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Kurbeltrieb einer Kolben-Brennkraftmaschine mit veränderlichem Kompressionsverhältnis.
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Die erfindung betrifft die Ausgestaltung eines Kurbeltriebes eine.
Kolben-Verbrennungsmotors mit veränderlichem Kompressionsverhältnis.
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Die u erfüllende Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche Anordnung
des Kurbeltriebes einer Kolben-Brennkraftmaschine zu bilden, welche eine Änderung
des Kompressionsverhältnisses im Motor shrd des Motorbetriebes erlaubt.
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Die Möglichkeit der Änderung Ges Kompressionsverhältnisses ist bei
Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge sehr vorteilhaft, weil es die Frielung einer
optimalen Verbrennungs# bei allen Fahrbereichen ermöglicfit. Sie ermöglicht also
zum Beispiel bei einer kleinen Belastung der Maschine das Kompressionsverhältnis
zu erhöhen und so eine bessere Verbrennung armer Brennstoffgemische mit allen günstigen
Begleiterscheinungen auf die Ökonomie
des Betriebes als auch die
Verringerung der Ausscheidung schädlicher Abgase zu erzielen, Auch bei Dieselmotoren
ist es vorteilhaft das Kompressionsverhältnis in gewissen Grenzen je nach der Motorbelastung
zu ändern.
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Die bisher bekannten Systeme beruhen auf verschiedenen Prinz1pien.
Es werden z.B. die Veränderungsmöglichkeiten der Kopfhöhe des Kolbens oberhalb des
Kolbenbolzens mit Hydrauliksteuerung ausgenützt oder die Veränderung der Pleuelstangen
länge mit mechanischer Steuerung. Diese Systeme erhöhen die Masse der hin- und hergehenden
Bauteile und sind daher für Maschinen mit hohen Drehzahlen nicht geeignet.
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Bei anderen Systemen wird die Pleuelstange vom Kolbenkopf verschoben,
oder es wird das Kompressionsvolumen durch Einschieben eines Hilfskolbens verkleinert.
Diese Systeme sind jedoch nur für Versuchs- nicht aber für Serienmaschinen geeignet,
Aufgabe der Erfindung ist es, eine stufenlose Einstellung des Kompressionsverhältnisses
in gewissen Grenzen unter Beibehaltung praktisch gleicher Massen der Schubteile
des Kurbelgetriebes und bei verhältnismäßig einfacher Konstruktion der Vorrichtung
zu ermöglichen.
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Das Wesentliche dieser Anordnung beruht darin, daß auf dem Kurbelzapfen
der Kurbelwellen-Kröpfung eine exzentrische Einlage drehbar gelagert ist, auf welcher
sich drehbar die Pleuelstange mit dem Kolberi bewegt, wobei mit der Einlage ein
Zahnrad fest verbunden ist, dessen Achse iri der Achse des Kurbelzapfens liegt und
die Drehzahlen des .ahilrades und der Einlage sind das i-fache der Drehzahlen der
Kurbelwelle.
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Das Zahnrad ist im Eingriff mit einer Innenverzahnung eines Zahnkranzes,
dessen Achse der der Kurbelwelle entspricht und deren äußere Verzahnung mit einem
Zahnrad kämmt, welches im Motorgehäuse gelagert ist, oder das Zahnrad ist im Eingriff
mit einem zentral gelagerten Zahnrad.
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i=O oder i= +1 und der Antrieb des Rades geschieht durch ein Kettenrad,
das mit der Kurbelwelle durch eine Kette, Kettenrad und ein beliebiges Getriebe
so verbunden ist/ damit die Bedingung n4=n6 = n 15. i erfüllt ist, wobei die Kette
über (as Kettenrad geführt wird, das auf einer verschiebbaren Stange gelagert ist,
auf welcher gleichzeitig die Soannvorrichtung und das Spannkettenrau befestigt sind.
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Falls i = -1 ist, dann muß die Zahnezahl des Zahnkranzes das Doppelte
der Zähnezahl des Zahnrades sein.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt.
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Es zeigt: Fig. 1 einen schematischen Schnitt der Anordnung des Kurbelgetriebes
mit einem äußeren Einstell-Zahnkranz; Fig. 2 das Schema der Gesamtanordnung; und
Fig. 5 das Schema der Anordnung des Kurbeltriebes für ein inneres Zentralregulierrad.
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Der Kurbelzapfen 1 mit der Achse 2, der von der Achse 3 der Kurbelwelle
15 einen Abstand gleich einem halben Wert des Hubes hat, rotiert bekannterweise
um die Achse 5. Auf dem Kurbelzapfen 1 ist um die Achse 2 eine exzentrische Einlage
4 drehbar gelagert, deren Achse 5 von der Achse des Kurbelzapfens 2 um die Exzentrizität
entfernt ist, die dem halben Wert der erforderten
Lageveränderung
des Kolbens im oberen Totpunkt entspricht.
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Mit der Einlage 4 ist ein Zahnrad 6 verbunden, dessen Achse koaxial
zur Achse des Kurbelzapfens 2 ist. Auf der exzentrischen Einlage 4 ist die Pleuelstange
7 drehbar mit dem Kolben 8 gelagert. Mit dem Zahnrad 6 kämmt die innere Verzahnung
10 eines Zahnkranzes 9, der gleichachsig zur Achse 5 der Kurbelwelle 13 drehbar
im Maschinengehäuse (nicht dargestellt3 gelagert isto Der Zahnkranz 9 greift mit
seiner Außenverzahnung 11 in ein Zahnrad 12 ein, welches drehbar im Motorgehäuse
gelagert ist.
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Das Gesamtschema der Anordnung ist in Fig. 2 dargestellt. In dieser
Fig. sind dieselben Bezugszeichen, wie in Fig. 1, jedoch mit einem Strich verwendet.
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Das Zahnrad 12' ist durch ein Zahnrad 25 angetrieben, welches mit
einem Zahnrad 14 im Eingriff steht, welches durch ein Kettenrad 15 angetrieben wird.
Das Kettenrad 15 wird über eine Kette 16 von der Kurbelwelle 1)' mittels Kettenrad
17' angetrieben. Die Kette 16 ist über ein Kettenrad 18 geführt, welches drehbar
an einer verschiebbar im Motorgehäuse angeordneten Stange 19 gelagert ist.
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Auf der anderen Seite der Stange 19 ist ein Spanner 20 mit einer Spannkettenrolle
21 befestigt.
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Falls sich die Verdrehung der Exzentereinlage 4 gegenüber dem Kurbelzapfen
1 verändert, resp. die Achse 5 der Einlage 4 gegenüber der Achse des Zapfens 2,
verschiebt sich der Kolben 8 vertikal im Zylinder.
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Um eine Änderung des Kompressionsverhältnisses zu erzielen, muß die
Lage der exzentrischen Einlage 4 zum Kurbelzapfen 1 mit dem Verdrehungswinkel der
Kurbelwelle 15 synchronisiert werden.
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Damit der Kolben 8 im oberen Totpunkt stets dieselbe Lage erreicht,
muß in dieser Kolbenlage, die Lage der Achse 2 zur Lage der Achse 5 bei jeder Umdrehung
der Kurbelwelle 13 um 5600 stets dieselbe sein. Das wird dann erzielt wenn die Exzentereinlage
um den Kurbelzapfen mit absoluten Drehzahlen-n4 gegeüber dem Motorgehäuse rotiert,
die den i-fachen Drehzahlen nl3 der Motorkurbelwelle gleich sein müssen, oder wenn
n6 = n4 = i.nl) ist, wobei i = -1,0; + 0,0;0; + 1/2; - 1/2 usw. sein kann.
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Die rotation der einlage 4 gegenüber dem Motorgehäuse auf dem Kurbelzapfen
1 wird daciurch erzielt, daß das Zahnrad 6 im Eingriff mit der Verzahnung 10 des
Zahnkranzes 9 ist, welcher mit n einer Drehzahl 9 rotiert. Wenn man die Zähneanzahl
des Rades 6 mit z6 bezeichrlet, dann ist die Beziehung folgende:
Die Bewegungen des Kolbens ändern sich verständlicherweise bei verschiedenen Werten
i.
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praktisch verwendbare Fälle sind die, bei denen i = -1, i = 0, i =
+1 ist. Falls i = 1 ist, dreht sich die Exzentereinlage 4 gleichzeitig mit dem Kurbelzapfen
1. Dann ändert sich bei gegenseitiger Veränderung der Lagerl der Achse 5 gegenüber
c?er Achse 2 der TIub des Kobens in ganzem Umfange, d.h. bei der in Fig. 1 gekennzeichneten
Lage ist das Hubvolumen am größten ulld gleichzeitig ist auch das Kompressionsverhältnis
am größten.
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73ei der Verdrehung der Exzentereinlage 4 um die Achse 2 des Kurbelbolzens
1 um 180° gegenüber der gekennzeichneten Lage, ist das Hubvolumen und auch das Kompressionsverhältnis
am kleinsten. Die Veränderung des Hubvolumens ist natürlich in den Werten kleiner
als die Veränderung des Kompressionsverhältnisses.
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Falls i = 0 ist, dreht sich die Exzentereinlage gegenüber dem Motorgehäuse
nicht, nur in waagerechter Richtung wird sie mit der Beegung des Kurbelwellenzapfens
verschoben.
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Das dritte praktische Beispiel, wo i = -1 ist: Dieser Fall kann vorteilhaft
bei r = 2 ausgenützt werden, da Z6 dann n9 = 0 ist oder der Radkranz 9 still steht.
In diesem Falle ändert sich, bei einer Veränderung des Kompressionsverhältnisses,
das Hubvolumen des Motors,aber der umschriebene Weg der Achse 5 der Exzentereinlage
4 ist nicht kreisförmig. Die Einstellung wird nur durch das Verdrehen des Radkranzes
mittels Zahnrad 12 durchgeführt.
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Die geeigneten Drehzahlen n9 des Rad kranzes 9 werden proportional
zu den Drehzahlen n15 der Kurbelwelle 15 durch die Übertragung über das Kettenrad
15, die Zahnräder 14, 13, 12 auf die Verzahnung 11 des radkranzes 9 ersielt. Durch
Verschiebung der Stange 19 zum Motorgehäuse ändert sich die relative Verdrehung
der' Kettenräder 15 und 17, wodurch sich die Verdrehung der Exzentereinlage 4 auf
dem Kurbelzapfen andert und dadurch die Lage der Achse 5 der Exzentereinlage 4,
zur Lage der Achse 2 des Kurbelzapfens 1. Auf die Weise wird eine stufenlose Regulierung
des Kompressionsverhältnisses während des Motorlaufes erzielt.
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Fin Sonderfall der beschriebenen Anordnung ist dann gegeben, wenn
i = + 1/2 oder - 1/2 ist. Falls bei einer oberen Totpunktlage des Kolbens das Kompressionsverhältnis
maximal ist, d.h.
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die Achsen 2, 5, 15 liegen in der Achse des kolbens und die Achse
5 der Exzentereinlage 4 ist über der Achse 2 des Kurbelzapfens 1 in Richtung zum
Zylinder, dann ist bei einer Umdrehung der Kurbelwelle um 5600 bei der nächsten
oberen Totpunktlage des Kolbens die Achse 5 unter der Achse 2 in Richtung vom
Zylinder
und das Kompressionsverhältnis ist minimal. Dies kanp bei Viertakt-Brennkraftmaschinen
ausgenützt werden, wobei bei der Wahl eines höheren Totpunktes des Kolbens (höhere
Kompression) eine bessere Ausspülung des Zylinders bei einem unveränderten Brennstoffverbrauch
des Kompressionshubes erzielt werden kann.
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In Fig. 3 ist schematisch eine Anordnungsvariante mit zentralem Regulierrad
dargestellt.
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Die grundsätzliche Anordnung des Kurbeltriebes bleibt bestehen, d.h.
die Kurbelwelle 1)", mit der Achse 3", dem Kurbelzapfen 1" mit der Achse 2??, Exzentereinlage
4" mit der Achse 5" und einem festverbundenen Zahnrad 6", die Pleuelstange 7" und
Zylinder 8". Im Eingriff mit dem Zahnrad 6" ist das Regulierrad 22.
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Die Funktion dieser Einrichtung ist dieselbe wie bei der weiter oben
beschriebenen Ausführungsform. Falls man die Drehzahlen des Zahnrades 22 mit n22
und die Anzahl der Zähne mit Z22 bezeichnet, dann ist zur Erfüllung der Bedingung
n4= n = i.n13 nachstehende Bedingung zu erfüllen: