstellzustand der zur Ver
änderung der Kolbenhubfunktion dienenden Vorrichtung feststellen.
Sowohl durch die unmittelbare wie durch die mittelbare Kraftwirkung
kann ein durch den Kurbeltrieb bewegtes oszillierendes Steuerelement
der zur Veränderung der Kolbenhubfunktion dienenden Vorrichtung
beeinflußt werden. So kann im Schaft des Kolbens ein längsverschieb
lich gelagerter Stößel senkrecht zur Bewegungsrichtung des Kolbens
bewegt werden, so daß er in den Bewegungsbereich eines am Pleuel
schaft gelagerten Hebels gelangt. Angetrieben durch die Pleuelbewe
gung kann mittels dieses Hebels aus einer Rastbohrung ein Arretier
bolzen gezogen werden, der eine zwischen kleinem Pleuelauge und
Kolbenbolzen befindliche Exzenterscheibe gegen Verdrehen sichert.
Durch die Massenkräfte im Kurbeltrieb nimmt die Exzenterscheibe nun
eine andere Lage ein, wodurch das Verdichtungsverhältnis verändert
wird.
Die mittelbare Kraftwirkung kann vorteilhafterweise durch die Ver
wendung der Spule als Bestandteil eines elektrischen Zugmagneten
erfolgen. Der Anker des Zugmagneten trägt eine Kulisse, die bei Be
stromung der Spule in den Bewegungsbereich des Stößels bewegt
wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind den in den An
sprüchen ferner aufgeführten Merkmalen sowie den nachstehenden
Ausführungsbeispielen zu entnehmen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dar
gestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ausschnittweise einen Querschnitt durch den Zylinderblock
einer Brennkraftmaschine in einem ersten Ausführungs
beispiel
Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Zylinderblock in der Ebene
des Stößels
Fig. 3 einen Längsschnitt durch den bestückten Kolben
Fig. 4 einen Horizontalschnitt durch den bestückten Kolben
Fig. 5-10 Seitenansichten des bestückten oberen Pleuelendes
Fig. 11 eine Seitenansicht des bestückten oberen Pleuelendes
Fig. 12 eine Seitenansicht der Exzenterscheibe in der Richtung
der Nockenprojektion
Fig. 13 einen ausschnittweisen Querschnitt durch einen Zylinder
block in einem zweiten Ausführungsbeispiel
Von einer Brennkraftmaschine ist in Fig. 1 ein Zylinderblock 1 aus
schnittweise dargestellt. Der durch ein Pleuel 40 bewegte Kolben 21
trägt in einem seitlich eingezogenen Bereich 22 seines Schaftes einen
Stößel 25. In der Zylinderwand befestigt befindet sich ein elektrischer
Zugmagnet, unter anderem bestehend aus der Spule 3, dem Anker 4
und der daran befestigten Kulisse 5. In der gezeigten Stellung ist der
Zugmagnet bestromt und hat aus seiner Ruhestellung die Kulisse 5 in
die Bewegungsbahn des Stößels 25 geführt.
Fig. 2 zeigt die gleiche Situation in einem Längsschnitt durch den
Zylinderblock 1 in der Ebene des Stößels 25. Bewegt sich der Kolben
21 weiter nach unten, wird der Stößel 25 entsprechend der Form der
Kulisse 5 in Richtung zum Kolbeninneren geschoben und gelangt dort
in den Bereich der Kontaktfläche 53 des Hebels 52.
Die Vorrichtung zur Veränderung der Kolbenhubfunktion ist in den
Fig. 3 und 4 dargestellt. Zwiechen dem kleinen Pleuelauge und
dem Kolbenbolzen 20 ist drehbar eine Exzenterscheibe 30 gelagert.
Sie besitzt an ihrem Umfang zwei Aussparungen 33 und 34 zwecks
Massereduzierung und Schmierölzufuhr zum Kolbenbolzen. An einem
Teil des Umfanges ist ferner eine Nut 32 angeordnet. Sie dient zusam
men mit der im kleinen Pleuelauge radial eingepressten Hülse 51 als
Endanschlag in den beiden Extremstellungen der Exzenterscheibe 30
und zu deren axialer Sicherung. Die Hülse 51 führt im Inneren den
Bolzen 50. Er rastet abwechselnd in eine der zwei Rastbohrungen 31
und arretiert so die Exzenterscheibe 30. Der Hebel 52 ist über einen
Lagerbolzen 54 schwenkbar an dem Pleuel 40 befestigt. Er ist mittels
der durch den Stift 55 geführten Feder 56 gegen den Anschlag 41 am
kleinen Pleuelauge gespannt. Die Scheibe 57 dient dabei als Feder
teller. Durch den in den Bereich der Kontaktfläche 53 bewegbaren
Stößel 25 kann der Hebel 52 den Bolzen 50 aus der Rastbohrung 31
ziehen bzw. einrasten lassen.
Die Fig. 5 bis 10 zeigen den Bewegungsablauf der zur Verände
rung des Verdichtungsverhältnisses dienenden Bauteile, gesehen aus
der Sicht eines mit dem Kolben bewegten Beobachters. Ausgehend
von der Stellung der Exzenterscheibe 30 für niedriges Verdichtungs
verhältnis wird in der Nähe des unteren Totpunktes des Kolbens der
Stößel 25 in den Bewegungsbereich der Kontaktfläche 53 geschoben,
siehe Fig. 5. Bei rechtsdrehender, nicht gezeigter Kurbelwelle
schwenkt das Pleuel 40 wie in Fig. 6 gezeigt zunächst nach links.
Während dieser Schwenkbewegung kommt der Stößel 25 mit der
Kontaktfläche 53 des Hebels 52 in Berührung. Noch bevor das Pleuel
40 den maximalen Schwenkwinkel erreicht, zieht der Hebel 52 den
Bolzen 50 aus der Rastbohrung 31 vollständig heraus. Dabei bleibt die
Exzenterscheibe 30 wegen dem Endanschlag unbewegt. Bei maxi
malem Schwenkwinkel des Pleuels 40 erfolgt eine Umkehr der
Massenkräfte am Kolben 21. Dadurch wird die aufgrund ihrer Dimen
sionierung nicht selbstgehemmte Exzenterscheibe 30 bis zu dem ent
gegenliegenden Endanschlag gedreht. Bis zu der Kolbenstellung im
oberen Totpunkt, siehe Fig. 7, ist die zum Pleuel 40 relative Drehung
der Exzenterscheibe 30 abgeschlossen. Während der Drehung eilte
der auf einer Stirnseite der Exzenterscheibe 30 befindliche Nocken 35
am Stößel 25 vorbei und schob ihn zurück in seine Ausgangsstellung.
Zur Verstellung auf niedriges Verdichtungsverhältnis wird wiederum in
der Nähe des unteren Totpunktes des Kolbens 21 der Stößel 25 in den
Bereich der Kontaktfläche 53 geschoben. Durch die im Vergleich mit
Fig. 6 unterschiedliche Winkellage der Exzenterscheibe 30 bewirkt
das Schwenken des Pleuels 40 nach links keine Bewegung des Hebels
52, siehe Fig. 8. Erst das in Fig. 9 gezeigte Schwenken des Pleuels
40 nach rechts bewirkt ein Lösen der Exzenterscheibe 30. Deren
Drehung beginnt dann im Umkehrpunkt der Massenkräfte des Kolbens
21. Bis zum unteren Totpunkt des Kolbens 21 ist der Stößel 25 in
seine Ausgangsstellung zurückgeschoben und die Exzenterscheibe 30
durch den Bolzen 50 in ihrer Stellung für niedriges Verdichtungs
verhältnis arretiert, siehe Fig. 10.
Fig. 11 zeigt zur Veranschaulichung das bestückte obere Pleuelende
aus einer anderen Perspektive. Die Exzenterscheibe 30 allein ist in
Fig. 12 aus der Richtung der Projektion des Nockens 35 dargestellt.
Fig. 13 zeigt einen ausschnittweise Querschnitt durch einen Zylinder
block 1.2 in einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Spule 3.2 ist hier
radial zur Zylinderlaufbahn 2.2 angeordnet und erzeugt elektrische
Signale aufgrund der Bewegung der aus ferromagnetischem Material
bestehenden Kolbenringe 24.2. Zylinderwand und Kolben 21.2 dürfen
hierzu nicht aus ferromagnetischem Material bestehen. Entsprechend
der Kolbenhubfunktion - hier ist eine Stellung für niedriges Verdich
tungsverhältnis dargestellt - erfolgen die Signale zeitlich versetzt zu
Drehwinkelsignalen der Kurbelwelle.
Claims (9)
1. Hubkolbenmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine, bei der
eine Vorrichtung zur Veränderung der Kolbenhubfunktion vorhan
den ist, dadurch gekennzeichnet, daß
- - am Zylinderblock (1) in der Umgebung des Kolbens (21) bzw. Pleuels (40) eine vom Kurbeltrieb nicht bewegte elektrische Spule (3) angebracht ist,
- - zumindest zyklisch entsprechend der Bewegung des Kurbeltriebs eine Kraftwirkung zwischen der Spule (3) und zumindest einem durch den Kurbeltrieb bewegten oszillierenden Bauteil (24, 25) herstellbar ist.
2. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - die Spule (3) mit ihrer Längsachse etwa radial zur Zylinderachse ausgerichtet ist,
- - das bewegte, in Kraftwirkung mit der Spule (3) stehende Bauteil (24, 25) aus einem magnetischen bzw. ferromagnetischen Material besteht, wobei die Kraftwirkung unmittelbar durch ein magnetisch es Feld zwischen der Spule (3) und dem bewegten Bauteil (24, 25) besteht.
3. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - das bewegte, in Kraftwirkung mit der Spule (3) stehende Bauteil zumindest einer der Kolbenringe (24) ist,
- - eine Meßvorrichtung zur Erfassung des Drehwinkels der Kurbel welle vorhanden ist
- - eine Auswerteelektronik vorhanden ist, die durch den zeitlichen Vergleich der Signale der Spule (3) mit Drehwinkelsignalen der Kurbelwelle den Verstellzustand der zur Veränderung der Kolben hubfunktion dienenden Vorrichtung feststellen kann.
4. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - das bewegte und in Kraftwirkung mit der Spule (3) stehende Bauteil (25) ein Steuerelement der zur Veränderung der Kolben hubfunktion dienenden Vorrichtung ist.
5. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - die Kraftwirkung zwischen der Spule (3) und dem durch den
Kurbeltrieb bewegten oszillierenden Bauteil (25) mittelbar durch
mechanischen Kontakt erfolgt, wobei
- - durch die Kraftwirkung der Spule (3) ein Kraftübertragungsglied in das Innere oder im Inneren des Zylinderrohres (2) bzw. dessen zur Kurbelwelle hin gedachter Verlängerung so verlagert wird, daß es mit dem durch den Kurbeltrieb bewegten Bauteil (25) zyklisch in Kontakt kommt.
6. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - das durch die Kraftwirkung der Spule (3) bewegte Kraftüber tragungsglied eine Kulisse (5) besitzt,
- - das durch den Kurbeltrieb bewegte oszillierende Bauteil ein im Schaft (22) des Kolbens (21) längsverschieblich gelagerter und senkrecht zur Bewegungsrichtung des Kolbens (21) beweglicher Stößel (25) ist, dessen Bewegung durch den Kontakt mit der Kulisse (5) erzeugt wird.
7. Hubkolbenmaschine nach den Ansprüchen 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - die zur Veränderung der Kolbenhubfunktion dienende Vorrich
tung besteht aus
- - einer zwischen dem kleinen Pleuelauge und dem Kolbenbolzen (20) drehbar angeordneten Exzenterscheibe (30),
- - einem in zwei Stellungen der Exzenterscheibe (30) ein rastenden Bolzen (50),
- - einer den Bolzen (50) teilweise umgebenden am Pleuelauge angebrachten Hülse (51), die in eine an einem Teil des Umfanges der Exzenterscheibe (30) verlaufende Nut (32) eintaucht,
- - einem am Pleuelschaft gelagerten Hebel (52), der den Bolzen (50) aus den Rastbohrungen der Exzenterscheibe (30) heraus ziehen bzw. federbelastet einrasten läßt und eine Kontaktfläche (53) aufweist.
8. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - der Stößel (25) durch den Kontakt mit der Kulisse (5) in den Bewegungsbereich der Kontaktfläche (53) des Hebels (52) gelangt,
- - die Exzenterscheibe (30) auf ihrer einen Stirnseite mit einem zum Stößel (25) weisenden Nocken (35) versehen ist.
9. Hubkolbenmaschine nach den Ansprüchen 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - die Exzenterscheibe (30) aus einem keramischen Werkstoff besteht.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1997157871 DE19757871A1 (de) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | Hubkolbenmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine |
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DE1997157871 DE19757871A1 (de) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | Hubkolbenmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine |
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DE19757871A1 true DE19757871A1 (de) | 1999-07-01 |
Family
ID=7853385
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE1997157871 Withdrawn DE19757871A1 (de) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | Hubkolbenmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine |
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