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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hubkolbenmotor und ein Kraftfahrzeug mit diesem Hubkolbenmotor.
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Im Stand der Technik Stand der Technik sind zur Variation des Verdichtungsverhältnisses Lösungen bekannt.
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So zeigt die
EP 1309746 B1 eine Konstruktion zur variablen Verstellung der Pleuellänge sowie eine variable Verstellung des Kurbelwellenwangenhebels eines Hub-Kolben-Motors. Ein Exzenter mit Drehrichtung rechts, auf dem Kurbelwellenzapfen mit Kurbelwellendrehrichtung links, oder umgekehrt, ist mittels eines Gleitlagers gelagert und an diesem Exzenter ist beidseitig ein Zahnrad angebracht. Diese angebrachten Zahnräder laufen jeweils in einem innenverzahntem Hohlrad. Diese sind jeweils links und rechts seitlich der Pleuelstange am Exzenter angeordnet. Die Hohlräder, die mit einem dafür vorgesehenen Motorgehäuse durch Inbusschrauben fest verbunden sind, bilden einen festen Widerstand gegenüber den beiden Zahnrädern, welche an dem Exzenter angebracht sind. Durch die Langschlitze ist das Hohlrad mechanisch, hydraulisch oder elektromagnetisch verstellbar.
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Aus der
DE 19858245 A1 ist ein Kolben mit variabler Kompressionshöhe für eine Hubkolbenmaschine bekannt. Der Kolben umfasst einen mit einem Hubtriebwerk verbundenen Innenkolben und einen relativ zu diesem gesteuert verstellbaren, in einem Hubzylinder einen Arbeitsraum begrenzenden Außenkolben, dessen einer jeweiligen Kompressionshöhe entsprechender Abstand relativ zum Innenkolben mittels einer gesteuerten/geregelten Flüssigkeitsmenge in einer zwischen Innen- und Außen-Kolben angeordneten Steuerkammer einstellbar ist.
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Die bekannten Lösungen sind relativ aufwendig umzusetzen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hubkolbenmotor bereitzustellen, mit welchem ein Verdichtungsverhältnis und zusätzlich ein Einspritzverfahren auf einfache Weise variiert werden kann.
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Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Hubkolbenmotor nach Anspruch 1 sowie einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 8. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
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Der erfindungsgemäße Hubkolbenmotor mit zumindest einem Brennraum umfasst erfindungsgemäß ein an den Brennraum angrenzendes Stellelement, welches in seiner Ausrichtung und/oder Position zum Brennraum veränderbar ist. Insbesondere ist das Stellelement dazu entlang einer Stellachse verschiebbar und/oder auf der Stellachse drehbar.
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Mit der Verstellung des Stellelements kann vorteilhaft Einfluss auf den angrenzenden Brennraum und damit auf die Arbeitsweise des Hubkolbenmotors genommen werden. Das robuste Design garantiert eine hohe Verschleißfestigkeit und eine lange Lebensdauer.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hubkolbenmotors verläuft die Stellachse parallel zu einer Hubachse, entlang der ein Kolben des Hubkolbenmotors bewegbar ist.
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Damit kann eine Abdichtung des Stellelements leicht erfolgen. Zudem ist damit die Möglichkeit geschaffen Bauteile in das Stellelement auf einfache Weise integrieren zu können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hubkolbenmotors weist der Brennraum in einer ersten Position des Stellelements auf der Stellachse ein erstes Volumen und in einer zweiten Position des Stellelements auf der Stellachse ein zweites Volumen auf.
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Durch die Änderung der Position des Stellelements kann das Verdichtungsverhältnis variiert werden. So kann im Teillastbetrieb des Hubkolbenmotors ein höheres Verdichtungsverhältnis als bei höheren Lasten eingestellt werden. Das variable Verdichtungsverhältnis kann zudem für eine Optimierung des Verbrennungsprozesses genutzt werden. Dadurch kann ein sparsamerer und sauberer Betrieb erreicht werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hubkolbenmotors ist in dem Stellelement ein Injektor angeordnet.
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Damit kann die Ausrichtung und/oder Position des Injektors mit einem Verstellen des Stellelements variiert werden. Es kann somit Einfluss auf den Einspritzprozess genommen und dieser vorteilhaft verbessert werden. Auch hinsichtlich einer Abgasnachbehandlung sind mit dieser Ausgestaltung zusätzliche Einflussmöglichkeiten geschaffen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hubkolbenmotors ist in dem Stellelement eine Zündkerze angeordnet.
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Damit kann die Ausrichtung und/oder Position der Zündkerze mit einem Verstellen des Stellelements variiert werden. Es kann somit Einfluss auf den Verbrennungsprozess genommen und dieser vorteilhaft verbessert werden. Auch hinsichtlich einer Abgasnachbehandlung sind mit dieser Ausgestaltung zusätzliche Einflussmöglichkeiten geschaffen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hubkolbenmotors weist der Injektor und/oder die Zündkerze in einer ersten Ausrichtung des Stellelements um die Stellachse eine erste Lage und in einer zweiten Ausrichtung des Stellelements um die Stellachse eine zweite Lage auf.
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Durch die Änderung der Ausrichtung des Stellelements kann die Lage der im Stellelement angeordneten Bauteile variiert werden. Dies ermöglicht eine Einflussnahme auf den Verbrennungsprozess. Dieser kann mittels der vorgestellten Ausgestaltung hinsichtlich des Verbrauchs und der entstehenden Abgase optimiert werden. So kann insbesondere die Stellung des Injektors für verschiedene Betriebszustände angepasst werden.
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Der erfindungsgemäße Hubkolbenmotor ist bevorzugt in ein Kraftfahrzeug integriert. Der Hubkolbenmotor ist dabei zum Antrieb des Kraftfahrzeugs geeignet.
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Dem Kraftfahrzeug kommen damit die Vorteile des erfindungsgemäßen Hubkolbenmotors zugute.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug in einer beispielhaften Ausgestaltung;
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2 einen erfindungsgemäßen Hubkolbenmotor in einer beispielhaften Ausgestaltung in einer ersten Einstellung;
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3 den Hubkolbenmotor in einer zweiten Einstellung;
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4 den Hubkolbenmotor in einer dritten Einstellung; und
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5 den Hubkolbenmotor in einer vierten Einstellung.
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In der 1 ist das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug 10 in einer beispielhaften Ausgestaltung in einer Schnittdarstellung skizziert. Das Kraftfahrzeug 10 weist einen erfindungsgemäßen Hubkolbenmotor 11 zum Antreiben des Kraftfahrzeugs 10 auf.
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Der Hubkolbenmotor 11 ist in den 2 bis 5 in einer beispielhaften Ausgestaltung dargestellt. Der Hubkolbenmotor 11 weist, wie es üblich ist, wenigstens einen Zylinder 29 auf, der oben von einem Zylinderkopf 27 bedeckt ist. In dem Zylinder 29 ist ein Kolben 12 angeordnet, der entlang einer Hubachse 21 verschiebbar ist. Dazu ist der Kolben 12 in bekannter Manier durch einen Pleuel 15 mit einer Kurbelwelle 16 verbunden.
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In dem Zylinder 29 ist ein Brennraum 13 ausgebildet. Der Brennraum 13 ist durch eine Brennraumwand 26, eine Kolbenoberseite 24 des Kolbens 12 und durch eine Zylinderkopfinnenwand 30 definiert. Die Brennraumwand 26 die Kolbenoberseite 24 und die Zylinderkopfinnenwand 30 bilden damit zumindest einen Teil einer Begrenzung des Brennraums 13.
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Der Hubkolbenmotor 11 ist insbesondere ein Ottomotor und ist dazu mit einer in den Brennraum 13 ragenden Zündkerze 18 versehen. Ferner ist der Hubkolbenmotor 11 insbesondere ein Motor, der zu einer Direkteinspritzung ausgebildet ist. Dazu weist der Hubkolbenmotor 11 einen in den Brennraum 13 ragenden Injektor 17 auf. Die Zündkerze 18 und der Injektor 17 sind insbesondere im Zylinderkopf 27 angeordnet.
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Der erfindungsgemäße Hubkolbenmotor 11 umfasst zudem ein Stellelement 14. Das Stellelement 14 grenzt an den Brennraum 13 und bildet damit einen Teil der Begrenzung des Brennraums 13. Das Stellelement 14 ist in seiner Ausrichtung oder in seiner Position oder in seiner Ausrichtung und seiner Position zum Brennraum 13 veränderbar. Das Stellelement 14 ist insbesondere bezüglich einer Stellachse 20 in der Weise verstellbar, dass das Stellelement 14 parallel zur Stellachse 20 verschiebbar oder um die Stellachse 20 drehbar oder parallel zur Stellachse 20 verschiebbar und um die Stellachse 20 drehbar ist. Die Stellachse 20 kann identisch mit der Hubachse 21 sein. Wird das Stellelement 14 entlang der Stellachse 20 verschoben, verändert es im Sinne dieser Erfindung seine Position. Wird das Stellelement 14 um die Stellachse 20 verdreht verändert es im Sinne der Erfindung seine Ausrichtung. Damit ist mit der Anordnung des Stellelements 14 an einer bestimmten Stelle der Stellachse 20 ist die Position des Stellelements 14 definiert und mit einer Anordnung des Stellelements 14 in einem bestimmten Drehwinkel um die Stellachse 20 herum ist die Ausrichtung des Stellelements definiert.
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Das Stellelement 14 ist insbesondere in dem Zylinderkopf 27 angeordnet. In dem Stellelement 14 können Bauteile, insbesondere der Injektor 17 oder die Zündkerze 18 oder der Injektor 17 und die Zündkerze 18 positioniert sein. Dabei sind zumindest der Injektor und/oder die Zündkerze 18 insbesondere ortsfest mit dem Stellelement 14 verbunden, das heißt, der Injektor 17 und/oder die Zündkerze 18 ändern ihre Lage zum Stellelement 14 bei einem Verstellen des Stellelements 14 nicht. Zumindest der Injektor 17 und/oder die Zündkerze 18 sind mit dem Stellelement drehfest und/oder verschiebfest verbunden. Der Injektor 17 und/oder die Zündkerze 18 sind somit mit dem Stellelement 14 verstellbar.
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In der 2 ist der Hubkolbenmotor 11 mit dem Stellelement 14 in einer ersten Position P1 dargestellt. In der ersten Position P1 weist der Brennraum 13 ein erstes Volumen V1 auf. Dadurch ist eine erste maximale Verdichtung definiert, welche im oberen Totpunkt des Kolbens 12 erreicht wird. Der Hubkolbenmotor 11 weist somit ein erstes Verdichtungsverhältnis auf.
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Wird das Stellelement 14 aus der ersten Position P1 entlang der Stellachse 20 in Einschubrichtung 28 verschoben, erreicht das Stellelement 14 eine zweite Position P2. Die Einschubrichtung 28 zielt in den Brennraum 13.
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In der 3 ist der Hubkolbenmotor 11 mit dem Stellelement 14 in der zweiten Position P2 dargestellt. In der zweiten Position P2 weist der Brennraum 13 ein zweites Volumen V2 auf. Dadurch ist eine zweite maximale Verdichtung definiert, welche im oberen Totpunkt des Kolbens 12 erreicht wird. Der Hubkolbenmotor 11 weist somit ein zweites Verdichtungsverhältnis auf. Das zweite Volumen V2 ist kleiner als das erste Volumen V1, bei unveränderter Position des Kolbens 12. Die von dem Kolben 12 zu komprimierende Brennraumfüllung hat weniger Raum als bei ersten Volumen zur Verfügung. Die zweite maximale Verdichtung und auch das zweite Verdichtungsverhältnis sind größer als die erste maximale Verdichtung und das erste maximale Verdichtungsverhältnis.
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Wird das Stellelement 14 aus der zweiten Position P2 entlang der Stellachse 20 entgegen der Einschubrichtung 28 verschoben, erreicht das Stellelement 14 die erste Position P1.
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Ein Verschieben des Stellelements 14 in Einschubrichtung 28 führt zu einem Verkleinern des Brennraumvolumens und damit zu einer Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses und ein Verschieben des Stellelements 14 entgegen der Einschubrichtung 28 führt zu einem Vergrößern des Brennraumvolumens und damit zu einer Verkleinerung des Verdichtungsverhältnisses. Insbesondere kann das Verdichtungsverhältnis im Teillastbetrieb des Hubkolbenmotors 11 erhöht und bei höheren Lasten verringert werden.
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In der 4 ist der Hubkolbenmotor 11 mit dem Stellelement 14 in einer ersten Ausrichtung A1 dargestellt. In der ersten Ausrichtung A1 weisen die in dem Stellelement 14 angeordneten Bauteile eine erste Lage L1 auf.
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Wird das Stellelement 14 aus der ersten Ausrichtung A1 um die Stellachse 20 in Drehrichtung 19 gedreht, erreicht das Stellelement 14 eine zweite Ausrichtung A2.
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In der 5 ist der Hubkolbenmotor 11 mit dem Stellelement 14 in der zweiten Ausrichtung A2 dargestellt. In der zweiten Ausrichtung A2 weisen die in dem Stellelement 14 angeordneten Bauteile eine zweite Lage L2 auf.
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Wird das Stellelement 14 aus der zweiten Ausrichtung A2 um die Stellachse 20 entgegen der Drehrichtung 19 gedreht, erreicht das Stellelement 14 wieder die erste Ausrichtung A1.
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Ein Verdrehen des Stellelements 14 um die Stellachse 20 führt zu einer Veränderung der Lage der in dem Stellelement 14 angeordneten Bauteile. In den in den 4 und 5 dargestellten Beispielen weisen die Zündkerze 18 und der Injektor 17 in der ersten Lage L1 und zweiten Lage L2 unterschiedliche Abstände und Ausrichtungen zu Einlassventilen 22 und Auslassventilen 23 auf. Mittels des um die Stellachse 20 drehbaren Stellelements 14 ist der Injektor 17 von einer transversalen Ausrichtung in eine longitudinale Ausrichtung umstellbar und umgekehrt.
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Das Stellelement 14 kann auch gleichzeitig in seiner Position und in seiner Lage verstellbar sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 11
- Hubkolbenmotor
- 12
- Kolben
- 13
- Brennraum
- 14
- Stellelement
- 15
- Pleuel
- 16
- Kurbelwelle
- 17
- Injektor
- 18
- Zündkerze
- 19
- Drehrichtung
- 20
- Stellachse
- 21
- Hubachse
- 22
- Einlassventil
- 23
- Auslassventil
- 24
- Kolbenoberseite
- 26
- Brennraumwand
- 27
- Zylinderkopf
- 28
- Einschubrichtung
- 29
- Zylinder
- A1
- Erste Ausrichtung
- A2
- Zweite Ausrichtung
- L1
- Erste Lage
- L2
- Zweite Lage
- P1
- Erste Position
- P2
- Zweite Position
- V1
- Erstes Volumen
- V2
- Zweites Volumen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1309746 B1 [0003]
- DE 19858245 A1 [0004]
